Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire de construire toute une série d'infrastructures, parmi lesquelles l'IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) se distingue par son importance ; ces essais contribuent à la réalisation de cet objectif.
L'IFMIF est une source de neutrons aux caractéristiques similaires à celles d'un réacteur à fusion. Son objectif principal est de fournir des informations sur le comportement des matériaux nécessaires à la construction d'un futur réacteur. Bien que l'IFMIF ne bénéficie pas de la même visibilité médiatique qu'ITER (Réacteur thermonucléaire expérimental international), actuellement en construction à Cadarache, en France, et visant à démontrer la faisabilité scientifique de l'énergie de fusion ainsi qu'à atteindre des objectifs technologiques clés, sa construction est considérée comme tout aussi indispensable à la conception et à la construction de DEMO, les informations fournies par les deux installations étant essentielles.
La source de neutrons de l'IFMIF exploite les réactions de stripping deutérium-lithium (D-Li), au cours desquelles des noyaux de deutérium accélérés s'insèrent dans des noyaux de lithium, pour produire des neutrons dont le spectre énergétique moyen est similaire à celui produit dans une chambre de réacteur à fusion. Les expériences d'irradiation de matériaux nécessitent une irradiation stable et continue, avec une disponibilité élevée. L'IFMIF y parviendra grâce à deux accélérateurs linéaires de deutérons de 125 mA, fonctionnant en continu avec une énergie de 40 MeV par deutéron. Les faisceaux de deutérons, d'une puissance nominale de 5 MW chacun, frapperont une cible de lithium liquide se déplaçant à grande vitesse (environ 15 m/s) afin de dissiper l'énergie importante déposée, générant ainsi le faisceau de neutrons nécessaire à l'irradiation des matériaux.
Concernant les activités de validation et de conception technique : un accélérateur servant de prototype pour l’un des accélérateurs (LIPAc, Linear IFMIF Prototype Accelerator) est actuellement en construction dans le cadre du projet IFMIF-EVEDA (Activités de validation et de conception technique). Le système radiofréquence (RF) qui fournira l’énergie nécessaire au faisceau de l’accélérateur fait partie de la contribution espagnole au projet, dont le coût, d’environ 13 millions d’euros, a été intégralement attribué à des entreprises espagnoles (« Améliorations de la disponibilité du système d’alimentation RF du LIPAc : tétrodes et solutions à semi-conducteurs ». M. Weber et al., 2014. Plus d’informations.)
Le système RF LIPAc se compose de dix-huit chaînes radiofréquences, dont seize intègrent des amplificateurs de très forte puissance à tubes électroniques, tandis que les deux autres, de plus faible puissance, adoptent une conception avancée à transistors à semi-conducteurs. Ces deux systèmes ont été développés en collaboration avec des entreprises espagnoles du secteur, notamment INDRA SISTEMAS pour les seize chaînes à tétrodes et BROAD TELECOM pour les deux chaînes à semi-conducteurs.
Du 9 au 12 juin 2014, à Torrejón de Ardoz (Madrid), des essais de réception ont été menés sur les deux premiers exemplaires des modules radiofréquences innovants, de très haute puissance et haute disponibilité, qui constituent la contribution espagnole au projet IFMIF/EVEDA. Ces essais ont été réalisés dans les installations mises à disposition par le CIEMAT à la multinationale technologique INDRA SISTEMAS pour le développement de ce projet.
Les essais ont été menés avec succès en présence de représentants des institutions participant au projet. Parmi eux figuraient des représentants de l'agence européenne Fusion For Energy (F4E), responsable de la contribution européenne à l'accord « Approche élargie pour la fusion », dans le cadre duquel s'inscrit cette collaboration ; de l'Agence japonaise de l'énergie atomique (JAEA) ; de l'Institut de fusion nucléaire de Legnaro (INFL), en Italie ; et de l'équipe du projet IFMIF/EVEDA, notamment Juan Ramón Knaster, ancien chercheur au CIEMAT et actuel chef de projet international. Le CIEMAT était représenté par Joaquín Sánchez, directeur du Laboratoire national de fusion, ainsi que par les chercheurs et le personnel du projet d'INDRA SISTEMAS.
Les amplificateurs à tubes développés par INDRA SISTEMAS selon les spécifications CIEMAT révolutionnent le secteur en ouvrant la voie à une nouvelle génération d'amplificateurs à tubes offrant une durée de fonctionnement effective accrue, synonyme de disponibilité renforcée. Jusqu'à récemment, les améliorations apportées à ces systèmes se concentraient sur les caractéristiques des tubes eux-mêmes. Ces tubes ayant atteint les limites de leur technologie, la proposition de CIEMAT a consisté à accroître la disponibilité et, par conséquent, la viabilité de ces systèmes en réduisant le temps nécessaire à la maintenance ou au remplacement en cas de panne. Pour ce faire, un système de plateformes a été conçu, permettant, à différents niveaux, le remplacement partiel ou total des chaînes d'amplification. Ainsi, même dans le pire des cas, l'accélérateur de particules ne sera immobilisé que quelques heures, contrairement aux systèmes conventionnels dont l'arrêt peut durer des jours, voire des semaines. Ce système est considéré par la communauté internationale comme une nouvelle voie d'amélioration des amplificateurs à tubes à vide (tétrodes) à grille et a déjà inspiré des conceptions dans d'autres installations (« Développement et perspectives d'avenir des sources RF pour les applications des accélérateurs linéaires », (Présent et futur des sources de radiofréquences pour les accélérateurs linéaires). E. Jensen, CERN. Actes de la conférence sur les accélérateurs linéaires LINAC2010, Tsukuba, Japon).
Lors des essais, les amplificateurs radiofréquences de 230 kW, fonctionnant à une fréquence nominale de 175 MHz et capables d'un fonctionnement pulsé ou continu, ont atteint leur puissance maximale de 230 kW, dépassant ainsi les caractéristiques requises en termes d'efficacité, de pureté du signal et de stabilité. Ces unités sont les amplificateurs radiofréquences (RF) les plus puissants construits en Espagne pour cette fréquence et ce mode de fonctionnement.
Une fois les tests terminés et acceptés par les organisations internationales (F4E, JAEA et IFMIF), l'équipement est prêt pour l'expédition et l'installation au Japon, où l'accélérateur LIPAc est en cours d'intégration et sera mis en service.
La contribution espagnole au projet IFMIF/EVEDA, mis en œuvre avec un retour sur investissement de près de 100 % pour l'industrie espagnole, est intégralement financée par l'État espagnol grâce à diverses actions du ministère de l'Économie et de la Compétitivité (MINECO) et de l'ancien ministère de la Science et de l'Innovation. (Réf. SGIOI. 05-07/09 CIEMAT IFMIF Y JT-60, AIC10-A-000441, AIC-A-2011-0654, Convention de gestion BOE du 16 janvier 2013).
