Evaluation du temps de réponse de capteurs et validation du modèle thermique d’un composant soumis à haut flux

Yann Anquetin1,⋆^{1,\star}, Jonathan Gaspar1^{1}, Yann Corre2^{2}, Christine Pocheau2^{2}, Philippe Malard2^{2}, Jean-Laurent Gardarein1^{1}, Nicolas Vignal2^{2}, Helene Roche2^{2}
⋆^{\star} : yann.anquetin@univ-amu.fr
1^{1} IUSTI, Université Aix-Marseille
2^{2} IRFM, CEA Cadarache
Mots clés : Test à haut flux, thermocouples, fibres à reseaux de Bragg, méthode inverse, estimation de flux de chaleur, temps de réponse
Résumé :

L’un des objectifs principaux du tokamak WEST est de tester et qualifier les technologies prévues pour le projet ITER. Dans cette optique, afin d’éprouver la tenue en température de certains composants face au plasma, ceux-ci ont été instrumentés avec des thermocouples (TCT_C) ainsi que des fibres à réseaux de Bragg (FBG) enfouis à 5mm sous leur surface. Ces capteurs permettent de suivre l’échauffement des composants et d’estimer les flux de chaleurs déposés à leur surface par méthode inverse.

Les fibres sont insérées dans une gorge et fixées à l’aide de colles résistantes aux hautes températures. Des TCT_C sont ajoutés au montage afin de vérifier les résultats donnés par la fibre et de synchroniser l’acquisition des mesures. Ces deux TCT_C sont également inséré dans la gorge et maintenus par la colle et donc soumis aux mêmes conditions que la fibre. Durant la dernière campagne expérimentale sur le tokamak WEST , il est apparu que ces colles avaient un impact significatif sur le temps de réponse des mesures de températures. Afin de préparer la future campagne, un composant équipé d’une fibre à réseaux de Bragg retenue par différentes colles est installé dans la station du CEA Cadarache permettant d’imposer des flux de chaleurs du niveau de puissance rencontré dans un tokamak (jusqu’à 20MW/m² pour ITER). Ces tests ont pour objectif d’évaluer le temps de réponse des mesures de température par TCT_C et FBG, qui est fortement dépendant de la nature de la colle utilisée. La FBG utilisée dans ce montage est une fibre femto-seconde, qualifiée jusqu’à 1200∘^{\circ}C et dont l’acquisition de 11 points de mesures sur sa longueur, se fait à une fréquence de 10 Hz via un interrogateur. Ces tests permettent de valider le modèle thermique du composant qui est utilisé pour l’inversion des mesures. Finalement les performances de l’algorithme d’inversion seront évaluées sur des mesures avant leur utilisation lors de la future campagne expérimentale du tokamak WEST. Durant cette campagne de test, près de 250 chocs d’une durée moyenne de 10s seront étudiés. Parmi ceux-ci, 4 seront plus courts (4.5s) et espacés de 20s, permettront d’évaluer le temps de réponse des mesures à chaque réseau de la fibre. Ces tirs seront réalisés à 1MW/m² et seront reproduis dans la suite du protocole. 30 chocs de 10s seront dédiés à la validation du modèle thermique avec des puissances déposées allant de 1 à 20 MW/m², entrecoupés de tests de temps de réponse (1MW/m² - 4.5s) afin d’évaluer l’usure due à l’échauffement. 1 choc avec une évolution temporelle particulière et des puissances allant de 1 à 4 MW/m² permettra d’évaluer les performances des méthodes inverses. Finalement, plus de 200 tirs seront réalisés pour évaluer la tenue au cyclage du montage des fibres et des composants. On aura ainsi reproduit les différentes conditions auxquelles sera soumis le composant. On validera également la qualité des colles pour l’analyse thermique en caractérisant leur impact sur les mesures (temps de réponse) ainsi que leur tenue en température dans le temps.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2023-063

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