Fusion nucléaire : Application 1ère partie
La fusion par confinement magnétique
Les Tokamaks (parfois appelés tokomaks)
Le Tokamak a été inventé dans les années 1950 par deux Russes. Le terme tokamak signifie chambre toroïdale avec bobines magnétiques. Le Tokamak est une chambre fermée de forme toroïdale. Il est un des plus grands espoirs actuels pour aboutir à la fusion nucléaire contrôlée. Les particules du plasma étant chargées (les électrons chargés négativement sont séparés du noyau, chargé positivement), le tokamak peut confiner le plasma grâce à de puissants aimants entourant la chambre toroïdale. Ces derniers servent à maintenir le plasma au centre du tube le constituant car si le plasma touchait les parois, avec ses 150 000 000 de degrés kelvin, elle serait très endommagée ! Le plasma tourne dans le cœur du tokamak grâce aux champs magnétiques induits à l’intérieur même du plasma, il y a donc 2 champs magnétiques : un poloïdal dans le plasma, un toroïdal autour des parois du tokamak. Ce dernier permet de faire des réactions de fusion dans un volume assez limité.
La fusion nucléaire dans un tokamak se déroule en plusieurs étapes :
1) Les bobines supraconductrices sont mises sous tension pour contrôler le plasma et ainsi protéger les parois. 2) Le mélange d'atomes (le plus souvent 50% deutérium, 50% tritium) est inséré dans le réacteur. 3) La bobine centrale qui va induire un courant dans le plasma pour mieux le contrôler est mise sous tension. 4) Le mélange est porté à très haute température pour devenir un plasma contrôlé par les bobines.
5) Le plasma est chauffé une seconde fois pour atteindre les 150000000K soit 149999726,85°C nécessaires à la fusion nucléaire sur Terre. Deux méthodes sont utilisées pour ce chauffage :
- L'insertion d'ondes hautes fréquences qui, en percutant le plasma, vont le chauffer et permettre de mieux le contrôler à l'aide des bobines.
- L'injection de particules énergétiques dont l'énergie va s'ajouter à celle du plasma 6) Une fois cette température atteinte, les atomes vont pouvoir vaincre l'énergie électromagnétique repoussant leurs charges positives et fusionner. Cette réaction produit un noyau d'atome d'hélium et un neutron libre. Elle produit en outre beaucoup de chaleur. 7) Les bobines poloïdales sont mises sous tension pour encore mieux contrôler et stabiliser le plasma dans un cycle continu. 8) La chaleur est récupérée par un système de refroidissement. L'eau de ce système se transforme en vapeur qui va alimenter des turbines et des alternateurs, comme dans les centrales à fission. Pendant tout ce temps, un divertor est en route, son fonctionnement ne gêne en rien le reste. Ce divertor est un dispositif mit sur le sol du tokamak qui va aspirer le peu de déchets produits par la fusion (exemple : l'hélium).