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Modulateur d'Anode pour le chauffage du plasma avec un gyrotron : réalisation du prototype d'un module de base

Dans la recherche des nouvelles formes d'énergie, les études sur la fusion nucléaire jouent un rôle prépondérant. La Suisse est engagée dans ce domaine avec différentes expériences, et l'une des plus importantes est le tokamak TCV à l'EPFL. Dans le cadre du projet ECH (Electron Cyclotron Heating) en fonction sur le tokamak TCV, il est fait usage de gyrotrons. Le gyrotron est une source d'ondes électromagnétiques de grande puissance (0.5 - 2MW), dans un domaine de longueurs d'onde centimétrique à millimétrique (10-200GHz). Ces ondes électromagnétiques à très haute fréquence (typiquement 118 GHz) se couplent dans le plasma du tokamak afin de bénéficier des effets de résonance obtenus au niveau des électrons (échauffement). La structure électrique d'un gyrotron est comparable à celle utilisée pour les tubes électroniques. On a besoin des alimentations suivantes : - une alimentation principale, appliquant un potentiel entre la cathode et le collecteur du gyrotron, qui fourni la puissance électrique requise pour accélérer les électrons ; dans notre cas les paramètres nominaux sont 80 kV, 80A. - une alimentation auxiliaire, référée au potentiel de la cathode, et alimentant le filament de cette dernière, afin de pouvoir extraire les électrons utiles à la génération des ondes électromagnétiques. - une alimentation d'anode, appelée aussi modulateur, connectée entre l'anode et la cathode du gyrotron, qui permet de contrôler le flux et la puissance instantanée des micro-ondes générées en sortie du tube. Cette dernière alimentation fait l'objet du projet. Les paramètres requis par l'application sont les suivants : Tension d'alimentation 230/400V, 50 Hz Tension de sortie de -3 kV à 30 kV, avec une modulation sinusoïdale ou carrée superposée* Courant de sortie (nominal) 20 mA Courant de sortie (crête) env. 400 mA Output Voltage Accuracy +/-0.5 % (+/- 150V) Output Voltage Repetitivity +/-0.5 % (+/-150V) Isolation DC Voltage 150 kV Fonctionnement impulsionnel (typ. 2 sec./ 200sec.) *paramètres de modulation: Frequence: 0 - 10 kHz Amplitude de modulation : 0-5 kV Déphasage @ 10 kHz