A quand la Fusion Thermonuc ? A combien du critère de Lawson?

[Alanares]

Bonsoir à toutes et à tous
Peut-être ais-je mal lu, mais il me semble que tous les derniers articles font mention ici de+ de 100 millions de degrés voire 200 millions, là de 102 secondes etc. Mais, sauf erreur de ma part, aucun ne mentionne… la densité ! En effet, je crois me souvenir que lorsqu’on m’enseigna le critère de Lawson, (j’étais beaucoup plus jeune et c’est donc il y a hélas très longtemps !) on nous donnait un exemple « idéal » de démarrage de la réaction auto-entretenue (ignition) avec 1OO millions de degré, pendant 1 seconde, pour 1OEXP14 noyaux D-T au cm3… Et donc ma question : tant au TFTR qu’aux autres Tokamak ou Stellerators, Z_Machine and Co – dont particulièrement la dernière réalisation chinoise objet des articles récents, dans toutes ces réalisations donc, et pour les types de noyaux utilisés, à combien était-on de Lawson ? Merci d’avance à celle ou celui qui aura quelque embryon de réponse surtout pour la récente prouesse chinoise…
Cordialement à Tou(te)s,
Papy Alanares
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[XK150]

Bonjour ,
Tant pis si je réponds à coté mais il vaut mieux abandonner le critère de Lawson au profit du facteur Q beaucoup plus pratique ( mais qui revient au même …) .
Q = P fusion produite / P externe fournie
Q = 1 " break even " , la puissance de fusion = puissance fournie
Q infini = " ignition " , on peut couper la puissance fournie , la réaction s'auto entretient .

Jusqu'à présent ( et sauf si je ne suis pas à jour … ) Toutes les machines n' ont fonctionné que pour Q < 1 .

En partie parce qu'elles n'utilisent que le deutérium comme combustible ( fusion D - D ) qui a un rendement moindre que la fusion D - T mais qui n'active pas ( ne rend pas radioactive ) les structures de la machine .

Le JET , lui , fonctionne en D - T avec Q = 0.64 .

Quand on sera passé en D - T sur la fin de la campagne ITER ( vers 2035 ) , on espère un Q de 10 : 400 MW de fusion avec 40 MW de puissance injectée pendant 400 s .

Un éventuel réacteur à fusion de production ( pour moi , vers 2070 ) n'aura pas à fonctionner à l'ignition : un facteur Q de 20 à 30 suffira à le rendre rentable .
Et pour cause d'échauffement , on sait aussi qu'il ne fonctionnera pas en permanence , mais par périodes de 10 minutes environ .
Oui , le chemin est encore long ...

[Enthalpy]

Dans le critère de Lawson, le temps n'est pas la durée d'existence du plasma, mais celui que met l'énergie à s'échapper.

Si un jour une machine à fusion produit plus d'énergie qu'elle n'en consomme, cela ne suffira pas à la rendre utile. Il faudra qu'elle régénère le tritium qu'elle consomme, ce qui est loin d'être gagné. Les procédés actuels (...et futurs, à mon avis) sont en outre extrêmement polluants : pour avoir assez de neutrons à envoyer sur le lithium, il faut les multiplier en brisant des atomes lourds comme le plomb, et cette opération produit des déchets de même radioactivité que la fission de l'uranium à production d'électricité identique.

[XK150]

L'oiseau anti tout nucléaire de mauvaise augure est réveillé , il a jeté son cri d'alarme , merci , à bientôt ...
Heureusement , on continuera , sans son avis , à tester les modules producteurs de tritium dans Iter .

[A voir en vidéo sur Futura]

[KLOUG]

Bonjour
Encore de drôles d'idées.. loin de la réalité physique.
Kloug

[Enthalpy]

XK150 et KLOUG, vous n'avez toujours pas compris. Je n'ai pas de conviction a priori. Je suis un scientifique, pour qui vos anathèmes n'ont pas de valeur de conviction.

Si quelqu'un me montre une régénération du tritium qui ne pollue pas, je redeviendrai un partisan de la fusion. Présentement, je ne vois pas comment, et n'ai rien lu qui le justifie.

Mes raisons pour dire que la régénération du tritium pollue beaucoup sont là-bas :
https://forums.futura-sciences.com/p...ml#post4159437 (bombarder le plomb crée des radioisotopes)
https://forums.futura-sciences.com/p...ml#post4164983 (pas assez de béryllium pour remplacer le plomb)
Quelles sont vos propositions pour régénérer sans polluer ?

[jacquolintégrateur]

Les procédés actuels (...et futurs, à mon avis) sont en outre extrêmement polluants : pour avoir assez de neutrons à envoyer sur le lithium, il faut les multiplier en brisant des atomes lourds comme le plomb, et cette opération produit des déchets de même radioactivité que la fission de l'uranium à production d'électricité identique.

Bonjour
On ne "brise" pas des atomes lourds comme le plomb (ou le Bismuth) on les bombarde avec des protons d'une énergie de l'ordre de 875 Mev pour provoquer des réactions de "spallation", lesquelles sont étudiées depuis 50 ans. Les neutrons émis ont une énergie suffisante pour provoquer d'autres réactions de spallation dans la masse des atomes lourds et on obtient, ainsi, de 30 à 50 neutrons par proton. Ces processus sont étudiés car ils permettent potentiellement de réaliser des réacteurs à fission non critiques et utilisant directement l'U 238 ou, même, le Thorium. Naturellement, les neutrons, émis lors de la fusion D-T , ont une énergie suffisante (de mémoire: 14 Mev) pour arracher des neutrons de spallation à des noyaux riches en neutrons, tels que le Plomb et le Bismuth. On a même envisagé de les utiliser pour produire des fissions (dans des réacteurs non critiques), de manière à augmenter l'énergie globale produite par la fusion (le JET, ainsi complété, pourrait produire plus d'énergie que l'allumage de la fusion n'en consomme). Bien sûr, c'est là un moyen d'augmenter le nombre de neutrons disponibles. Insistons sur le fait qu'il s'agit de processus complexes, mettant en jeux des réactions nucléaires de fusion et de fission, dont les bilans ne peuvent être obtenus qu'à l'issue de calculs laborieux nécessitant la connaissance de paramètres qui doivent être déterminés par la mesure directe et qui ne sont, généralement pas à la disposition du grand publique. Rappelons que ITER est un réacteur expérimental dont l'objet est, avant tout, de déterminer les paramètres optimaux d'une machine pré-commerciale et que l'étude de la régénération du Tritium va prendre une place prépondérante. Ainsi, la prudence s'impose, dans l'évaluation purement intuitive et prévisionnelle des performances globales du système: les prévisions ne sont pas aisées à obtenir, surtout quand elles concernent le futur !!!
cordialement

[Enthalpy]

Ô jacquolintégrateur, la spallation par un accélérateur de protons n'est pas envisagée pour régénérer le tritium nécessaire aux réacteurs à fusion D-T. Je suppose très fort qu'elle consomme plus d'énergie que l'utilisation du tritium n'en fournit. Dans les calculs de Carlo Rubbia pour un réacteur sous-critique commandé par une telle source pilotée de neutrons, le plutonium (puis peut-être l'uranium obtenu depuis le thorium) doit fournir 99% des neutrons pour la réaction en chaîne ainsi que 200MeV qui suffisent alors à alimenter l'accélérateur de protons. La spallation par accélérateur ne fournit que le 1% restant des neutrons.

C'est parce que la spallation par un accélérateur de protons fournit peu de neutrons et consomme beaucoup d'énergie qu'il faut plein de plutonium dans le réacteur de Rubbia, assez pour être très près de la criticité.

Mais si la spallation par un accélérateur de protons doit fournir 100% des neutrons et qu'une fusion ne produit que 18MeV, il doit manquer un facteur 500 pour les réacteurs à fusion. À moins que tu ne connaisses une astuce colossale ?

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Au sujet du réacteur de Rubbia, je me demande s'il arriverait à fonctionner une fois que l'uranium obtenu depuis le thorium remplace le plutonium. La fission de ²³³U produit moins de neutrons que celle de Pu, or on veut rester à 99% de neutrons produits par le cœur pour alimenter en énergie l'accélérateur. La tentative passée de surgénération de ²³³U par thorium fertile a échoué, et les projets actuels en Inde n'espèrent pas de surgénération. Si c'est pour utiliser seulement autant de thorium que de plutonium, les réacteurs à eau pressurisée actuels y arrivent aussi, comme les VVER l'ont montré.

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Le seul procédé envisagé pour régénérer le tritium dans la fusion D-T utilise donc les neutrons à 14MeV de la fusion. Je serais heureux de me tromper et de lire un autre procédé tenant la route.

Pour déterminer si la régénération est possible, les calculs sont compliqués et inaccessibles à la paluche, oui. Mais pour évaluer la quantité de déchets radioactifs, ils sont faciles. Les miens sont là
https://forums.futura-sciences.com/p...ml#post4159437
et le résultat est très mauvais : autant de pollution que la fission de l'uranium à énergie identique et en brisant du plomb.

À moins que la multiplication ne puisse utiliser du béryllium ou un autre élément léger encore moins favorable, mais alors je trouve par un calcul simple que le béryllium disponible sur Terre ne suffit pas
https://forums.futura-sciences.com/p...ml#post4164983
là aussi, je serais heureux de m'être trompé.

La comparaison avec la pollution par la fission est même plus simple que mon calcul :
Pu ou ²³⁵U feraient un meilleur multiplicateur de neutrons pour la fusion D-T mais ils produiraient l'essentiel de l'énergie, donc on ne ferait pas un réacteur à fusion. En remplaçant Pu ou ²³⁵U par Pb ou Bi, on crée pour chaque atome lourd détruit un peu moins de neutrons, moins de déchets radioactifs et moins d'énergie, et cela se compense.

[jacquolintégrateur]

C'est parce que la spallation par un accélérateur de protons fournit peu de neutrons et consomme beaucoup d'énergie qu'il faut plein de plutonium dans le réacteur de Rubbia, assez pour être très près de la criticité.

Bonjour
Nous n'avons pas les mêmes sources de données. Le rendement de la spallation dépend de la structure de l'accélérateur et de son régime de fonctionnement. Il semble que, pour des systèmes optimisés, on puisse obtenir des rendement de 20 à 50 neutrons par proton de 875 Mev. Dés lors, chaque neutron pouvant produire une fission qui libère 200 Mev, le rendement est de l'ordre de 20x200/875 =4,57. Le réacteur de Rubia, qui utilise un cyclotron (à ma connaissance), et, pour lequel, le prix Nobel a eu toutes les peines du monde pour obtenir les crédits, n'a jamais eu la prétention d'être optimal. Les choses seront encore très différentes avec les futurs accélérateurs mettant en oeuvre les techniques laser. Comme, par ailleurs, en France et un peu partout, les recherches destinées à perfectionner les systèmes conçus pour produire de l'énergie à partir de réactions nucléaires, glissent sur des rails lubrifiés au sable, la situation est peu propice au recueil d'information !!! Je te donne donc rendez vous en des temps plus favorables pour évaluer les chances que l'humanité a de s'effondrer (dans le cas où l'énergie nucléaire représenterait effectivement une impasse, comme tu sembles le suggérer)
Cordialement

[JPL]

Ceci n’a rien à voir avec la fusion nucléaire. Fin du hors sujet.