RGN N° 1 Janvier-Février 2007 p. 87–95

The European Fusion Reactor Activities

Les concepts européens de réacteur de fusion

¹ (EFDA, Garching, Allemagne)
² (EFDA)
³ (UKAEA)
⁴ (ENEA)
⁵ (CEA)
⁶ (FZK)
⁷ (CRPP)

Abstract

The European Power Plant Conceptual Study (PPCS) has been a study of conceptual designs for commercial fusion power plants. It focussed on fi ve power plant models, named PPCS A, B, AB, C and D, which are illustrative of a wider spectrum of possibilities. They are all based on the tokamak concept and they have approximately the same net electrical power output, 1500 MWe. These span a range from relatively near-term, based on limited technology and plasma physics extrapolations, to an advanced conception. All fi ve PPCS plant models differ substantially from the models that formed the basis of earlier European studies. They also differ from one another, which leads to differences in economic performance and in the details of safety and environmental impacts.

The main emphasis of the PPCS was on system integration. Systems analyses were used to produce selfconsistent plant parameter sets with approximately optimal economic characteristics for all models. In the PPCS models, the favourable, inherent, features of fusion have been exploited to provide substantial safety and environmental advantages. The broad features of the safety and environmental conclusions of previous studies have been confirmed and demonstrated with increased confidence.

Two key innovative developments made within the PPCS study are worthy of a special note. One is the development of a scheme for the scheduled replacement of the internal components which shows the potential for an overall plant availability in excess of 75%. The other is a conceptual design for a helium-cooled divertor, which permits the toleration of heat loads of at least 10 MW/m².

The PPCS study has highlighted the need for specific design and R&D activities, in addition to those already underway within the European long term R&D programme, as well as the need to clarify the power plant. A detailed assessment of the PPCS models with limited extrapolations highlighted a number of physics issues that must be addressed to establish the DEMO physics basis. In parallel, a number of technological issues are being addressed to establish the basic features of DEMO. They are primarily related to the divertor and blanket concepts, to the maintenance scheme of the internal components and to the magnet technology.

Résumé

Plusieurs concepts de réacteur de fusion électrogène ont été étudiés dans le cadre de l’European Power Plant Conceptual Study (PPCS). Cette étude s’est focalisée sur cinq modèles, appelés PPCS A, B, AB, C et D, illustrant une gamme étendue de possibilités. Ce sont tous des tokamaks avec approximativement une même puissance électrique délivrée au réseau de 1500 MWe. Les différents concepts étudiés couvrent une gamme allant du concept basé sur des extrapolations limitées de physique et de technologie à une conception plus avancée. Chacun des cinq modèles PPCS diffère sensiblement des concepts abordés dans les études européennes précédentes. Ils diffèrent également les uns des autres, ce qui conduit à des différences en termes de performance économique mais aussi sur les aspects liés à la sûreté et aux incidences sur l’environnement.

Une attention particulière est portée à l’approche “système” et “intégration”. Des analyses “système” ont été faites pour produire des ensembles de paramètres cohérents permettant une optimisation des caractéristiques économiques pour tous les modèles. Les concepts PPCS tirent bénéfice des avantages favorables et inhérents de la fusion en termes de sûreté et d’incidences sur l’environnement. Dans ce domaine, les conclusions générales des précédentes études “Réacteur” européennes ont été confirmées et démontrées avec une confiance accrue.

Deux développements innovateurs réalisés dans le cadre de ces études méritent une attention particulière. Le premier est un schéma de maintenance programmée des composants internes qui montre la potentialité d’atteindre une disponibilité globale supérieure à 75 %. La seconde concerne le développement d’un concept de divertor refroidi à l’hélium capable de tolérer des flux thermiques de 10 MW/m².

L’étude de PPCS a mis en exergue les besoins de conception et de R&D spécifiques, en plus de ceux déjà en cours dans le programme Long terme européen, comme la nécessité de clarifi er le concept DEMO, l’installation qui établira le lien entre ITER et le premier réacteur de fusion commercial. Une évaluation détaillée des modèles de PPCS avec des extrapolations limitées a souligné certaines questions de physique qui doivent être abordées pour établir les bases de la physique de DEMO. En parallèle, un certain nombre de difficultés technologiques sont en cours d’études pour établir les caractéristiques de base de DEMO. Elles concernent principalement les concepts de divertor et de couverture, les schémas de maintenance des composants internes et la technologie des aimants.