TPE : Comment rendre possible d'un point de vue technique la fusion nucléaire sur Terre ?

« De même quant à la pression : si elle peut se permettre d'être moins importante que dans les étoiles, elle doit néanmoins assurer une proximité suffisante des atomesionisés.En conséquence, le chercheur Lawson a, en 1955, publié un article mettant en évidence les critères permettant de rendre réalisable la fusion sur Terre, tandis que seshomologues recherchaient une réaction de fusion plus rentable et plus facile à mettre en place que celle ayant lieu sur le soleil.{text:list-item}{text:list-item}Les différentes réactions de fusion ne possèdent pas toutes la même «efficacité» .

En effet, pour être exploitable, elles doivent satisfaire plusieurs critères :-être exothermique-impliquer seulement deux réactifs-avoir deux produits-être de bonne section efficace-être exothermique :La chaleur compte parmi les seules formes d'énergie exploitable suite à la réaction de fusion.

En {text:soft-page-break} effet, la chaleur serait transférée par unliquide calo-porteur qui servirait à chauffer de l'eau, générant de la vapeur ( transformation d'énergie interne en énergie cinétique).

La vapeur ainsi créée alimenteraitune turbine qui actionnerait un alternateur, comme dans toutes les centrales thermiques, qui transformerait enfin l'énergie cinétique en énergie électrique.{draw:g}Une réaction idéale compterais parmi celles qui dégagent le plus d'énergie possible.

Comme l'énergie de la réaction provient de l'interaction forte, ce critère restreintla recherche des éléments à ceux chez qui cette interaction est la plus intense, donc de faible numéro atomique, /()/les éléments au Z élevé fissionnant pour sestabiliser.

De plus, l'hélium 3, 4 ou le tritium apparaissent comme les produits idéaux de par l'étroitesse de leurs liaisons.-impliquer uniquement deux réactifs : la probabilité pour que plus de deux réactifs entrent en collision étant proche de 0.

En effet, la fusion thermonucléaire se basesur une collision entre noyaux à des vitesses suffisamment élevées pour permettre l'interpénétration des atomes à un stade où l'interaction forte assure la cohésion dunoyau nouvellement formé, ainsi que de compenser la répulsion des charges.

Or, si la probabilité pour que deux noyaux différents se percute est assez élevée, celleque trois réactifs où plus entrent en collision avoisine les 0% de chances.-avoir au moins deux produits :L'énergie résultant de la réaction de fusion est répartie entre deux produits en raison proportionnelle de l'inverse de leur masse sous forme d'énergie cinétique, tandisque la répartition pour plus de produits est plus difficilement prévisible.

Cela permet de conserver une partie de l'énergie, les produits la retransmettant par collisionsaux autres atomes de combustible.

Le fait qu'il y ait seulement deux produits garantie une certaine conservation de l'énergie au cas probable où un des réactifsparvienne à échapper au confinement.

Les réactions retenues seront donc celles conservant le plus d'énergie.Section efficace et production d'énergie.● La section efficace, notée σ, permet de quantifier la probabilité qu’ont deux noyaux (de franchir la barrière coulombienne, donc) d'engendrer une réaction defusion.Elle est donnée par le rapport entre le nombre de réactions par noyau et par unité de temps et le flux de particule incident.

Elle s'exprime donc en m².Pour des mêmes conditions expérimentales, plus σ est élevée et plus la réaction de fusion a lieu.● La production d'énergie suite à une réaction de fusion s'opère selon la célèbre formule E=mc², E étant l'énergie libérée, m le défaut de masse et c la célérité, soit lavitesse de la lumière dans le vide (300 000km/s).

7% de la masse est transformée, ce qui donne des libérations d'énergies de l'ordre de 15 MeV, soit environ 2.10-12Jpar réaction.

/faire le calcul après pour la réact° D+T/{text:soft-page-break} Réactions retenuesTous ces paramètres permettent de retenir peu de réaction, dont la plus rentable tout compris est la réaction deutérium + tritium → hélium 4 + neutron.==> calcul énergie dégagée + 80% neutron & 20% 4He2.Techniques pour le respect des condition nécessaires à la fusion.Les recherches concernant la fusion thermonucléaire se font dans le but de parvenir à un bilan énergétique positif, soit à une récupération d'énergie plus importanteque l'énergie fournie pour l'obtention des réactions.a.1/ Bilan énergétique.Il faut alors considérer la puissance utilisée pour la réunion des conditions de fusion, soit la puissance fournie de l'extérieur Pext, et celle fournie par les réactionsPfus (collision des particules α avec le combustible).Soient :-Ppertes la puissance perdue,-W l'énergie du plasma,-t le temps,-d exprimant une variation variation,la variation temporelle de l'énergie du plasma dW s'écrit ainsi :dW / dt = Pext + Pfus – PpertesOn peut décomposer Pfus en Pneutron et Palpha, donc en la somme des puissances apportées par les produits de la réaction.L'échappement éventuel des neutrons n'implique aucune perte à proprement parler, puisque la puissance qu'ils n'apportent pas au plasma en s'évadant n'était dès ledépart pas contenue dans celui-ci.Si Pext + Pfus = Ppertes, dW / dt = 0.

On parle alors de plasma stationnaire car les pertes sont compensées par les sources.a.2/ Temps de confinement, break-even et ignition.Dans un plasma stationnaire, on peut définir plusieurs grandeurs utiles.-Le temps de confinement, noté tE , correspond à la durée pendant laquelle l'énergie reste confinée dans le plasma.

Il est tel que W / tE = Ppertes .Il exprime autrement dit le temps que met un plasma avant de se vider de son énergie dans le cas d'une cessation d'alimentation et est significatif de la qualité del'isolement du plasma.-On parle de break-even lorsque le rapport Q de la puissance apportée par les réactions de fusion par la puissance fournie de l'extérieur est égal à 1.

Q correspondainsi au bilan énergétique du plasma.

Un plasma caractérisé par Q>1 apparaitra bien évidemment comme plus rentable qu'un plasma où Q 5.1021 m-3.keV.s .n est en particules.m-3T s'exprime en keVtE est en sLe produit nTtE mesure la performance globale d'une machine à fusion nucléaire.Le temps de confinement est un critère résultant de nombreux phénomènes mal connus, dont voici quelques un ainsi que leur influence sur tE :L'utilisation d'un système de chauffage externe autre que celui par effet Joule provoque une diminution du temps de confinement.Dans le cas d'un confinement magnétique, tE augmente lorsque le rayon du tore augmente.Lorsque les pertes énergétiques du plasma s'accroissent, tE diminue.Comme la technique du confinement magnétique repose en grande partie sur l'obtention d'un temps de confinement très grand, les chercheurs travaillant sur ce projetont fait l'inventaire des pertes d'énergie pouvant survenir lors de la mise en place du plasma.a.4/ Les pertes.Pertes par rayonnement continu de freinage ou Bremsstrahlung :Le Bremsstrahlung est le principal responsable de perte de puissance du plasma.Le chercheur Maxwell a démontré que toute charge dont la vitesse varie, en valeur ou en direction, rayonne.

En rayonnant, il semble évident que la particule perd del'énergie.Ainsi, dans le plasma, les électons, en percutant les ions, produisent en permanence des Bremsstrahlung, ce qui occasionne des pertes en fonction du nombre decollisions.Cela se traduit par une limite dite limite de Bremsstrahlung qui empèche toute augmentation des performances des réacteurs à fusion.. »