Introduction et concepts de base FUSION Introduction et concepts de base

Réactions Section efficace élevée 50% 50% Section efficace faible

Réaction D – T E = MC2

Réaction > Section efficace http://www.nrl.navy.mil/ppd/sites/www.nrl.navy.mil.ppd/files/pdfs/NRL_FORMULARY_13.pdf

Plasma La matière est ionisée: électrons (-) et protons (+) Le taux d’ionisation relié à la température: Une température élevée implique absence de neutres Les particules ont des “fonction de distribution ” Les particules chargées tournent autour des lignes de champ magnétique

Plasma > Fonction de distribution Le taux de réaction R est la convolution entre la fonction de distribution f et s la section efficace F est f exprimé en fonction de l’énergie, s aussi Physique des plasmas chapitre 3

Plasma > Taux de réaction m /sec 3 T en KeV

Plasma > Paramètres L’équation de continuité (conservation de particules) Densité n Température T Potentiel F Vitesse u,v Conservation de la quantité de mouvement Conservation de l’énergie

Plasma > Trajectoires Fréquence cyclotronique Rayon de Larmor Chap 2 Physique des plasmas

Plasma > Dérives > E x B Trajectoire des charges dans un champ magnétique et électrique constant. v > E/B en haut, v = E/B au milieu, v < E/B en bas

Plasma > Dérives > Courbure Physique des plasmas chapitre 2

Plasma > Dérives > B = ( 0,0,B(y)) Physique des plasmas chapitre 2

Confinement > Inertiel > LASER Cibles de quelques mg de DT Impulsion LASER ~MJ NIF Nd:Verre , 500 TW, 1.8 MJ, 0.35 micron (4 MJ, 1.06 micron triplé) 192 faisceaux Compression à 200g/cm3 Cross-sectional view of the KOYO-F fast ignition reactor (Norimatsu et al. US-Japan workshop on Power Plant Studies and related Advanced Technologies) Article de revue par S Atzeni, Plasma Phys. Control. Fusion 51 (2009) 124029

Confinement > Magnétique > MAST Courant 1,2 Ma Température < 23,000,000°C Durée < 1 second Volume 8m³ Densité 1020 m-3 Diamètre ~ 3m Coûts réduits Meilleure stabilité (b plus élevé) http://www.ccfe.ac.uk/MAST.aspx

Confinement > Magnétique > Stelerator Pas de courant dans le plasma Hélicité fournie par les bobines (couleur cuivre ) 18 des 36 bobines toroidales sont montrées H-1 heliac http://h1nf.anu.edu.au/

Confinement > Magnétique > Tokamak Bobines toroidales Circuit primaire Le tokamak fonctionne comme un transformateur. Une rampe de courant dans le circuit primaire génère un courant constant (plasma) dans le secondaire Courant plasma Circuit secondaire Champ toroidal Champ hélicoïdal Champ poloidal

Confinement > Magnétique > Tokamak > Pompage Phase 1 Pompage en volume Phase 2 Pompage limité par la désorption H. F. Dylla, CERN Accelerator School May 2006 0.5 < a < 1.5 Désorption physique, chimique, diffusion

Confinement > Magnétique > Tokamak > AGR +(Vdc + Vrf cos t) - (Vdc + Vrf cos t) x y Analyseur quadripolaire Une combinaison de tension DC et AC est appliquée sur 4 tiges Seulement les ions résonnants (q/m approprié) atteindrons le détecteur HAL IV RC RGA 201 #10940 mass : amu 1e-06 2e-06 3e-06 4e-06 5e-06 6e-06 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Faraday : torr Cycle number 1

Confinement > Magnétique > Tokamak > AGR Decane (C10H22) et Butane (C4H10) sont similaires Name Formula Peak 1 m/e % Peak 2 Peak 3 rel sens Acetone C 3 H 6 O 43 100 58 33 15 20 3.6 Air 28 100 32 27 14 6 1.0 Ammonia NH 17 100 16 80 15 8 1.3 Argon Ar 40 100 20 16 36 0.3 1.2 Benzene 78 100 77 19 52 16 5.9 Boron Trichloride BCl 3 81 100 58 33 15 20 1.0 Carbon Dioxide CO 2 44 100 16 9 14 6 1.4 Carbon Monoxide 28 100 12 5 16 2 1.05 Carbon Tetrafluoride CCl 4 69 100 5 0 12 19 7 Diborane B H 6 26 100 27 97 24 90 Ethane C 27 33 30 26 2.6 Fomblin Oil 69 100 20 28 16 16 1.0 Freon 12 CCl 2 F 2 85 100 87 32 50 16 2.7 Helium He 4 100 0.14 Hy drogen H 2 2 100 1 2 0.44

Confinement > Magnétique > Tokamak > Magnétique Biot-Savart Lorentz Ampère

Confinement > Magnétique > Tokamak > Dérives Séparation de charge due aux dérives « GradB » et « courbure » qui génère un champ électrique et entraine une dérive électrique Il faudra donc « court-circuiter » la séparation de charge

Confinement > Magnétique > Tokamak > BF Est le rapport d’aspect lorsque r = a

Confinement > Magnétique > Tokamak > Bq À r = a , e = 0.4 Le courant plasma génère un champ magnétique poloidal

Plasma > Dérives > Bananes En utilisant la conservation de l’énergie entre l’équateur (q = 0 ) et l’angle ou la vitesse est nulle ( q = q0) La ligne ce champ va de l’extérieur (champ faible) à l’intérieur (champ fort) donc un miroir magnétique Est la largeur maximale de l’orbite sur l’équateur extérieur

Confinement > Magnétique > Tokamak > B e est le rapport d’aspect Le champ magnétique total plus grand du côté interne La pression magnétique p est donc plus grande d’un côté que de l’autre alors que la pression cinétique P est uniforme. Il en résulte donc une force nette.

Confinement > Magnétique > Tokamak > FR Champ magnétique vertical externe, croisé avec le courant toroïdal, génère la force requise Et lp l’inductance du plasma

Confinement > Magnétique > Tokamak > Conclusion Le plasma doit donc être maintenu dans un équilibre stable