Les filières basées sur la fusion : les tokamaks et le confinement laser ARTIGES Nils LORRAIN Xavier RIGO Arthur
I Les enjeux et principes de la fusion nucléaire
Avantages -Dégage 5 fois plus d’énergie que la fission -Peu de déchets radioactifs et d’une radioactivité faible -Carburants présents en très grande quantité sur Terre -Pas de risque de fuites ou d’emballement Inconvénients -Technologie complexe -Projet à long terme et coûteux -Tritium pas longtemps radioactif mais émetteur de rayons β
Principe La fusion consiste à fondre des isotopes de l’hydrogène (deutérium et tritium), les éléments atomiques les plus légers, pour obtenir de l'hélium et de l'énergie D + T -> 4He + n + 17.6MeV
La fusion nucléaire existe naturellement au cœur des étoiles La fusion nucléaire existe naturellement au cœur des étoiles. Pour la reproduire artificiellement, il faut donc atteindre des températures comparables. But atteint en 1979. Plusieurs prototypes de réacteurs depuis (JET, ITER…) Travail conjoint des grandes puissances (U.E /Usa /Russie /Japon…) Problème de la résistance des matériaux comment confiner la réaction?
II Le confinement magnétique : les Tokamaks
II) Confinement magnétique Réaction de fusion : D + T -> 4He + n + (17.6MeV) plasma Condition de Lawson : n * T * tE > 1021 (keV m-3 s) avec T entre 100 et 200 millions de degrés Confinement : Volume limité Augmenter la densité n Éloigner le plasma des parois Température élevée dW/dt = Palpha + Pextérieure - Ppertes
II) Confinement magnétique Comment confiner le plasma ? Tokamak : Un 1er champ magnétique est crée par des bobines extérieures Champ magnétique toroïdale Confinement refermer la ligne de champ magnétique
II) Confinement magnétique Problème : dérive des particules chargées Un champ magnétique poloïdale est créé par un « transformateur » Champ magnétique résultant La déviation est annulée un courant circule dans le plasma
II) Confinement magnétique Comment atteindre une centaine de millions de degrés ? Injecter des particules hautement énergétique mais neutres Chauffer par radio fréquence Effet joule crée par le courant induit dans le plasma Énergie résultante de la réaction Le confinement magnétique nécessite une adéquation entre la densité n le confinement tE et la température
III Le confinement inertiel par laser
III/Le confinement inertiel :
III/Le confinement inertiel :
III/Le confinement inertiel :
III/Le confinement inertiel : Exemples: Mégajoule,LIL,NIF
III/Le confinement inertiel : Exemples: Mégajoule,LIL,NIF
III/Le confinement inertiel :
III/Le confinement inertiel : 3°) Enjeux de l’étude du confinement inertiel : Développer la recherche (physique nucléaire/plasmas…) Valider les théories de la fusion contrôlée. Eventuellement développer des centrales inertielles pour la production d’énergie. Enjeux militaires. Enjeux financiers.