Il
existe différents types de confinement pour une
réaction de fusion nucléaire. Le confinement
gravitationnel est celui-ci qui
permet les réactions de fusion au coeur du Soleil. Le
confinement inertiel est
réalisé grâce à des
faisceaux laser. Et enfin le confinement magnétique qui
nous intéresse est celui utilisé dans les
réacteurs de type tokamak ou
stellarator.
Une
réaction de fusion nucléaire sur terre a lieu
dans ce que l'on appelle une chambre de confinement
magnétique. Celle-ci est
destinée à contrôler le plasma,
nécessaire à la production
d’énergie par la
fusion nucléaire. Il existe différentes
enveloppes qui permettent de contenir
le plasma.
Les
parois matérielles ont différents
rôles.
Premièrement elles servent à maintenir le plasma
en place dans une surface
réduite. Ensuite, une seconde paroi matérielle
permet de faire un vide presque
parfait à l'intérieur du réacteur.
Cela permet de supprimer toute les
particules gazeuses présentent dans le réacteur
pour ne laisser que le plasma
dans celui-ci. Ensuite une troisième enveloppe
matérielle permet de produire le
tritium qui ne se trouve pas à l'état naturel.
Pour le produire, le lithium
composant cette troisième enveloppe est soumise à
un bombardement neutronique
issu de la réaction de fusion nucléaire.
6Li + n è 4He
(2.05 MeV) + T (2.73MeV)
7Li +
n è
4He
+ T + n – 2.47 MeV
Ainsi
il est possible de
produire du tritium à partir des isotopes du lithium. L'un a
une balance
énergétique positive alors que l'autre est
négative. Malheureusement,
le 6Li est minoritaire (7,5%), alors que le 7Li
est
majoritaire à hauteur de 92,5%.
Ainsi,
de l'énergie en plus du bombardement neutronique est
utilisée pour produire le
tritium nécessaire à la réaction. Une
quatrième couche en fin, est utilisée
pour récupérer la chaleur produite par la
réaction de fusion. Dans cette
enveloppe, de l'eau sous forte pression circule et
récupère la chaleur de 4He
et du bombardement neutronique non utilisé pour produire le
tritium.
Ces
enveloppes matérielles apportent néanmoins des
problèmes lors de la fusion car
en supposant qu’une particule de plasma quitte le champ
plasmique elle
percuterait les parois matérielles. Si trop de particule
échappait au milieu du
réacteur, elles provoqueraient une fissure. Suite
à cette fissure une particule
de fer, d’acier (dépendant des
matériaux qui constituent les parois
matérielles) retomberait dans le cœur du plasma et
engendrerait un
refroidissement quasi immédiat du plasma. Mais il faut
savoir que cela
n’arriverait pas souvent car dans ce
« cœur plasmique » il y
a très
peu de particules. En effet, pour atteindre une chaleur aussi grande il
faut
atteindre une
agitation moléculaire très
importante, qui prend beaucoup de place car plus l’agitation
est grande et plus
la place prise par la molécule en s’agitant est
grande. La deuxième raison pour
laquelle une
« échappée »
de particule n’arriverait pas très souvent
serait à cause du champ magnétique qui entoure le
champ plasmique.
Tout
d'abord, il peut paraître surprenant qu'un
champ magnétique puisse interagir avec des
électrons et des ions qui ne sont
pas des particules magnétiques. Un champ
magnétique ne peut agir sur la vitesse
des particules chargées composant le plasma. Par contre, le
champ magnétique
peut contraindre leur trajectoire. Ainsi, il peut imposer aux
composantes du
plasma de rester au coeur du réacteur.
Ce
champ magnétique, créé par des aimants
d’une
puissance colossale, permet un regroupement du plasma. Ce faisant, il
entraîne la création d’une zone de vide
tout autour du plasma empêchant ce dernier
de s’échapper et de créer des pertes de
particules.
Pour
que le combustible, à l'état de plasma, puisse
produire suffisamment de
réactions thermonucléaires, il faut le maintenir
dans un volume limité et
l'éloigner de toute paroi matérielle afin de
maintenir sa température élevée.
Or dans un plasma à l'état libre, la trajectoire
des particules est
aléatoire et
les particules ont tendance
à vouloir s'échapper du centre pour se disperser.
C’est pour cela que le
confinement magnétique est nécessaire.
Si
ce même plasma baigne dans un champ magnétique
rectiligne, les particules
s'enroulent autour des lignes de champ et ne peuvent plus atteindre les
parois
latérales. Afin d'éviter les pertes aux
extrémités, on referme la boite
magnétique en créant un tore. Le champ
magnétique ainsi créé par une
série
d'aimants entourant le plasma s'appelle le champ magnétique
toroïdal. Les
aimants générant ce champ sont les aimants
toroïdaux. Dans
ce champ magnétique, les ions tournent dans un sens
contraire aux aiguilles
d’une montre (et également dans un sens
opposé à celui des électrons) et comme
la masse des ions est beaucoup plus grande que la masse des
électrons ils
décrivent une trajectoire beaucoup plus large. Ce
confinement n'est pas tout à
fait suffisant et pour minimiser encore les fuites de particules, les
lignes de
champ doivent être hélicoïdales (la forme
hélicoïdale est la même que celle de
la molécule d’ADN). Ceci est
réalisé en ajoutant au champ toroïdal un
autre
champ magnétique qui lui est perpendiculaire (le champ
poloïdal). La méthode
utilisée pour produire ces lignes de champ
hélicoïdales a donné naissance
à
deux types de machines les tokamaks et les stellarators. Ces deux types
de
réacteurs sont relativement semblables. Leur seule
différence tient dans la
mise en place des aimants et donc dans le mouvement des particules
chargées
dans le coeur du réacteur.
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plasma
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