B: Le fonctionnement
Après avoir vu le principe de cette réaction de fusion, nous allons voir comment il est possible de la réaliser sur terre.
b: La fusion contrôlée :
Pour permettre de produire une réaction de fusion thermonucléaire sur notre planète, il existe différent systèmes : la fusion par confinement magnétique (FCM) et la fusion par confinement inertiel (FCI) .
Dans ce TPE nous nous intéresserons plus particulièrement au cas de la fusion par confinement magnétique car c’est la technique de fusion la plus aboutie actuellement, et c’est aussi celle qui sera utilisée dans le projet ITER.
Nous avons vu précédemment le mécanisme de la fusion et les conditions requises pour la réaliser, puis nous avons finalement constaté que pour reproduire cette réaction, il fallait créer un plasma. La FCM va s'effectuer dans un réacteur à fusion de forme torique appelé tokamak*.
C’est au cœur du tokamak que se trouve le mélange deutérium-tritium.
Nous avons vu précédemment le mécanisme de la fusion ainsi que les conditions requises pour la réaliser, puis nous avons finalement constaté que pour la reproduire, il fallait créer un plasma (afin d’atteindre la température nécessaire à cette fusion) et faire en sorte que les noyaux atteignent une vitesse d’environ 1000km.s-1 (pour vaincre la répulsion électrostatique des deux noyaux).
- Dans ce réacteur, cette vitesse peut être atteinte car ce n'est pas un tube en ligne droite, il s'agit d'un tore. grâce à la forme torique de réacteur, les atomes vont pouvoir parcourir de façon circulaire la distance qui est nécessaire pour passer la barre des 1000km.s-1.
-Pour crée le plasma, on injecte un mélange gazeux dans le cœur du tokamak que l’on va chauffer avec des ondes radio à une température de plus de 100 millions de degrés. Ce mélange gazeux va former le plasma.
Une fois que toutes les conditions nécessaires à la fusion sont réunies, vient alors un second défi.
Le plasma est fragile, difficile à contrôler, et il se refroidit vite (brisant ainsi le processus de la fusion). Maintenant il faut réussir à conserver le plasma condensé au même endroit afin d’éviter qu’il ne se refroidisse. Il faut aussi faire en sorte qu’il ne touche aucune parois du réacteur pour ne pas les détériorées (le plasma étant un gaz ionisé extrêmement chaud dont la température varie entre 100 et 200 millions de degrés Celsius, inutile de dire qu'aucun matériau ne peut résister à une telle chaleur). Pour cela, il est confiné dans des champs magnétiques très intenses dit toroïdal (50 000 fois le champ terrestre). Ce champ magnétique toroïdal est généré par des bobines supraconductrices* placées autour du tore (le champ magnétique engendré prend alors la forme d'une "boîte" immatérielle en forme de tore qui épouse les parois du réacteur), le magnétisme ionise le gaz (il sépare les neutrons et les protons dans une agitation extrême) ensuite le plasma se retrouve « piégé » comme dans une cage virtuelle, il ne touche pas les parois du réacteur.
Les atomes sont mis en mouvement et lorsque les conditions idéales de température et de vitesse sont réunies, les noyaux fusionnent.
La chaleur dégagée par la réaction est ensuite extraite du tokamak pour produire de la vapeur qui alimente un ensemble classique de turbines et alternateur qui produit de l’électricité.
tokamak tore supra