Question 1

Pourquoi la fusion nécessite-t-elle des températures aussi extrêmes ?

Accepted Answer

Les noyaux chargés positivement se repoussent mutuellement par la force électromagnétique (de Coulomb). Pour fusionner, deux noyaux doivent s'approcher à moins d'environ 1 femtomètre (10^-15 m), où la force nucléaire forte prend le relais. Classiquement, cela nécessite des énergies cinétiques d'environ 1 MeV, correspondant à 10 milliards de K. L'effet tunnel quantique permet à la fusion de se produire à des énergies plus faibles (environ 100 keV, soit environ 1 milliard de K), mais cela reste 6 à 7 fois la température du cœur du Soleil. Le Soleil compense par sa masse énorme et son temps de confinement ; la fusion en laboratoire doit atteindre des températures plus élevées pour obtenir des taux de réaction adéquats dans des dispositifs beaucoup plus petits.

Question 2

Qu'est-ce que le critère de Lawson ?

Accepted Answer

Le critère de Lawson, formulé par John Lawson en 1955, indique que le produit de la densité du plasma, du temps de confinement de l'énergie et de la température doit dépasser un seuil pour que la puissance de fusion dépasse l'énergie investie dans le chauffage : nτT > 3×10^21 keV·s/m³ (pour la fusion D-T). Augmenter l'un des trois facteurs peut compenser les déficiences des autres. Les tokamaks fonctionnent généralement à densité modérée (n ~ 10^20 m^-3) avec de longs temps de confinement (τ ~ 1 s), tandis que les cibles à confinement inertiel utilisent des densités extrêmement élevées pour des temps de confinement très courts (nanosecondes).

Question 3

Comment un tokamak confine-t-il le plasma magnétiquement ?

Accepted Answer

Un tokamak utilise deux composantes de champ magnétique : un fort champ toroïdal (le long chemin autour du tore) généré par des bobines supraconductrices enroulées autour de l'enceinte, et un champ poloïdal (le court chemin autour) généré en partie par un courant traversant le plasma lui-même. Ces champs se combinent en lignes de champ hélicoïdales qui s'enroulent autour du tore sur des surfaces toroïdales imbriquées. Les particules chargées suivent en spirale les lignes de champ, et si ces lignes se referment sur elles-mêmes après avoir tourné autour du tore, les particules sont confinées. Le facteur de sécurité q (rapport d'enroulement toroïdal/poloïdal) doit dépasser 1 partout pour éviter les instabilités de type kink.

☢️ Réacteur à fusion

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