Fusion nucléaire et Z-machine : compétition sur la striction axiale

[Geb]

Bonjour,

La méthode par confinement inertiel visant à obtenir les conditions de la fusion nucléaire ("Inertial Confinement Fusion" ou ICF), en particulier la variante dite confinement inertiel par "striction axiale" ("z-pinch" en anglais), était un sujet relativement populaire entre 2010 et 2012 sur les forums de Futura, grâce au "buzz" autour de résultats obtenus par la "Z-machine", installée aux laboratoires nationaux Sandia (Sandia National Laboratories, ou SNL), aux États-Unis. Malgré un timide regain d'intérêt il y a près de 3 ans, ça fait très longtemps (comme beaucoup d'entre nous) que je ne m'étais pas intéressé au sujet.

Or, dans une des présentations PowerPoint des laboratoires Sandia (Sinars, 2016), je suis tombé sur un projet russe de grosse Z-machine améliorée, baptisé "Baïkal" (voir la diapositive n°8) :

Russian Facility (Baikal)

• 50 MA
• 150 ns
• 100 MJ (4 x Z)
• Stated goal: 25 MJ fusion yield
• Originally scheduled for completion in 2019, delayed due to oil price collapse
• If it works, they could have this capability before the United States

L'objectif des Russes serait d'atteindre le seuil fatidique des 50 millions d'ampères, puisque 50 à 60 millions d'ampères devraient apparemment suffire pour confirmer (ou infirmer) la viabilité d'une véritable centrale nucléaire à fusion basée sur ce principe de la striction axiale, un peu comme ITER est censé valider le concept du tokamak avant la construction d'un démonstrateur commercial (baptisé DEMO).

D'après le site internet de l'Institut Troïtsk pour la recherche innovante et la fusion nucléaire (TRINITI) qui gère le projet, la construction a débutée en 2013, en parallèle avec celle d'un tokamak russo-italien baptisé IGNITOR, qui devait être construit sur le même site de Troïtsk :

В 2013 году в институте начато строительство крупнейшего термоядерного комплекса "Байкал", также планируется реализация одного из мегапроектов - создание Российско-итальянского токамака "Игнитор".

Comme vous le savez peut-être, les apports des Russes ont été déterminants dans les avancées récentes de cette technologie aux États-Unis. Par ce fil de discussion, j'aimerais donc, aussi, rendre justice aux chercheurs russes, qui font apparemment un boulot remarquable en toute discrétion, comparé à la situation aux États-Unis ou les centres de recherche font de la communication à tout va, pour "créer le buzz" autour de leurs résultats scientifiques (si peu significatifs soient-ils, parfois).

Cordialement.
-----

[Geb]

Bonjour,

Quelle est l'état des lieux aux États-Unis et que voulais-je dire lorsque je parlais de l'apport important des Russes sur l'état de l'art actuel aux États-Unis ?

Au tout début de son histoire, à l'origine une mise à jour de PBFA-II complétée en 1996, la Z-machine (33 mètres de diamètre tout de même) ne pouvait fournir "que" 17 millions d'ampères. Cette capacité a progressivement été augmentée à 18, puis à 20 et enfin, le 17 septembre 2007, à 26 millions d'ampères (Matzen et al., 2009).

Suite à ce dernier processus de "modernisation" ("refurbishment" en anglais), la Z-machine est désormais capable de délivrer une puissance instantanée d'environ 80 térawatts, ce qui en fait l'un des plus puissants appareils de laboratoire sources de rayons X au monde.

Cependant, la technologie utilisée par la Z-machine est relativement archaïque : des générateurs conçus, dans leur principe, par Erwin Marx entre 1923 et 1924.

Depuis 2004, les laboratoires Sandia, qui exploitent les capacités de la Z-Machine (parfois appelée ZR-Machine pour "Refurbished"), réfléchissent à l'utilisation d'une technologie hautement modulable, appelée "Linear Transformer Drivers" (LTD). Pour reprendre le vocabulaire utilisé, les condensateurs font des "briques", qui sont assemblées en "cavités", qui elles-mêmes sont regroupées en "modules". C'est d'ailleurs une équipe russe de l'Institut d'électronique des courants de haute intensité de Tomsk qui est venue trouver les chercheurs des laboratoires Sandia avec un modèle de LTD (Kim et al., 2004) que Craig Olson avait qualifié ni plus ni moins d' "avancée révolutionnaire" en 2007 :

-Rapid-fire pulse brings Sandia’s Z method closer to goal of developing high-yield fusion reactor

En admettant que la méthode soit viable, comment fonctionnerait une centrale électrique à fusion nucléaire basée sur la technique de la striction axiale ? Pour rappel, l'objectif n'est pas ici d'obtenir un état stationnaire et continu de production d'énergie, comme dans une centrale nucléaire à fission classique, mais plutôt d'obtenir les conditions pour la fusion nucléaire de façon très brève, d'en tirer de l'énergie (quelques gigajoules à la fois), et de répéter l'opération plusieurs fois par minute pour produire de l'électricité en continu (par exemple 1000 MW).

Lorsqu'ils s'intéressent (de temps en temps) à la fusion nucléaire par confinement inertiel (la Z-machine ne sert pas qu'a ça), les chercheurs des laboratoires nationaux Sandia imaginent l'utilisation d'une "ligne de transmission recyclable" (Recyclable Transmission Line, ou RTL) grâce à laquelle les réactions de fusion pourraient être produites toutes les trois à dix secondes (voir cette vieille vidéo de 2004, disponible ici, qui présente le concept de "Z-Proof-of-Principle" ou Z-PoP).

À partir de 2004, une équipe des laboratoires Sandia, sous la direction de Craig Olson, a imaginé concrètement comment une centrale nucléaire basée sur la striction axiale (60 millions d'ampères, 104 mètres de diamètre), baptisée Z-IFE (pour "Z-pinch Inertial Fusion Energy", qu'on peut traduire approximativement par "énergie de fusion inertielle par striction axiale"), pourrait fonctionner. Un rapport complet (177 pages) avait été commis en janvier 2007 pour expliquer dans le détail à quoi pourrait ressembler une centrale à fusion nucléaire, qui serait construite autour de la méthode du confinement inertiel par striction axiale :

- Recyclable Transmission Line (RTL) and Linear Transformer Driver (LTD) Development for Z-Pinch Inertial Fusion Energy (Z-IFE) and High Yield (Olson et al., 2007)

Le rapport ci-dessus présente, à partir de la page 155, une autre version de centrale baptisée ZP-3R (90 millions d'ampères, 60 mètres de diamètre), basée sur les idées de chercheurs russes de l'Institut Kourtchatov (Kalinin et al., 2006).

Pour ceux qui n'ont pas le temps de lire la publication, il y a une présentation PowerPoint de Craig Olson (30 diapositives), qui résume la publication.

Pour l'anecdote, en marge de ces études, un autre chercheur des laboratoires Sandia, Benjamin Cipiti, avait publié en juillet 2006 son concept baptisé "In-Zinerator", qui proposait de se servir des neutrons produits par une centrale à fusion utilisant la striction axiale pour transmuter les déchets radioactifs (Cipiti, 2006). Ce concept, qu'il a analysé avec d'autres de ces collègues dans les mois qui ont suivi (Cipiti et al., 2006), n'a pas été poursuivi par la suite et je ne souhaite pas me concentrer là-dessus dans cette discussion.

En 2007, une équipe des laboratoires Sandia, dirigée par William Stygar, a donc lancé un programme d'exploration prospective afin d'être en mesure de déterminer les installations nécessaires pour le futur dans le domaine aux États-Unis (Stygar et al., 2007). À l'issue de ce long processus (Stygar et al., 2015), ils ont présenté deux idées, baptisées Z 300 et Z 800, qui ont pour particularité d'abandonner complètement les générateurs de Marx (qui étaient encore envisagés au début, en 2007) au profit de la technologie des LTD. On trouve quelques infos intéressantes dans cette publication, sur chacune de ces deux idées :

[...] Z 300 is 35 m in diameter and stores 48 MJ of electrical energy in its LTD capacitors. The accelerator generates 320 TW of electrical power at the output of the LTD system, and delivers 48 MA in 154 ns to a magnetized-liner inertial-fusion (MagLIF) target [Phys. Plasmas 17, 056303 (2010)]. [...] The principal goal of Z 300 is to achieve thermonuclear ignition; i.e., a fusion yield that exceeds the energy transmitted by the accelerator to the liner. [...]

[...] Z 800 is 52 m in diameter and stores 130 MJ. This accelerator generates 890 TW at the output of its LTD system, and delivers 65 MA in 113 ns to a MagLIF target. [...] The principal goal of Z 800 is to achieve high-yield thermonuclear fusion; i.e., a yield that exceeds the energy initially stored by the accelerator’s capacitors. [...]

Z 300 aurait en somme un objectif très modeste, comparé au niveau déjà atteint par la technologie des tokamaks : atteindre l'ignition. De la même manière, Z 800 n'a aucune vocation à devenir une centrale électrique commerciale apte à fournir de l'électricité sur le réseau électrique nationale des États-Unis. Comme ITER, Z 800 serait plutôt considéré comme le dispositif qui précéderait un véritable démonstrateur de centrale électrique à fusion nucléaire basée sur le principe de la striction axiale (comme Z-IFE ou ZP-3R mentionnés précédemment). Cela dit, comme l'indique le titre de la publication, tout cela reste à l'étape purement conceptuelle. En d'autres termes, il n'y a pour l'instant aucun délai annoncé pour la mise en route de l'un ou l'autre de ces dispositifs.

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Concernant le projet russe proprement dit, malgré une recherche extensive, je n'ai trouvé qu'une petite cinquantaine de publications en anglais et en russe sur le net, dont une dizaine sont disponibles gratuitement à la lecture.

D'après les quelques rares infos que j'ai pu rassembler, c'est dès 1998, qu'une équipe dirigée par le physicien russe Engelen Atakouzièvitch Azizov (1936-2015) propose un projet de nouveau dispositif de confinement inertiel par striction axiale pour remplacer Angara 5-1, installé en 1983. Le concept est initialement baptisé "Super Angara", puis finalement "Baïkal" :

- Perspective of kiloterawatt soft X-ray source based on slow inductive storage with energy 1 gigajoule (Azizov et al., 1998)

- Superfast liner implosion physics study and development of X-ray facility based on 900 MJ inductive store (Alexandrov et al., 1999)

En 2001, l'Institut Troitsk pour la recherche innovante et la fusion nucléaire (TRINITI) obtient un premier financement du gouvernement russe pour diriger le projet. Après une phase de développement des technologies jugées nécessaires, en partenariat avec de nombreux autres instituts de recherche russes, la construction de l'installation proprement dite est lancée en 2013 (comme mentionné sur le site web du TRINITI dans mon message précédent).

Les sanctions économiques qui ont suivi l'annexion de la Crimée, ainsi que l'effondrement des prix du pétrole en juillet 2014 a fait plonger du même coup le budget de l'État russe, qui dépend fortement des prix du pétrole et du gaz naturel, ce qui a, en retour, largement ralentit les programmes de modernisation de la recherche, en ce compris, évidemment, ceux touchant les recherches sur la fusion inertielle par striction axiale.

Le chantier de Baïkal, qui devait être installé sur le même site que le tokamak russo-italien Ignitor, est donc peut-être à l'arrêt (tout comme celui, d'ailleurs, du tokamak précité ; lire Subbotin et al., 2019).

Cordialement.

[Geb]

Bonsoir,

Il fallait s'en douter, les Chinois s’intéressent de très près à ce qui se fait dans le domaine de la fusion par striction axiale, à la fois en Russie et aux États-Unis.

En 2007, un article faisant le point sur les principales configurations de fusion par striction axiale tentées avec la Z-machine et sa version améliorée, la ZR-machine, a été commis par un employé de l'Institut de physique appliquée et de mathématiques assistées par ordinateur de Beijing (Institute of Applied Physics and Computational Mathematics).

- Inertial fusion advance toward ignition and gain (Summary talk) (He, 2007)

En 2014, une équipe basée à l'Institut de physique des fluides de Mianyang c'était elle aussi intéressée à un concept de réacteur électrique hybride fusion-fission par striction axiale (Z-pinch driven fusion-fission hybrid power reactor ou Z-FFR) :

- Conceptual design of Z-pinch driven fusion-fission hybrid power reactor (Li et al., 2014)

- Super-power repetitive Z-pinch driver for fusion-fission reactor (Deng et al., 2014)

En 2016, le même Institut de Mianyang avait évalué l'évolution historique des choix techniques derrières le projet Baïkal russe :

- Conceptual design of thermonuclear facility “Baikal” (Hongchun et al., 2016)

En ce qui concerne les installations existantes sur le territoire chinois, "Dragon 1" (la traduction du mandarin "Julong 1"), qu'on appelle aussi "Banc d'essai primaire" ("Primary Test Stand" ou PTS) aux États-Unis, a été testé pour la première fois en Chine en juin 2013. Il s'agit d'un dispositif de 33 mètres de diamètre et de 7 mètres de haut, qui peut produire environ 8 millions d'ampères en 70 à 100 nanosecondes et décharger 8 mégajoules d'énergie stockée, pour une puissance instantanée annoncée de 20 térawatts.

La Chine ne veut pas en rester là, puisqu'un autre projet plus ambitieux, le CZ30, était déjà développé en parallèle de Julong 1, plus petit. Il doit être capable de produire au moins 30 millions d'ampères (un peu mieux que la ZR-machine actuelle) en un pulse de 100 nanosecondes :

- Full-circuit simulation of next generation China Z-pinch driver CZ30 (Mao et al., 2019)

Il y a d'autres projets en Chine, puisque le consensus actuel pour les chercheurs travaillant dans cette discipline est que, pour qu'un dispositif de ce type fonctionne vraiment, il faudrait atteindre les 50 à 60 millions d'ampères. C'est donc exactement ce à quoi certains physiciens chinois réfléchissent aujourd'hui (Chen et al., 2019).

- Development of a fusion-oriented pulsed power module (Chen et al., 2019)

Il y a d'autres papiers qui démontrent que les Chinois participent aussi activement aux développements de la technologie dans ce domaine de la recherche sur la fusion nucléaire :

- Numerical investigation on target implosions driven by radiation ablation and shock compression in dynamic hohlraums (Xiao et al., 2015)

- Experimental investigation of Z-pinch radiation source for indirect drive inertial confinement fusion (Li et al., 2019)

- Magnetically insulated transmission lines in the form of cone with ribs: Exploratory design and analysis (Wu et al., 2020)

Tout cela semble suggérer que la Chine essaye de combler son retard sur la Russie et les États-Unis le plus rapidement possible.

Cordialement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Geb]

Bonjour,

Je me suis pas mal documenté ces derniers jours sur les origines de la méthode de fusion nucléaire par striction magnétique axiale. Il y a plusieurs articles Wikipédia à ce sujet qui méritent vraiment le coup d’œil :

- Fusion power
- ZETA (fusion reactor)
- Sceptre (fusion reactor)
- Perhapsatron

Au passage, j'ai compris pourquoi l'ingénieur britannique Alan Bond (qui a travaillé sur la fusion nucléaire au Centre de Culham), avait baptisé ses moteurs hybrides statoréacteur-fusée respectivement SABRE (à partir du Sandia Accelerator Beam Research Experiment) et Sceptre (voir article ci-dessus) !

Pour en revenir au sujet, j'ai été très étonné d'apprendre que le tout premier brevet de réacteur à fusion, déposé en 1946 par George Paget Thomson (1892-1975) et Moses Blackman (1908-1983), utilisait la méthode de la striction axiale, que Stanley W. Cousins et Alan A. Ware (1924-2010), deux étudiants de Thomson à l'Imperial College de Londres, ont commencé à construire des dispositifs de ce type au Royaume-Uni en janvier 1947, et qu'on a largement abandonné cette méthode à partir de début 1959.

Je serais vraiment curieux de comprendre pourquoi les premiers dispositifs semblaient produire autant de neutrons ? Voir l'article Wikipédia intitulé "Fusion power" :

[...] In early 1958, John Cockcroft announced that fusion had been achieved in the ZETA, an announcement that made headlines around the world. When physicists in the US expressed concerns about the claims they were initially dismissed. US experiments soon demonstrated the same neutrons, although temperature measurements suggested these could not be from fusion reactions. The neutrons seen in the UK were later demonstrated to be from different versions of the same instability processes that plagued earlier machines. Cockcroft was forced to retract the fusion claims, and the entire field was tainted for years. [...]

L'article Wikipédia en anglais dit qu'on trouve déjà des réponses à ce paradoxe dans un article de Martin Kruskal (1925-2006) et Martin Schwarzschild (1912-1997) publié en 1954 :

- Some instabilities of a completely ionized plasma (Kruskal & Schwarzschild, 1954)

[...] By the mid-1950s it was clear that the simple theoretical tools being used to calculate the performance of all fusion machines were simply not predicting their actual behavior. Machines invariably leaked their plasma from their confinement area at rates far higher than predicted. In 1954, Edward Teller held a gathering of fusion researchers at the Princeton Gun Club, near the Project Matterhorn (now known as Project Sherwood) grounds. Teller started by pointing out the problems that everyone was having, and suggested that any system where the plasma was confined within concave fields was doomed to fail. Attendees remember him saying something to the effect that the fields were like rubber bands, and they would attempt to snap back to a straight configuration whenever the power was increased, ejecting the plasma. He went on to say that it appeared the only way to confine the plasma in a stable configuration would be to use convex fields, a "cusp" configuration.^[109]

When the meeting concluded, most of the researchers quickly turned out papers saying why Teller's concerns did not apply to their particular device. The pinch machines did not use magnetic fields in this way at all, while the mirror and stellarator seemed to have various ways out. This was soon followed by a paper by Martin David Kruskal and Martin Schwarzschild discussing pinch machines, however, which demonstrated instabilities in those devices were inherent to the design. [...]

L'origine de ces neutrons me dépasse et j'apprécierais si un connaisseur pouvait nous vulgariser tout ça. Outre les articles Wikipédia, j'ai pris beaucoup de plaisir à lire trois publications scientifiques absolument fascinantes sur l'histoire de la fusion nucléaire "civile" :

An Overview of Tokamak Alternatives in the US Fusion Program with the Aim of Fostering Concept Innovation (Woodruff, 2004)

J'apprécie particulièrement les "figures" 1 et 2 (pour reprendre le terme employé) qui représentent schématiquement l'évolution approximative du budget consacré par le gouvernement des États-Unis aux études sur la fusion (avec un plateau relatif entre 1977 et 1983, qui représente apparemment un "sommet" équivalant à environ 850 millions de dollars de 2002, suivi d'une baisse drastique entre 1983 et 2003), ainsi que les tableaux faisant la liste a priori exhaustive des dispositifs expérimentés aux États-Unis.

Pulsed Power at Sandia National Laboratories: the first forty years (Van Arsdall, 2007)

Un très long document historique, qui a été élaboré patiemment à partir de 1999 et qui, comme son nom l'indique, est consacré aux travaux aux laboratoires Sandia. L'autrice va jusqu'à nommer les personnes qui à Sandia, provoquent les avancées significatives, ce que j'apprécie particulièrement.

Collaborating to Ruin? US National Laboratories and the Impact of International Research Partnerships (Hendrickson, 2015)

Cette thèse de doctorat en sciences économiques au sujet très particulier, n'est intéressante, d'un point de vue historique, qu'entre le deuxième paragraphe de la page 2 et le premier paragraphe de la page 12). L'auteur explique en substance que les Britanniques, lorsqu'ils ont investigué la fusion par striction axiale, ont dépensé trop d'argent, trop vite, pour des dispositifs trop grands et rendus leurs premiers résultats trop vites, ce qui a eu pour effet de décourager le gouvernement britannique, qui par honte a retiré les financements lorsque les chercheurs des États-Unis ont infirmé les résultats. Peu ou proue, pour revenir sur ce parallèle avec l'aéronautique, ce qu'il s'est passé avec HOTOL !

En gros, en juin 1980, les laboratoires Sandia mettent en service un accélérateur d'ions dans l'espoir de pratiquer la fusion nucléaire, baptisé Particle Beam Fusion Accelerator (PBFA). En 1986, on prend la décision de construire le PBFA II (qui deviendra le PBFA-Z, puis simplement Z, et enfin la Z-Machine) et dès 1987, le PBFA (rebaptisé Saturn) est converti en générateur de rayons X pour simuler les effets des explosions nucléaires.

On n'est vraiment revenu à la méthode de la striction axiale pour pratiquer la fusion qu'en septembre 1995 avec les premiers résultats de Saturn (anciennement PBFA I) avec une abrupte montée en puissance, qui passe brusquement de 30 à 85 TW entre septembre 1995 et février 1996, puis ceux de la Z-Machine (anciennement PBFA II), qui passe de 210 TW en juillet 1997 à 290 TW en janvier 1998.

Tout cela est dû à une augmentation du nombre de fils de tungstène, une réduction de leur diamètre respectif et l'exploration de nouvelles géométries (un modèle à "2 cercles concentriques", ou un autre modèle avec deux cercles qui sont disposés au-dessus et en-dessous de la cible à imploser). Apparemment, cela avait été prédit théoriquement dès la fin des années 1980, mais jamais vérifié expérimentalement (jusqu'en septembre 1995, voir les travaux de Melissa Douglas : Douglas et al., 1997 ; Deeney et al., 1998).

Les premiers neutrons dus à des réactions de fusion nucléaire ont été annoncés en avril 2003 (voir aussi la présentation de Ramon Leeper du 6 avril 2003 devant l'American Physical Society), près de 45 ans après les "faux positifs" obtenus fin août 1957 au Royaume-Uni par l'équipe de John Cockcroft (1897-1967), et dont l'annonce avait fait le tour du monde fin janvier 1958 (en condamnant au passage la méthode de la striction axiale pour des décennies, lorsqu'ils se sont révélés erronées à peine quelques mois plus tard).

Depuis lors, la striction axiale est "redevenue" en quelque sorte, à la surprise générale, une des pistes les plus sérieuses pour une future centrale à fusion fonctionnelle, au même titre que la fusion inertielle par laser ou bien sûr, le confinement magnétique de type "tokamak" (acronyme russe de "ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками" qui signifie "chambre toroïdale avec bobines magnétiques").

Cordialement.

[invite18230371]

C'est quoi la question ?

[Geb]

C'est quoi la question ?

Je conçois davantage ce fil comme l'opportunité d'entamer une discussion avec les personnes plus éclairées que moi qui fréquentent le forum de physique, sur les principes de base de la striction axiale et en particulier, son application dans le cadre de la fusion par confinement inertiel.

Il y a sans doute un tas de questions qui viendront (à moi, mais je l'espère aussi, à d'autres) au fur et à mesure que nous explorerons les détails de la méthode. Du coup, ce n'est pas un de ces fils dans lesquels il y aurait une question concrète au message n° 1 et qui se terminerait dès qu'on a répondu à la question qui a motivé l'initiation du fil.

Une première question qui me taraude est la suivante :

Je serais vraiment curieux de comprendre pourquoi les premiers dispositifs semblaient produire autant de neutrons ?

En d'autres mots, comment se fait-il que les premiers dispositifs basés sur la striction axiale semblaient produire tant de neutrons (dont l'origine fut attribuée à tort à un processus de fusion nucléaire) ?

Cordialement.

[invite18230371]

Je sais pas, l'excès de neutron est peut être du au fait que les appareils parte en sucette à cause du bruit electromagnétique.
Je pense qu'il y a un marché pour les bombe électromagnétique, donc en soi, cela justifie les financements, et les besoin de recherche de ce genre d'étude.

Pour la fusion, on en reparlera quand ça fonctionnera.

[invite18230371]

Pour la fusion on verra bien,
Ce sera probablement une techno toute autre que celle qu'on utilise...
(un tokamac en orbite ce serait bien de tester, quand même...)

Moi, je mets mes billes dans aucune techno, mais si j'avais pas le choix je choisirais le MegaJoule...
+

P.S: Un vieu laseriste...

[jacquolintégrateur]

L'origine de ces neutrons me dépasse

Salut Geb
Bien des expériences de dispositifs de fusion contrôlée ont suscité des questions sur le caractère "illicite" de ces neutrons, dont les flux, parfois importants, soulevaient des vagues d'espoir qui ne tardaient pas à retomber! En fait, tout dispositif capable de générer un plasma de deutérium à quelques milliers de degrés est en mesure de produire des neutrons de fusion, ceci en raison de la valeur élevée des sections efficaces D-D. Le problème est que ces fusions n'étaient pas thermonucléairesainsi qu'en témoignaient les distributions statistiques de ces neutrons lesquels n'étaient pas thermalisés comme ç'aurait du être le cas! On s'est très vite aperçu que les neutrons observés étaient produits par des réactions de fusions D-D dues à des noyaux de deutérium accélérés, jusqu'à l'énergie requise par les instabilités magnétohydrodynamiques du plasma. Très mauvais genre!! A ma connaissance, les premiers vrais neutrons thermonucléaires ont été produit dans des Tokamaks.
Cordialement

[invite18230371]

Sans parler des excés de neutron dans de mauvaise expérience de fusion froide.
C'est pas le sujet, certes, mais quand je vois cet argument je me méfie.
Bravo jacquolintégrateur

[XK150]

Bonsoir ,

Oui , pour compléter le post 10 :

Il est parfaitement possible d'obtenir des réactions de fusion D + D en accélérateur en envoyant un faisceau de deutons de 300 keV seulement sur une cible fixe de deutons .
Seulement , vous n'obtenez que quelques réactions et le bilan énergétique est catastrophique .
Pour que le bilan devienne intéressant , une majorité de particules incidentes doit interagir avec une majorité de particules cibles , même si dans un plasma , elles ne sont plus identifiées comme telles .
Ce sont les instabilités ( donc variations rapides du courant ) qui produisaient de forts champs électriques capables d'accélérer une partie des deutons .
Après les annonces dans la presse , la déception fût à la hauteur des annonces , surtout venant de Sir John Crockfoft ...
En fait , c'est Basil Rose , qui prouva , avec une chambre à bulles , qu'il ne s'agissait pas de neutrons " thermonucléaires " au sens strict du terme .
Le texte et la manip de Basil Rose lui-même :
https://books.google.co.uk/books?id=...Df4Q6AEwAnoECA

[invite18230371]

Si la question (toujours pas clair pour moi) porte sur l'intérêt ou non de Z-machin-truc pour la révolution énergétique tant attendue.

Je réponds ceci:
Non, sinon on ferais de la fusion depuis les année 1925.

[invite18230371]

Cependant avec un peu d'magneto-hydro-dynamic.
Un soupson de physique nucléaire et statistique.
Et surtout des millions de financement.

Je peux te vendre du rève.

[Geb]

Bonsoir,

Moi, je mets mes billes dans aucune techno, mais si j'avais pas le choix je choisirais le MegaJoule...

Oui, la fusion inertielle par laser est une autre méthode et elle est manifestement plus avancée que la striction axiale, puisqu'elle aurait atteint un "gain du combustible" ("fuel gain" en anglais) "supérieur à l'unité" (c'est-à-dire que l'énergie de fusion produite aurait été supérieure à l'énergie effectivement injectée dans la cible à imploser) dès le mois de février 2014 (Hurricane et al., 2014). C'est déjà significatif (la Z-Machine n'y est pas encore), mais on est tout de même très loin du "gain de fusion" (énergie utilisée par le dispositif dans son ensemble sur énergie de fusion produite) de ~0.65 annoncé en 1998 par l'équipe qui gère le tokamak Joint European Torus (JET), qui reste encore aujourd'hui le record absolu toutes techniques de fusion confondues (en attendant ITER).

Le problème de la méthode par laser, c'est apparemment la fréquence avec laquelle il faudrait répéter la fusion (15 tirs par seconde), ou 1,3 million de tirs par jour.

Le texte et la manip de Basil Rose lui-même :
https://books.google.co.uk/books?id=...Df4Q6AEwAnoECA

Merci ! C'est exactement ce que je cherchais : un court article de vulgarisation de l'époque qui m'explique un peu pourquoi l'équipe de Cockcroft c'était si lourdement plantée en annonçant tant de neutrons.

J'ai aussi retrouvé la publication scientifique correspondante, publiée dans la revue Nature le 14 juin 1958 :

- Measurement of the Neutron Spectrum from Zeta (Rose et al., 1958)

Le résultat ? Moins de 6 mois entre le moment où l'on fait une annonce tonitruante dans la presse spécialisée (l'édition du 25 janvier 1958 de la revue Nature compte, outre l'éditorial, 6 publications sur la fusion nucléaire), aussi bien que la presse grand public, britannique et mondiale, et le moment où les résultats sont invalidés. C'est ce que j'appelle une sacrée déconvenue ! Merci encore. Je vais potasser tout ça.

En fait, tout dispositif capable de générer un plasma de deutérium à quelques milliers de degrés est en mesure de produire des neutrons de fusion, ceci en raison de la valeur élevée des sections efficaces D-D. Le problème est que ces fusions n'étaient pas thermonucléairesainsi qu'en témoignaient les distributions statistiques de ces neutrons lesquels n'étaient pas thermalisés comme ç'aurait du être le cas! On s'est très vite aperçu que les neutrons observés étaient produits par des réactions de fusions D-D dues à des noyaux de deutérium accélérés, jusqu'à l'énergie requise par les instabilités magnétohydrodynamiques du plasma.

Ce sont les instabilités ( donc variations rapides du courant ) qui produisaient de forts champs électriques capables d'accélérer une partie des deutons.
Après les annonces dans la presse , la déception fût à la hauteur des annonces , surtout venant de Sir John Crockfoft ...
En fait , c'est Basil Rose , qui prouva , avec une chambre à bulles , qu'il ne s'agissait pas de neutrons " thermonucléaires " au sens strict du terme .

Effectivement, l'explication la plus probable avancée dans l'article écrit dans New Scientist par Basil Rose (1958) est la suivante :

[...] A simple interpretation is that the neutrons are produced by collisions between slow deuterons and deuterons moving with an energy of about 17 KeV in the direction in which current flows around the discharche. [...]

Je me demande si Cockcroft et son équipe avaient répondu aux critiques en essayant, déjà, d'améliorer leur concept après cette déconvenue au retentissement planétaire ?

Si la question (toujours pas clair pour moi) porte sur l'intérêt ou non de Z-machin-truc pour la révolution énergétique tant attendue.

Puisque ce n'est pas clair, je me permets de préciser qu'il n'y a pas vraiment "une question". Il y a plutôt la volonté de discuter avec des gens plus compétents que moi des derniers développements de la striction magnétique axiale en se cantonnant à son application potentielle pour produire de l'énergie à travers des réactions de fusion nucléaire.

Non, sinon on ferais de la fusion depuis les année 1925.

Au-delà de l'argument fallacieux (que je vais interpréter comme une simple boutade), j'avoue que j'ai du mal à comprendre ton point de vue. Que veux-tu dire exactement ? La physique des plasmas n'a pas évoluée depuis 1925 ? On n'en a pas appris davantage sur les instabilités depuis lors ?

Cordialement.

[invite18230371]

Non,

Que veux-tu dire exactement ? La physique des plasmas n'a pas évoluée depuis 1925 ?

Oui on a évolué, mais on parle du tokamak donc pas de la z-machine ? Je conseille de mettre le tokamak en orbite...
La Z-machin-truc j'y crois pas 1 seconde.
Car le phénomène dure 1ns maximum.

Tu peux discuté autant que tu veux ici,
(tu vas vers de grandes déconvenue).

[invite18230371]

a striction magnétique axiale en se cantonnant à son application potentielle pour

produire des bombe electromagnétique.

D'ou les budgets, sinon il y en aurait aucun.

[Geb]

Non,

Que veux-tu dire exactement ? La physique des plasmas n'a pas évoluée depuis 1925 ?

Oui on a évolué, mais on parle du tokamak donc pas de la z-machine ? Je conseille de mettre le tokamak en orbite...

Dire que si la striction axiale était une solution viable, on ferait de la fusion nucléaire depuis 1925, c'est à peu près prétendre qu'on aurait pu construire l'équivalent d'une Z 800 juste après l'invention du générateur de Marx (ta référence à 1925). Tu ne penses pas que c'est un peu exagéré ?

La Z-machin-truc j'y crois pas 1 seconde.
Car le phénomène dure 1ns maximum.

Tu peux discuté autant que tu veux ici,
(tu vas vers de grandes déconvenue).

Ce que les recherches sur la fusion nucléaire donneront à l'avenir avec la Z-Machine m'intéresse très peu en réalité. Se concentrer là-dessus ici, ce serait tout au plus se limiter à un débat, stérile, basé sur des idées préconçues et des suppositions de personnes qui dans leur très grande majorité n'y comprennent pratiquement rien. Instinctivement, j'aurais envie de couper court à un tel débat par cette simple réponse : l'avenir nous le dira.

En revanche, d'autres choses sont beaucoup plus intéressantes à mes yeux : l'évolution des "capacités physiques" (température, densité, temps de confinement entre autres) des dispositifs à striction axiale au cours de leur longue histoire, les progrès en terme d'instruments de mesure et de compréhension des phénomènes, les problèmes qui se font jour aujourd'hui, au fur et à mesure des expériences, et les solutions techniques présentes ou futures envisagées à ceux-ci, etc., etc.

C'est cette grande aventure scientifique et technique que je souhaiterais que nous abordions dans cette discussion.

Je suis tout autant fasciné par le résultat potentiel que par le fonctionnement détaillé de la machine, ou de l'évolution de la technique la concernant. La seule différence c'est que je serais incapable de spéculer sur la possibilité ou non de vendre de l'électricité issue de la fusion avec une Z-machine sans y aller de ma théorie personnelle en essayant de prédire l'avenir (et a priori, l'astrologie, la chiromancie et autres types de divination n'ont absolument aucun fondement scientifique).

produire des bombe electromagnétique.

D'ou les budgets, sinon il y en aurait aucun.

Certes, on aurait probablement jamais eu de Saturn et a fortiori, de Z-Machine, si on n'avait pas accumulé tant de têtes nucléaires aux États-Unis et en Russie. Mais dans cette discussion j'aimerais si possible mettre de côté les autres applications des dispositifs à striction axiale.

Cordialement.

[invite18230371]

On est bien d'accord.
Le jour où les labo d'étude de la matière condensée à haute température auront besoin d'une petite z-machine pour leur besoin, je veux bien payer des impots pour l'expérience.
Pour le moment on a besoin de plus de sous dans d'autre domaine.
Et je parle pas du corona, ni du sida ou du cancer, je parle science physique, instrumentation au LHC, les gravo-interfermetre et autre.

Bisous
(même si c'est encore plus inadmissible le peu de moyen que la France mets dans la recherche bio)

[Geb]

Pour le moment on a besoin de plus de sous dans d'autre domaine.
Et je parle pas du corona, ni du sida ou du cancer, je parle science physique, instrumentation au LHC, les gravo-interfermetre et autre.

Bien. C'est ton opinion.

Évidemment, on aurait "besoin de sous" dans beaucoup de domaines, et je crois qu'on est d'accord au moins sur un point : les ressources sont limitées. Mais reconnaître ça, ça n'empêche probablement pas les gouvernements des États-Unis, de la Russie ou de la Chine d'investir dans la striction axiale.

De mon point de vue, la science fondamentale que l'on explorera avec ITER (ou tout autre dispositif visant l'étude des conditions pour la fusion en laboratoire) n'est pas moins (ou plus) utile que celle que l'on explore en ce moment au LHC ou ce qu'on peut retirer scientifiquement d'un détecteur d'ondes gravitationnelles, mais ce n'est que mon opinion, rien de plus.

Cordialement.

[invite18230371]

Bien. C'est ton opinion.

Pourquoi tu te caches ?
Dis tout simplement que tu CROIS en Z-machine et que souhaiterais qu'on investise tous nos impots dedans ?

Évidemment, on aurait "besoin de sous" dans beaucoup de domaines, et je crois qu'on est d'accord au moins sur un point : les ressources sont limitées. Mais reconnaître ça, ça n'empêche probablement pas les gouvernements des États-Unis, de la Russie ou de la Chine d'investir dans la striction axiale.

Oui et j'ai aussi répondu qu'il y a mieux à faire avec l'argent de nos impots !!!
Tu n'es pas d'accord ? Pourquoi ?

Ligo, LHC ça fonctionne.

[invite18230371]

Le projet MegaJoule de jacques chirac qui a permis de construire une infrastructure computationel, et un gros laser.
Pour maintenir la dissuasion nucléaire me parait plus interessant pour le pays que la Z-machine.

Et peut-être feront nous la fusion avec c'est laser impulsionel coordonnée...
Avec des milliard les expérimentateur font des merveilles.
(qq année plus tard on dira que c'était con, comme pour le Pb dans essence qui permet quand même d'avoir de bon moteur).

+

Et sinon pas grave, la décroissance devrait être enseigné au primaire.

[Geb]

Et sinon pas grave, la décroissance devrait être enseigné au primaire.

Je suis plutôt enclin à penser la même chose que toi et il y a des débats qui durent depuis les années 1970, toujours assez vifs (et assez fascinants de mon point de vue) dans la littérature économique spécialisée sur la question de savoir si, oui ou non, le bien-être et l'espérance de vie moyenne peuvent continuer à augmenter dans un pays dont le PIB est décroissant. Mais :

1) C'est un tout autre sujet (ça n'a même absolument plus rien de commun avec le sujet de départ),
2) Lorsqu'il signe la Charte du forum à l'occasion de son inscription, tout internaute accepte de ne pas parler d'économie sur les forums de Futura.

Pourquoi tu te caches ?
Dis tout simplement que tu CROIS en Z-machine et que souhaiterais qu'on investise tous nos impots dedans ?

Je te prie de m'excuser, mais j'ai bien peur qu'il y ait un malentendu entre nous. Je ne souhaite absolument pas que nous "investissions tous nos impôts" dans un dispositif à striction axiale. Et si je te donne l'impression de "me cacher", c'est sans doute, je le répète, parce que je suis assez convaincu que mon opinion de non-scientifique n'a absolument aucun intérêt.

Je m'intéresse juste aux détails de la conception et des progrès (et des problèmes) de la Z-Machine, parce qu'il est le plus puissant dispositif de ce type au monde. C'est aussi à ce titre que je m'intéresse aux projets encore plus ambitieux, comme le projet CZ30 chinois, le projet Baïkal russe et toutes les autres nouvelles itérations proposées de la Z-Machine (Z 300 et Z 800, ou d'autres idées encore). Aussi, j'espère juste que toi et d'autres membres du forum pourront m'aider à comprendre ce que toi, moi ou d'autres seraient susceptibles de dénicher comme informations sur ces questions.

Cordialement.

[invitedd63ac7a]

Une question candide : quand estime-t-on (au moins une vague idée) pouvoir bénéficier de la fusion pour la production d'électricité par exemple ?

[Geb]

Bonjour,

Une question candide : quand estime-t-on (au moins une vague idée) pouvoir bénéficier de la fusion pour la production d'électricité par exemple ?

La réponse courte est : "l'avenir n'est pas écrit" ou, en d'autres mots : "on n'en sait rien".

Une réponse plus élaborée serait de rappeler qu'on dit de la fusion nucléaire qu'elle est toujours "d'ici 30 ans" ("Fusion is always 30 years away").

Mais comme nous avons aujourd'hui au moins une méthode (le tokamak) qui a déjà dépassée le seuil du "gain de fusion" de 0,1 (0,65 étant le record absolu obtenu par le tokamak JET), alors, certains chercheurs disent qu'on a de moins en moins d' "inconnues inconnues" ("unknown unknowns") et donc, moins de découvertes surprises susceptibles de ralentir encore les progrès.

C'est la vision optimiste "classique", qui voudrait que, si les gouvernements continuent à financer ces efforts (ce qui n'est pas garanti), le premier réacteur électrique à fusion nucléaire "commercial" devrait être disponible entre 2060 et 2080 et qu'il devrait progressivement être reproduit plus ou moins à l'identique (à au moins un exemplaire, pour commencer) dans tous les pays dits "développés" entre 2080 et 2090.

Une autre vision, très optimiste celle-là, est de dire : "on n'est pas à l'abri d'une bonne surprise" et partant, d'imaginer qu'une des méthodes, plutôt marginale en terme de résultats aujourd'hui, n'arrive à rattraper son retard sur les tokamaks, et qu'on ne parvienne à développer une centrale nucléaire plus simple, plus compacte et moins chère avant les tokamaks et que ce soit cette dernière méthode "outsider" qui répande en définitive une version "commerciale" à travers le monde.

La vision pessimiste est : "on n'y arrivera peut-être jamais" et dans ce cas, on aurait plutôt intérêt à anticiper, en orientant tous nos efforts vers les économies massives d'énergie et la réduction drastique de nos émissions de gaz à effet de serre.

Cordialement.

[XK150]

Une question candide : quand estime-t-on (au moins une vague idée) pouvoir bénéficier de la fusion pour la production d'électricité par exemple ?

Pour moi , au mieux : 2070 environ , pourquoi ?

Fin de campagne ITER : 2035
En parallèle , étude , réalisation , fonctionnement du prototype DEMO : 2030 - 2060
Premier réacteur opérationnel : au mieux , 2070 .

[invitedd63ac7a]

Merci de vos réponses.

[Geb]

Pour moi , au mieux : 2070 environ , pourquoi ?

Fin de campagne ITER : 2035
En parallèle , étude , réalisation , fonctionnement du prototype DEMO : 2030 - 2060
Premier réacteur opérationnel : au mieux , 2070 .

Euh, on s'éloigne un peu du sujet mais aux dernières nouvelles, fin 2035 c'est plutôt le "début de la campagne ITER", non ?

- ITER construction and manufacturing progress toward first plasma (Bigot, 2019)

[...] The ITER operational timeline from First Plasma at the end of 2025 to achievement of the project goals has been revised in a stepwise installation of components and auxiliary systems followed by commissioning and operations; all systems will be installed before the start of the fusion power operational phase at the end of 2035. The ITER Research Plan has been made consistent in 2017 with this Staged Approach.

[jacquolintégrateur]

Une autre vision, très optimiste celle-là, est de dire : "on n'est pas à l'abri d'une bonne surprise" et partant, d'imaginer qu'une des méthodes, plutôt marginale en terme de résultats aujourd'hui, n'arrive à rattraper son retard sur les tokamaks, et qu'on ne parvienne à développer une centrale nucléaire plus simple, plus compacte et moins chère avant les tokamaks et que ce soit cette dernière méthode "outsider" qui répande en définitive une version "commerciale" à travers le monde

Bonjour
Rappelons, tout de même, qu'il y a 23 ans, 3 Tokamaks, dont le JET, ont réussi à allumer une réaction de fusion thermonucléaire D-T, certes déficitaire (65 % de rendement énergétique entre l'allumage et l'énergie délivrée). Mais 80% de l'énergie délivrée sont emportés par les neutrons de fusion, dont l'énergie moyenne est de 14,4 Mev, ce qui leur permettrait aisément d'entretenir la fission de masses non critiques de Thorium ou d'U238, libérant , à chaque fission 200 Mev. Ainsi: 0,8x0,65x14= 7 fois l'énergie investie pour allumer (200/14,4 = environ 14). Comme il a bien fallu arrêter les neutrons émis, pourquoi ne pas l'avoir fait en entourant les Tokamaks avec des boucliers d' U ou de TH ? Non seulement, on aurait produit de l'énergie mais encore, on aurait démarré une filière Fusion-Fission exempte de tout problème type Tchernobil ou Fukushima et on aurait pu , pendant les 23 ans écoulés, continuer à travailler avec les Tokamaks pour étudier et résoudre les problèmes attenants. A croire que, parmi les décideurs, une entité maléfique s'efforce d'entraver tout progrès tendant à affranchir l'humanité de ses soucis concernant ses besoins en énergie.
Cordialement

[invitedd63ac7a]

J'ai une autre question, un peu marginale : pourquoi la France a abandonné la recherche concernant les centrales de 4e génération (ASTRID) ?
Pour ce que j'en sais :
Il existe déjà des réacteurs de 4e génération en fonctionnement (CEFR chinois près de Pékin).
Ils seraient capables d'utiliser l'U238, le plutonium et des déchets dangereux de longues durées de vie.
Les réacteurs de fission nucléaire de 4e génération devraient être plus sûrs, plus durables et moins coûteux que les anciens.
Quel est votre avis sur ce choix que je trouve curieux.