Essais & Simulations n°133

Essais

Essais et modélisation Le pire scénario apparait pour des perturbations du plasma en déplacement vertical (VDE), où le plasma dérive vers le haut avec 1,5 million d’ampères de courant, cesse de bouger après 10 millisecondes et perd tout son courant en une seule milliseconde. Les champs magnétiques, qui changent rapidement autour du plasma perturbé, produisent des courants de Foucault dans l’enveloppe du récipient sous vide. Des forces de Lorentz s’appliquent alors sur le récipient lorsque les courants de Foucault rencontrent à la fois les champs magnétiques poloïdaux et les champs magnétiques toriques plus forts du tokamak qui confinent le plasma. Figure 4 En haut, la géométrie du modèle structurel de l’ADX montre les surfaces violettes où la structure est encastrée. Figure 3 À gauche, la géométrie du modèle utilisée pour déterminer les courants de Foucault dans les parois du récipient sous vide ADX, à droite. Au cours d’une VDE, les courants de Foucault ont une amplitude plus importante en raison de la proximité du plasma avec la paroi du récipient, et la VDE constitue donc le cas test de choix dans le modèle de calcul de l’ADX. La Figure 3 montre la répartition du courant de Foucault calculée à partir du modèle numérique. Un second modèle a été développé pour déterminer les forces de Lorentz dues aux champs magnétiques toroïdaux du tokamak, là où seuls les champs poloïdaux étaient inclus dans un premier modèle de l’ADX. Renforcement du récipient sous vide ADX Les perturbations du plasma entraînent d’importantes forces de Lorentz qui agissent sur les parois de l’ADX, en particulier dans les poches supérieures et inférieures du récipient sous vide pendant une VDE. Dans un modèle mécanique du récipient ADX, représenté dans la figure 4, les limites supérieures et inférieures sont attachées au couvercle du récipient et ne peuvent pas être déplacées pendant la simulation. Les chargements correspondant à la force de Lorentz exercée sur le récipient sont appliqués aux surfaces concernées. Dans ce cas test, la force de Lorentz a été déterminée pour un tokamak qui fonctionnait avec un courant de plasma de 1,5 million d’ampères et un champ toroïdal de 6,5 Tesla. Les résultats de simulation de contrainte et de déplacement indiquent que la conception nécessite un renforcement. En bas, la géométrie du modèle montre une surface encastrée supplémentaire correspondant à un bloc de support ajouté à la conception initiale de l’ADX. Les composants modulaires du récipient sont faits en Inconel 625, un alliage à base de nickel très résistant au courant et qui réduit au maximum les courants de Foucault. La limite d’élasticité du matériau est de 460 MPa, mais les critères de conception de l’ADX stipulent que les parois du récipient ne doivent pas subir de contraintes supérieures à 306 MPa, soit les deux tiers de la limite d’élasticité. La simulation numérique montre que, sans aucune modification de conception, la force de Lorentz due à une VDE conduit à de grandes contraintes dans le récipient en s’approchant de la valeur de la limite d’élasticité et provoque des déflexions d’1 centimètre dans la structure. Pour stabiliser la paroi du récipient sous vide, un bloc de support est ajouté pour immobiliser une surface supplémentaire, comme indiqué dans la 2 e rangée de la figure 4. Les résultats de simulation, obtenus avec le bloc de support en place, démontrent des contraintes et des déplacements considérablement réduits de la paroi, ce qui indique que le récipient sous vide stabilisé peut survivre à une perturbation du plasma et répondre aux essais envisagés avec l’ADX. Prochaine étape de la fusion nucléaire et au-delà La conception par simulation de l’ADX lui permettra de fonctionner avec le maximum de performance en toute sécurité au PSFC, où elle deviendra la machine de fusion la plus récente à servir de plate-forme R&D pour tester les concepts de divertor nécessaires à un réacteur de fusion. ● Jennifer Seguy (traduction : Comsol) 24I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

Assurer la stabilité des équipements La simulation et les essais sont une réponse à la problématique de tenue au séisme des équipements des centrales nucléaires. • Définition du cahier des charges en fonction des sollicitations sismiques • Essais sismiques sur table bi-axiale permettant des accélérations de sollicitation jusqu’à 5 g, sur des ensembles pesant jusqu’à 2000kg • Calculs de dimensionnement au séisme pour les structures et équipements sous pression couverts par les codes et normes en vigeur • Conseil pour améliorer les performances de vos structures et équipements 1805-002 - © DR Une équipe pluridisciplinaire vous apporte son expertise et ses moyens dédiés pour caractériser, qualifier ou fiabiliser le comportement au séisme de vos structures et équipements. Céline Cammarata Tél. : 03 44 67 36 82 sqr@cetim.fr n° de stand sur Wne : Stand K89-hALL 7 Pub MAV - Sismique - Mesure.indd 1 22/05/2018 08:52 ASTELAB MECANIQUE les 5 et 6 juillet 2018 à EDF LAB Paris - Saclay Colloque « Journées Nationales de l’Environnement Mécanique » EDF LAB - BAT. AZUR 7, bd Gaspard Monge 91120 PALAISEAU Salon GRATUIT CONTACT ASTE : Tél. : 01 61 38 96 32 www.aste.asso.fr ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I25