confinement magnétique du plasma ( ITER )

[invite33f14857]

bonjour a tous.
je suis sur entrain de preparer mon TFE qui a pour sujet ( fusion et fission nucléaire + ITER et tokomak ).
je voudrais, si possible ^^, que l'on m'éclaire au sujet du confinement du plasma. je sais comment on fait pour que le plasma augmente son taux d'énergie (onde + injections de particules) mais se plasma doit rester avec une température bien élevé (millions de degrés) c'est pour cela qu'on fait appelle au champ magnétique pour confier tout cela.
et c'est la ou se pose le problème car j'arrive pas à saisir le rôle PRÉCIS des droits bobines et aussi le MHD ?
Merci bien.
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[invitec240c950]

Bonjour,

Attention de ne pas tout mélanger, ce qui, je le concède, est extrêment aisé avec la fusion contrôlée.

Tout d'abord: le but d'ITER est de réaliser la fusion contrôlée (on dit aussi thermonucléaire, mais par souci de marketing, la communauté scientifique a décidé de bannir le mot 'nucléaire' de son vocabulaire. En passant, ITER ne veut plus dire 'International Thermonuclear Experimental Reactor', mais officiellement simplement iter: soit 'la voie' en latin). Cette fusion contrôlée peut-être atteinte de plusieurs manières différentes, mais l'approche choisie par les collaborateurs d'ITER est le confinement magnétique du plasma.

Pour information, il y a d'autre types de confinement: le confinement intertiel (à application militaire, donc très peu médiatisé) et le confinement gravitationel (soleil).

L'apparition du plasma dans le domaine de la fusion contrôlée n'est pas un choix. C'est une nécessité. En effet, et comme vous le dites, la 'température' des combustibles doit être extrêmement élevée afin d'espérer une réaction de fusion. Je mets température entre guillemets, parce que dans le domaine, on parle de manière identique de température ou énergie des particules. Et dans notre cas, c'est l'énergie des particules qui doit être élevée. (poure les puristes: en principe, l'expression même d'une température est approximative, vu que dans un Tokamak, le système n'est pas à l'équilibre thermique. On fait cependant l'approximation que les particules combustibles suivent une distribution Maxwellienne. Mais je m'égare...)

Bref, notre but est de 'mettre' du combustible (deutérium et tritium), de le 'chauffer', et de le faire réaliser des réactions de fusion.

On chauffe le combustible en utilisant divers procédés. Il y a le chauffage ohmique, le chauffage par micro-ondes, le chauffage par émission d'un flux de particules neutres, bref, une très longue liste que l'on pourrait détailler si le besoin s'en fait sentir.

Pour qu'une réaction de fusion ait lieu, il faut tellement que l'on chauffe que le combustible prend la forme de plasma. Du coup, les atomes 'se séparent' et les protons et électrons sont désolidarisés.

Maintenant, mettons qu'on arrive à chauffer le combustible suffisamment. Notre problème n'est pas terminé, vu que la réaction de fusion n'a pas encore eu lieu. Il faut maintenant se débrouiller pour que les particules combustibles fusionnent. Et, à priori, elles n'en ont pas trop envie. Dans la majeure partie des cas, si une particule se rapproche suffisamment d'une autre, elles vont simplement s'effleurer, puis s'éloigner à nouveau, à cause de la répulsion coulombienne. Le deutérium et le tritium ayant tous les deux des charges +e, ils se repoussent.

Il faut donc, pour une réaction de fusion, que l'on soit chanceux, c'est-à-dire que deux particules entre en collison, et qu'elles entre en collision de telle manière à ce qu'elle ne se repoussent pas, mais produise une réaction de fusion. Et c'est là qu'entre en jeu le confinement magnétique.

On veut confiner les particules pour qu'elles aient le 'temps' de faire la réaction de fusion (après avoir probablement effectué plusieurs collisions infructueuses).

Maintenant, comment confiner des particules? C'est simple. Dans le plasma, le deutérium et le tritium ont une charge +e. Du coup, on peut appliquer un champ magnétique dont elles vont (grossièrement) suivre les lignes de champ. Et si on parvient à créer des lignes de champ toroïdales, alors les particules combustibles 'tournent en rond'. Voilà pour le confinement.

Maintenant, qu'est-ce que la MHD. La MHD, c'est l'abréviation de MagnétoHydroDynamique. Cela n'a peut-être pas beaucoup d'intérêt dans la compréhension heuristique du fonctionnement d'un Tokamak.

En fait, la MHD c'est un modèle dont on se sert pour prévoir le comportement d'un plasma. En très, très gros on considère la 'soupe' de protons et d'électrons comme un fluide chargé. En accolant les équations de Maxwell, les équations de mécanique des fluides et une équation d'état, on a la MHD. Mais je ne pense pas que cela soit d'une importance capitale pour quelqu'un qui veut comprendre simplement le fonctionnement d'ITER. Par contre, il va de soi que c'est primordial pour la compréhension en profondeur du comportement des plasma.

Voilà, j'espère que cela vous aide un petit peu.

Bien à vous,

Butcherk

[calculair]

Bonjour Butcherk,

Merci pour ton explication trés physique du fonctionnement "iter"

Si je comprend bien

1) il faut que les particules aient suffisamment d'energie. Cette energie est donnée par la temperature du milieu

W ( par particule ) = 3/2 KT

2) lorsque les particules ont lancées les unes vers les autres du fait de la repulsion coulombienne, elles se ratent le plus souvant, sauf celles qui ont leur vecteurs vitesses quasiment dirigés l'un vers l'autre. Donc il y a relativement peu de collision efficace.

3) pour augmenter la probalité de collision efficace, il faut concentrer ce gaz de particules.

Bon je ne sais si j'ai l'ensemble des paramètres, ou faut il ajouter d'autres
paramètres....

Comme une vision plus precise des distributions des vitesse des particules, ce qui permettrait de d'imaginer de baisser la temperature du plasma, mais avec la necessité, sans doute, d'augmenter la pression du plasma, pour conserver la probabilité de collision efficace.

Merci de m'eclairer et de peciser si possible la temperature du plasma prevu pour iter, et la pression de confinement pour le deuterium et le tritium.

Injecte t'on d'autres energies dans le plasma pour amorcer la reaction ?


Bien cordialement

[invite33f14857]

pour répondre a calculaire:
déjà le plasma doit rester a haute température et les particules qui sont dedans vont a des vitesses énromisime ^^, il est vrai que la force coulombienne les empêche de rentrer en collision mais a une certaine distance ( 10^-15metre) là a lieu " l'interaction forte " qui agit sur les quarks, c'est grâce a cette force que les fusion est possible.
et en ce qui concerne Butcherk:
je le remercie mais tu m'a pas vraiment répondue a mes questions sauf pour le MHD ou la tu m'a un peu éclairé le sujet =), mais tu m'a pas vraiment expliquer le fonctionnement des TROIS bobines. si tu pouvais juste un peu approfondir le coté MHD et COMMENCER =P le coté champ magnétique (comment on le produire par quel moyen et comment il agit ?) enfin si tu te sens capable =)...
merci bien!

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite3e5ede0a]

Bonjour,

Concernant le fonctionnement général d'un tokamak et en particulier des bobines poloidales, toroidales et du courant plasma, vous trouverez certainement tout ce qu'il vous faut ici :
http://www-fusion-magnetique.cea.fr/
(cf section "introduction"/"les grands principes" §5 & 6)

[invite7263db79]

Bonjour à tous.
Je fait moi aussi un projet sur Iter.
Mes recherches m'ont apporté beaucoup de reponses, mais je bloque sur un point.

A l'initialisation du tokamak, qu'est-ce qu'il y a dans le tore ??

Forcement un plasma ou des ions, pour répondre au champs magnétiques.
Or, ça ne peut pas être un plasma car la température n'est pas encore assez élevé
Et ça ne peu pas être des ions non plus, car en effet le combustible est injecté de manière neutralisé (pour passer la barrière magnétique de confinement).
J'ai pu lire que les ions D- (deutérium négatif), était épluché (D- -> D0) pour passé la barrière magnétique, puis subirai dans le tore un double épluchage (D0 --> D+) lors de collision avec d'autre particule ou avec la paroi, et répondrai ainsi au champs magnétique.

Pourriez vous confirmer ou corriger?

[invite3e5ede0a]

Bonjour,

Le plasma dans la chambre à vide d'un tokamak est créé en ionisant un gaz que l'on injecte dans la machine. Lorsqu'il est injecté, le gaz est neutre donc insensible en champ magnétique. En créant une décharge (un arc électrique par exemple), on ionise ce gaz qui devient alors un plasma. (D'autres méthodes existent pour ioniser le gaz, comme l'utilisation d'ondes électromagnétiques hautes fréquences à forte puissance.)

On peut tout à fait créer un plasma froid : c'est le cas dans les lampes néons par exemple.

Dans la pratique, c'est un peu plus compliqué : une fraction importante de gaz est piegée dans les parois de la chambre à vide. Lors de l'ionisation du plasma ('start-up'), du gaz sort des parois et se ionise également, participant ainsi au bilan général du combustible. Si on injecte trop de gaz, on aura tendance à étouffer le plasma créé : il y'a donc un juste équilibre à trouver.

[invite4d663f90]

Bonjour,

Je fais également un travail sur la fusion nucléaire contrôlée et plus précisément le Tokamak ITER.
J'ai cependant du mal à comprendre combien de champs magnétiques entrent en jeux et quelles lois sont utilisées (a priori les particules chargées sont soumises à la force de Lorentz, mais je suppose que ce n'est pas la seule force en action..).
J'aimerais comprendre un peu mieux l'action de ces champs magnétiques et leur disposition..

Merci d'avance !

Lola.