Fusion nucléaire, financement de SPARC

[WizardOfLinn]

Il y a de nombreux programmes de recherche en cours un peu partout sur la fusion contrôlée, à des niveaux d'avancement et de financement très différents, basés sur des principes également assez différents, et plus ou moins crédibles.
Le plus connu est ITER, qui devrait produire (enfin) son premier plasma d'ici 3 ans.
Si on met de côté les concepts un peu exotiques, il y a d'autres Tokamaks en cours de construction, initiatives étatiques (Chine) et semi-privées.
Le développement du Tokamak SPARC vient de recevoir un financement de 1.8 G$ d'investisseurs privés, ce qui est très important, il n'y a guère que quelques programmes étatiques qui atteignent ce niveau.
https://www.nextbigfuture.com/2022/0...ml#more-176373
https://news.mit.edu/2021/MIT-CFS-ma...on-energy-0908

Particularité : le champ magnétique de 20 T permet de réduire beaucoup les dimensions par rapport à ITER, ce qui est permis par des progrès sur les supraconducteurs.
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[Deedee81]

Salut,

J'ai lu il n'y a pas si longtemps (PLS d'avril) une série de programmes de recherches sur la fusion. Spark était dedans. Ils disaient que c'était particulièrement intéressant et non concurrent de Iter. Chacun pouvant apport des informations utiles aux autres ou pour un futur prototype de central. En tout cas on voit clairement l'accélération du sujet (sans que ce soit une preuve d'un aboutissement proche, mais c'est quand même bon signe).

[XK150]

Le public a beaucoup de mal à comprendre que la plupart des machines de fusion ne sont pas en concurence , mais que les études sur la fusion font partie de la communauté internationale sur la fusion créée avant les années 60 ,
et qui , chose remarquable tient toujours ... Les 200 chercheurs russes sont toujours à Cadarache .

Donc , de temps en temps , une machine établit un record de durée , une autre de température , une autre de pression , etc ...C'est parce que tout ceci à été programmé par avance sur des machines dédiées et optimisées dans ce but .

Obtenir un plasma .... Tout le monde sait faire ...
Obtenir un plasma long , qui ne disrupte pas de façon aléatoire , c'est déjà une autre histoire .
Et obtenir un plasma de puissance exploitable , c'est encore du rêve ...

Les VRAIS problèmes , cachés sous le tapis jusqu'à maintenant , vont devoir être résolus et il concernent absolument toute machine :
- La puisance thermique est produite à l'intérieur d'une enceinte , elle doit traverser les parois pour être récupérée de façon classique , à l'extérieur de l'enceinte .
les flux de chaleur sont intenses ( on travaille en MW par m2 ) . Iter possédera un circuit de refroidisement à eau perdue qui préfigure ce que devra être un réacteur de puissance .
Une machine de puissance sera forcément volumineuse et ... chère , très chère !
Seul , ITER de par sa taille va dans le sens du réacteur de production . L'étape précédente étant le JET .

Autre problème totalement occulté - et qui ne concernera même pas ITER - qui aura un fonctionnement cumulé très faible , c'est la tenue des matériaux constituants les premières parois au sens large .
Le transfert de chaleur se fait à 80% par les neutrons de 14 MeV issus du centre du plasma et qui vont perdre leur énergie dans les premières parois , disons sur 30 cm d'épaisseur .

Aujourd'hui , PERSONNE ne connaît UN matériau capable de résister une vingtaine d'années ( durée mini attendue d'un réacteur ....) aux flux de chaleur et au flux de neutrons de 14 MeV ,
et ce ne sont pas les petites machines privées qui résoudront ce genre de problème .

[Deedee81]

Salut,

Ce que tu expliques colle bien à ce qu'ils disaient dans le dossier PLS. C'est vraiment une recherche collective.

Aujourd'hui , PERSONNE ne connaît UN matériau capable de résister une vingtaine d'années ( durée mini attendue d'un réacteur ....) aux flux de chaleur et au flux de neutrons de 14 MeV ,

C'est un problème très sérieux. Et j'ai souvent noté qu'il est mis "un peu sous le tapis". Sans doute parce que personne n'entrevoit de vraie solution. Faudra pourtant bien y réfléchir (ne fut-ce qu'après les tests avec ITER et consorts) !

[A voir en vidéo sur Futura]

[XK150]

Le problème ne se posait pas jusqu'à présent - et comme dit , il ne concernera pas ITER . Donc , il y avait des choses plus urgentes à développer .
La simulation ne suffit plus , il n'existe pas aujourd'hui de sources puissantes de neutrons de 14 MeV , mais il y en aura 2 opérationnelles dans 5 ans ,
On peut raisonablement penser que dans 10 ans , ce point sera résolu ( pour la construction de DEMO ) .

[Deedee81]

Le problème ne se posait pas jusqu'à présent - et comme dit , il ne concernera pas ITER . Donc , il y avait des choses plus urgentes à développer .

Je comprend bien.

il n'existe pas aujourd'hui de sources puissantes de neutrons de 14 MeV , mais il y en aura 2 opérationnelles dans 5 ans ,

Ah ça je ne savais pas, très intéressant, merci.

[WizardOfLinn]

C'est un problème très sérieux. Et j'ai souvent noté qu'il est mis "un peu sous le tapis". Sans doute parce que personne n'entrevoit de vraie solution. Faudra pourtant bien y réfléchir (ne fut-ce qu'après les tests avec ITER et consorts) !

Ce n'est mis sous le tapis que dans les médias généralistes, et encore. L'installation de test d'irradiation est l'IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility), qui est lui même un gros projet, au Japon.

[XK150]

Et même deux (2) IFMIF normalement : une au Japon à Rokkasho et une en Espagne à Grenade ( il est prévu du travail pour 2 .. ).
Coût : 1 milliard d'Euros pièce , payé par l ' AIEA .

[Deedee81]

EDIT croisement

Ce n'est mis sous le tapis que dans les médias généralistes

C'est fort possible !!!!

L'installation de test d'irradiation est l'IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility), qui est lui même un gros projet, au Japon.

Merci, je ne connaissais pas. Je met un lien pour celui qui voudrait regarder de plus près :
https://www.ifmif.org/

[WizardOfLinn]

De toute façon, si à chaque fois qu'il y a une nouvelle sur une avancée particulière sur la fusion, il fallait repasser en revue l'ensemble des difficultés, on en finirait pas, le moindre article ferait des pages.
Un article sur la découverte d'un nouveau mode plasma, ou sur une amélioration du divertor, ou sur les supraconducteurs, n'est pas une dissertation générale sur tous les sujets liés à la fusion contrôlée.

Et la comparaison avec ITER est intéressante pour illustrer les progrès réalisés sur certains technologies, celle d'ITER étant déjà ancienne.
Un réacteur à fusion expérimental peut être très gros et très cher, mais si on ne fait pas mieux à l'échelle industrielle et que l'électricité sortant des réacteurs à fusion revient à 300 euros/MWh, on en construira peut-être quelques-uns, et l'aventure s'arrêtera là, comme une impasse technologique et économique.

[jacquolintégrateur]

Bonjour
Tout ça est exact et ce serait certainement une excellente raison de ne pas laisser tomber la fission , comme un vieille chaussette à mettre au rancard!! puisque enfin elle est, en bonne partie, exempte des défauts de la fusion !! Sans oublier que, pendant des années, elle a assuré la production majoritaire de l'énergie électrique, en France, nous affranchissant en grande partie de la dîme qu'il eût fallu, autrement, verser aux fournisseurs d'énergie, avec en prime, des émissions très faibles de CO2. Peut être serait-il temps de penser que les réacteurs nucléaires standards n'ont jamais prétendu représenter le nec plus ultra et sont encore très perfectibles, que les ressources en Uranium et Thorium sont abondantes et, enfin, que le coeur des lamentations sur le thème de la nocivité des déchets radio-actifs est surtout un élément de la réthorique de colporteurs orchestrée en vue d'entretenir la crainte irraisonnée des foules!!
Cordialement

[Mickey-l.ange]

Bonjour,

Un truc m'échappe.
J'ai lu que dans Iter le plasma devrait atteindre une température de 150 millions de degrés Celsius.
Comment les parois peuvent résister à une température pareille ?
Est-ce que ce n'est pas comme si on disait qu'on pouvait aller à quelques mètres de la surface du soleil sans craindre un coup de chaud ?

[Deedee81]

Salut,

J'ai lu que dans Iter le plasma devrait atteindre une température de 150 millions de degrés Celsius.
Comment les parois peuvent résister à une température pareille ?
Est-ce que ce n'est pas comme si on disait qu'on pouvait aller à quelques mètres de la surface du soleil sans craindre un coup de chaud ?

D'une part les parois ne touchent pas le plasma (sauf disruption) et d'autre part la quantité/densité de plasma est relativement faible.
Le rayonnement thermique subit par les parois n'est pas négligeable mais pas au point de les faire fondre.

[khurnous]

Bonjour,

Quelques rappels (économiques, même si possiblement hors charte, mais intéressant par rapport aux investissements) sur les stocks :

1°Uranium
"au prix du marché et déjà connu/exploités", liste des pays par réserve d'uranium en 2009 au prix du marché :
https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9serve_d%27uranium (Maj 30 mars 2022)

2°Thorium
https://linqstor.com/environment/42165.html
https://www.cea.fr/comprendre/Pages/...u-thorium.aspx
https://fr.wikipedia.org/wiki/Cycle_...ire_au_thorium

Et pour faire fonctionner une centrale au Thorium, il faut de l'Uranium...

Quant aux dangers des déchets radio-actifs, mon beau-père qui a mis au point le revêtement de la centrale nucléaire de Chinon (la fameuse boule), serait en colère tellement certaines zones sont hautement dangereuses (à la fois par effet d'accumulation et par accès direct aux zones les plus exposées). A tel point que dans certains secteurs il ne s'y rendait qu'en scaphandre spécialement conçu...

[Deedee81]

Attention, on dérive, le sujet ne concerne pas la fission et encore moins la fission uranium/thorium.

Le sujet concerne SPARC et la fusion nucléaire.

Merci,

[Mickey-l.ange]

d'autre part la quantité/densité de plasma est relativement faible.

C'est-à-dire : la température du plasma est élevée, mais le plasma même très chaud est peu dense, donc la quantité de chaleur reste modérée ?

[XK150]

La zone des fusions est limitée , il faut la voir comme un fil de couturière qui court près du centre géométrique du tore .
Et le gradient est énorme , le plasma de bord est environ à 1000 ° C . D' où les contraintes thermiques sur les parois ' face au plasma " .
Et non , la puissance totale est bien là , 400 MW sur Iter , c'est 400 MW ...Et plus attendu sur un vrai réacteur de puissance .
D'où , de la nécessaire surface d'échange qui sera donc forcément une grosse machine .

[Deedee81]

Là dessus j'ai une question.

En "régime" quelle est la température attendue pour les parois (si quelqu'un connait). Parce que des variations importantes, ça joue aussi sur le vieillissement

[XK150]

Le premier 1/10 de mm de la première paroi est environ à la T du plasma de bord .

Au sujet de la surface d'échange , noter que les 4 échangeurs d'un fission 1300 MWE , est celle d'un terrain de foot pour chacun .

[Deedee81]

C'est vrai qu'on est tout de suite dans des dimensions hors norme !!!!

[WizardOfLinn]

Grosse machine comme toute machine thermique, avec ses échangeurs.
Mais ce n'est pas la thermique qui impose les dimensions de la chambre toroïdale.
Un coeur de réacteur à fission, ce n'est pas bien gros, c'est même plus compact que le tore de ITER et on arrive bien à en évacuer les 3000 ou 4000 MWth.
C'est un bon gros problème d'ingénierie, qui ne parait pas aussi critique que les neutrons, ou la stabilité du plasma et autres difficultés.

[XK150]

Oui et non ... Ici , il va falloir récupérer la puissance thermique dans tout ce qui entoure le tore car , à 80% , ce sont le ralentissement des neutrons de 14 MeV
qui vont provoquer l'échauffement des structures externes . Et il faut voir ce qui compose les structures externes .

Ce ne sera tout de même pas aussi simple que de faire circuler de l'eau autour des crayons combustibles à fission .
Oui , la puissance impose le volume du tore , sinon pourquoi faire ITER si volumineux seulement à 400 MW pendant 400 , 500 secondes ?

[XK150]

Evolution des grosses machines :

Tore Supra : env 10 MW , volume chambre 50 m3
JET : env 16 MW , volume 190 m3 , masse 68 tonnes
ITER : 400 MW , volume 1600 m3 , masse 5200 tonnes ...

[jacquolintégrateur]

Le public a beaucoup de mal à comprendre que la plupart des machines de fusion ne sont pas en concurence , mais que les études sur la fusion font partie de la communauté internationale sur la fusion créée avant les années 60 ,et qui , chose remarquable tient toujours ... Les 200 chercheurs russes sont toujours à Cadarache

Bonjour
La première machine installée en France, à ma connaissance, s'appelait: "ZETA" (Zero Energie Thermonuclear Apparatus) et se trouvait logée dans un ancien fort de la région parisienne. C'était un simple tube torique dépourvu de bobinage magnétique. Le projet a été abandonné en 1958.
Cordialement

[WizardOfLinn]

Evolution des grosses machines :

Tore Supra : env 10 MW , volume chambre 50 m3
JET : env 16 MW , volume 190 m3 , masse 68 tonnes
ITER : 400 MW , volume 1600 m3 , masse 5200 tonnes ...

Les dimensions du tore sont déterminées par le champ magnétique. Si on peut augmenter le champ magnétique, les dimensions peuvent être réduites, et ce ne sont pas des limites de charges thermiques sur les parois qui empêcheraient de le faire, on saurait évacuer des densités de puissance supérieures.

[XK150]

On ne se mettra pas d'accord ... Le champ magnétique , oui , mais ce n'est pas fondamental 13 teslas ou 20 teslas , pour moi c'est pareil .
Mais non , dans le monde réel , on n'augmentera pas la charge thermique sur les matériaux à l'infini ; l'évolution des dimensions données au post 23 ne dépend pas au premier ordre du champ magnétique .

[jacquolintégrateur]

Les dimensions du tore sont déterminées par le champ magnétique. Si on peut augmenter le champ magnétique, les dimensions peuvent être réduites, et ce ne sont pas des limites de charges thermiques sur les parois qui empêcheraient de le faire, on saurait évacuer des densités de puissance supérieures.

Bonjour
C'est ce que propose le M.I.T: ils prévoient un champ magnétique de 20 Tesla, au lieu des 5 Tesla de ITER. Comme la pression de confinement est proportionnelle au carré de L'induction, ça fait 16 fois plus. la pression du plasma augmente dans les mêmes proportion et, comme la pression est proportionnelle à la densité, celle ci doit être 16 fois celle de ITER. 0r, la vitesse des réactions de fusion varie comme le carré de la densité, d'où: 256 fois ITER !!! Tous ces calculs, à peine du "niveau de Terminale" me font , tout de même craindre que la mariée soit un peu trop belle!!
Cordialement

[WizardOfLinn]

On ne se mettra pas d'accord ... Le champ magnétique , oui , mais ce n'est pas fondamental 13 teslas ou 20 teslas , pour moi c'est pareil .

C'est fondamental et dimensionnant, avec une dépendance en B^3. 13 ou 20, ce n'est pas du tout pareil.

l'évolution des dimensions données au post 23 ne dépend pas au premier ordre du champ magnétique .

Les dimensions ont augmenté pour réduire les interactions du plasma avec les parois (le volume augmente plus vite que la surface), résultat qu'on peut aussi atteindre en augmentant le champ, si cela devient possible. Rien à voir avec des problèmes de thermique.

[XK150]

Réduire les interactions du plasma avec les parois revient à diminuer la charge thermique ...

De toute façon , nous ne parlons pas des mêmes buts à atteindre : je suis toujours dans l'optique d'un réacteur de production qui devra tenir au moins 20 ans ,
( sinon attention aux réactions du forum !!! ) ou tout ne pourra pas fonctionner aux limites comme définies sur un proto .

[f6bes]

Bjr à tous,
Et si le beau tore de plasma...dirupte.....ça fait quoi ? ( des trous..ou plus...qq part) ?
Bonne soirée