Инжектор «выстреливает» в плазменный шнур мощный пучок из атомов дейтерия, разогнанных до энергии 1 Мэв. Эти атомы, сталкиваясь с частицами плазмы, передают им свою кинетическую энергию и тем самым нагревают плазму. Поскольку разогнать в электрическом поле нейтральный атом невозможно, его нужно сперва ионизировать. Затем ион (по сути, ядро дейтерия) разгоняется в циклотроне до необходимой энергии. Теперь быстродвижущийся ион следует снова превратить в нейтральный атом. Если этого не сделать, ион будет отклонён магнитным полем токамака. Поэтому к разогнанному иону следует присоединить электрон. Для деионизации ион проходит через ячейки, наполненные газом. Здесь ион, захватывая электрон у молекул газа, рекомбинирует. Не успевшие рекомбинировать ядра дейтерия отклоняются магнитным полем на специальную мишень, где тормозятся, рекомбинируют и могут быть использованы вновь.
Требования к мощности «фабрики атомов» ITER настолько велики, что на этой машине впервые пришлось применить систему, которой не было на предшествующих токамаках. Это система отрицательных ионов. На таких высоких скоростях положительный ион просто не успевает превратиться в нейтральный атом в газовых ячейках. Поэтому используются отрицательные ионы, которые захватывают электроны в специальном радиочастотном разряде в среде плазмы дейтерия, экстрагируются и разгоняются высоким положительным потенциалом (1 мегавольт по отношению к источнику ионов), затем нейтрализуются в газовой ячейке. Оставшиеся заряженными ионы отклоняются электростатическим полем в специальную охлаждаемую водой мишень. При потреблении примерно 55 мегаватт электроэнергии, каждый из двух планируемых на ITER инжекторов нейтральных атомов способен вводить в плазму до 16 мегаватт тепловой энергии.
Ионно-циклотронный резонансный нагреватель
Эта система (Ion Cyclotron Resonance Heating — ICRH) разогревает ионы плазмы. Принцип этого нагрева такой же, как и бытовой СВЧ-печи. Частицы плазмы под воздействием электромагнитного поля высокой интенсивности с частотой от 40 до 55 МГцначинают колебаться, получая дополнительную кинетическую энергию от поля. При столкновениях ионы передают энергию другим частицам плазмы. Система состоит из мощного радиочастотного генератора (будет установлен в Здании радиочастотного нагрева плазмы), системы волноводов для передачи энергии и излучающих антенн[266], расположенных внутри вакуумной камеры.
Электронно-циклотронный резонансный нагреватель
Эта система (Electron Cyclotron Resonance Heating — ECRH) разогревает электроны плазменного шнура. ECRH выполняет роль «стартера» плазмы — она разогревает нейтральный газ, заполняющий вакуумную камеру в начале выстрела. Хотя ECRH имеет сходный физический принцип, что и ионный нагреватель ICRH, тем не менее, построена на совершенно другом «железе». В качестве источников энергии применены гиротроны, с мощностью 1МВт, рабочей частотой 170 ГГц и длительностью импульса более 500 с. Всего гиротронов 24. Они расположены в Здании радиочастотного нагрева и передают свою энергию по волноводам, длина которых составляет 160 метров. Производством гиротронов заняты Япония, Россия, Европа и Индия. В конце февраля 2015 года Япония продемонстрировала первый произведённый гиротрон. Все гиротроны будут поставлены в ITER в начале 2018 года[267]. Для ввода энергии в вакуумную камеру служат окна из поликристаллического искусственного алмаза. Диаметр каждого алмазного диска 80 мм, а толщина 1,1 мм. Алмаз выбран потому, что прозрачен для СВЧ излучения, прочен, радиационно стоек и обладает теплопроводностью в пять раз выше, чем у меди. Последнее обстоятельство немаловажно: через окно будет проходить мощность до 500 МВт/м2. Производством этих кристаллов занята лаборатория в г. Фрайбурге (Германия). Всего для ITER будет поставлено 60 алмазных окон[268].
Криостат
Криостат[269][270] — самый большой компонент токамака. Это оболочка объёмом 16000 м3 из нержавеющей стали, 29,3 метра в высоту, 28,6 метров в диаметре, массой 3850 тонн[271]. Внутри криостата будут располагаться остальные элементы машины. Криостат, помимо механических функций (опора деталей токамака и их защита от повреждений) будет выполнять роль вакуумного «термоса», являясь барьером между внешней средой и внутренней полостью. Для этого на внутренних стенках криостата размещены тепловые экраны, охлаждаемые азотным контуром (80К). Криостат имеет множество отверстий для доступа к вакуумной камере, трубопроводов системы охлаждения, фидеров питания магнитных систем, диагностики, дистанционного манипулятора, систем нагрева плазмы и других.
Криостат будет собираться в здании криостата площадью 5500 м2, которое специально было построено для этой цели. Доставить сборку таких размеров целиком очень тяжело и дорого. Поэтому было принято решение конструктивно разбить криостат на четыре крупных фрагмента (поддон, две цилиндрические обечайки и крышка). Каждый из этих фрагментов будет собираться из более мелких сегментов. Всего сегментов 54. Их производством занята Индия. Затем фрагменты, после сборки в Здании криостата, по очереди будут перемещены и установлены на место — в шахту реактора[272].
Для снижения влияния нейтронного излучения токамака на окружающую среду криостат будет окружён «одеялом» из специального бетона, которое называют Биозащита (BioShield). Толщина биозащиты над криостатом составит два метра.
Поддон криостата будет покоиться на выступах из особо плотного железобетона (3,9 тонн на кубический метр вместо 2,5, как у обычного бетона), сформированных на плите B2. Эти выступы на сайте ITER называют «короной» («crown »). Арматура элементов короны имеет очень сложный макет; для приготовления бетона будет использован гравий, добываемый в Лапландии (Швеция, г. Кируна)[273]. Для снижения напряжений, связанных с вибрациями токамака, и температурными изменениями размеров криостата, между поддоном криостата и «короной» будут расположены 18 шаровых подшипников, каждый размером 1200х1200х500 мм.