Reproduire en laboratoire la fusion au cœur des étoiles

[DocHeredit]

bonjour,

1)Le projet ITER est un exemple de reproduction en laboratoire de la fusion au coeur des étoiles.
Quels sont les autres projets de ce type dans le monde?

Je paris qu'aucun de ces projets ne ressemble à une micro étoile sphérique en laboratoire dont sa longevité (+ d'une heure par exemple) est entrenue par des réactions de fusion nucléaire.
Pourquoi cela?

2)je cherche tuto explicitant les autres réacions nucléaires au delà de la châine prroton-proton(celles qui engendrent le carbone,l'oxygène et le fer)


merci de votre aide
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[Lansberg]

Bonjour,

1)Le projet ITER est un exemple de reproduction en laboratoire de la fusion au coeur des étoiles.

Pas vraiment. Ce n'est pas la même réaction. Dans le projet Iter, la fusion concerne le deutérium et le tritium.

2)je cherche tuto explicitant les autres réacions nucléaires au delà de la châine prroton-proton(celles qui engendrent le carbone,l'oxygène et le fer)

Il faut s'interesser au cycle CNO : https://fr.wikipedia.org/wiki/Cycle_...e-oxyg%C3%A8ne

Puis à la nucléosynthèse des éléments plus lourds : https://fr.wikipedia.org/wiki/Nucl%C...A8se_stellaire

[XK150]

Salut ,

On sait faire , en accélérateur , beaucoup de réactions de fusion , seulement en très faible nombre , sans application pratique .

Pour l' application plus industrielle à grand nombre de réactions , genre ITER , la réaction la plus simple à obtenir sur Terre , c'est la D + T .
Comme elle est loin d'être totalement maîtrisée , il est hors de question d'en essayer d'autres pour le simple plaisir de s'amuser ...

[Archi3]

bonjour,

1)Le projet ITER est un exemple de reproduction en laboratoire de la fusion au coeur des étoiles.
Quels sont les autres projets de ce type dans le monde?

Je paris qu'aucun de ces projets ne ressemble à une micro étoile sphérique en laboratoire dont sa longevité (+ d'une heure par exemple) est entrenue par des réactions de fusion nucléaire.
Pourquoi cela?

2)je cherche tuto explicitant les autres réacions nucléaires au delà de la châine prroton-proton(celles qui engendrent le carbone,l'oxygène et le fer)


merci de votre aide

il est impossible de reproduire réellement les conditions physiques d'une étoile car elles sont déterminées par un équilibre entre la gravité et la pression thermique, et il faut une masse énorme pour y arriver. Il n'y a que cet équilibre qui conduise spontanément à un équilibre mécanique stable et permette une fusion nucléaire spontanée et régulière, sinon c'est explosif. Il faut une masse suffisante pour y arriver, d'au moins 10 fois la masse de Jupiter environ, donc évidemment impossible à réaliser sur Terre. Sur Terre on va tricher avec des champs magnétiques ou on accepte de faire des micro explosions mais ça ne marche pas aussi bien.

sinon pour avoir d'autres réactions de fusion possibles (il y en a beaucoup) tu peux regarder l'article de wikipedia : https://fr.wikipedia.org/wiki/Nucléosynthèse_stellaire et les liens sur des pages plus détaillées par processus.

[A voir en vidéo sur Futura]

[XK150]

Je ne suis pas vraiment d'accord ...Je ne discute pas de ce qui se passe dans les étoiles lointaines , je ne connais pas en détail .

Pour les machines à fusion sur Terre , il faut compenser le manque d'attraction gravitationnelle , celle qui fait que dans le Soleil , les matériaux ont 100 fois ( ordre de grandeur )
la densité de ceux sur terre , ce qui rapproche naturellement les noyaux . Sur Terre , on doit compenser ce manque en chauffant d'abord pour ioniser , ensuite pour rapprocher .

Les champs magnétiques ne jouent AUCUN rôle dans l'obtention des réactions : ils ont seulement un rôle " mécanique " : ils maintiennent le plasma de bord , évidemment chaud ,
à quelques cm des parois de la chambre , avec d'ailleurs un vide entre les 2 . Et là , on parle pour les géométries tokamak spécifiquement .

Il n'y a strictement AUCUNE explosion dans cette affaire , les réactions se développent quand les bonnes conditions sont réunies , c'est tout , et sans aucun bruit !!!
Tout comme chauffe tranquillement votre café sur la gazinière .

Je suis même violemment contre le terme " explosion " pour les bombes nucléaires : ce terme inapproprié cache seulement le fait que " les gens " ne savent pas clairement ce qui se passe .
" Explosion " ne veut strictement rien dire , sauf peut être pour le TNT , et encore ....

[Archi3]

la gravité ne joue aucun rôle direct non plus dans la fusion des étoiles, elle ne fait que confiner aussi le gaz à haute pression et température , c'est pour ça que je comparais son rôle au champ magnétique qui est aussi là pour confiner le plasma. Et je n'ai pas dit que ça explosait dans les réacteurs, j'ai dit champ magnétique OU explosion, je pensais plutot aux projets de confinement inertiel.
Sinon je ne pense pas que le terme d'explosion thermonucléaire soit si incorrect que ça , les bombes H sont bien décrites dans la page "explosion nucléaire" : https://fr.wikipedia.org/wiki/Explosion_atomique : ca se caractérise d'abord par une vitesse de réaction s'amplifiant spontanément par suite de l'augmentation de température (même si ce n'est pas une réaction en chaîne comme pour la fission), ensuite par la libération brutale d'énergie bien au-delà de l'énergie thermique du milieu ambiant qui résulte dans la formation d'une boule de feu et d'une expansion supersonique avec formation d'onde de choc.

A noter que les étoiles peuvent subir dans certains cas de véritables explosions thermonucléaires comme lors du flash de l'hélium, ou les explosions de novae par exemple, quand la gravité ne peut pas jouer son rôle autorégulateur.

[XK150]

" Je ne pense pas " , j'explique , et j'en reste à mon post 5 pour ceux qui voudraient d'autres explications .

[Archi3]

Ok mais ne te fais pas de souci pour moi ou pour les rédacteurs de wikipedia, on sait à peu près bien ce qu'il se passe lors d'une explosion thermonucléaire

[DocHeredit]

XK150 a dit:
"Il faut une masse suffisante pour y arriver, d'au moins 10 fois la masse de Jupiter environ, donc évidemment impossible à réaliser sur Terre"

c'est quoi la D+T ?

Archi3 a dit:
"Il faut une masse suffisante pour y arriver, d'au moins 10 fois la masse de Jupiter environ, donc évidemment impossible à réaliser sur Terre"

Quelles sont les équations physiques et mathématiques montrant ceci(en gras)?

[Archi3]

alors D c'est le deutérium (un proton+1 neutron) et T c'est le tritium (un proton + 2 neutrons). La fusion la plus facile à réaliser avec des éléments assez abondants sur Terre est D+T -> He + n , le T étant généré in situ à partir du Lithium Li.
mais dans les étoiles la première réaction à s'allumer est la fusion D-D (il n'y a pas de T naturel, il est trop radioactif). Il n'y a pas de justification simple à la limite de 10 masses de Jupiter, c'est juste qu'au delà de cette masse, la pression et la température au centre deviennent suffisante pour que le deutérium puisse fusionner.

[DocHeredit]

Le scientifique est capable de reproduire artificiellement des températures dépassant celle du Soleil(en son centre ?)
Cela m'étonnerait qu'il ne soit pas capable de reproduire des très grandes pressions...

A mon avis,une mini étoile de la taille d'une sphère d'1 mm de diamètre serait réalisable en y injectant dans une micro cavité extrêmement renforcée de l'hydrogène porté à très haute température et à très haute pression.Si cette réalisation est possible,reste à savoir combien de temps cette mini étoile serait entretenue...

[Archi3]

si ... mais pas pendant très longtemps
le problème est qu'un milieu chaud et dense perd très rapidement son énergie en émettant du rayonnement. Dans une étoile, les photons ne peuvent pas s'échapper facilement à cause de la quantité énorme de matière qu'il y a autour, ils mettent des milliers d'années à sortir. On ne sait pas faire la même chose en laboratoire.

[DocHeredit]

"si ... mais pas pendant très longtemps "
pendant combien de temps pour une sphère d'1 mm de diamètre?
Quels sont les calculs à ce sujet?

[XK150]

Le scientifique est capable de reproduire artificiellement des températures dépassant celle du Soleil(en son centre ?)
Cela m'étonnerait qu'il ne soit pas capable de reproduire des très grandes pressions...

Vous êtes bien gentil avec le scientifique .
La température au centre du Soleil est de 15 millions de degrés ; Pour démarrer la fusion D - T , il faut plus de 100 millions de degrés dans les tokamak .
Oui , on sait faire des pressions élevées entre 2 pointes de diamant .
Maintenant , demandez au scientifique comment il va pouvoir faire une enceinte sous pression du volume d' ITER à seulement 1000 bars par exemple , ce qui n'est que 1000 fois P. atm ...

[Archi3]

"si ... mais pas pendant très longtemps "
pendant combien de temps pour une sphère d'1 mm de diamètre?
Quels sont les calculs à ce sujet?

ça dépend de la température, c'est en gros de l'ordre de r/cs où cs est la vitesse du son, mais c'est de l'ordre de la nanoseconde.

[DocHeredit]

pas avec ITER !
Je propose cette solution scientifique(dites-moi où je me trompe):
A la sortie d'un accélérateur de particules où les particules sont des protons d'hydrogène,on place la mini cavité d'1mm de diamètre qui y sera remplie à très forte température.
On place les 2 pointes de diamant de part et d'autres de cette mini cavité pour avoir de très hautes pressions.
Le tour n'y serait-il pas joué?

[Archi3]

pas du tout , les fortes pressions sur une enclume de diamant sont atteintes sur des corps solides. Aux températures où on a besoin d'aller pour faire de la fusion (des dizaines voire centaines de millions de K suivant la densité) , aucun corps solide ne peut exister et les gaz sont ionisés, c'est un plasma, on ne peut pas le comprimer entre des pointes en diamant. la solution envisagée est de placer le gaz dans une petite sphère de verre et faire converger des faisceaux lasers pour faire imploser la sphère et produire une pression et une température très élevée à l'intérieur. Mais on n'arrive pas encore à récupérer plus d'énergie que ce qu'on a fourni.

Ca fait des dizaines d'années que les chercheurs se prennent la tête sur ces techniques, tu crois vraiment que tu vas arriver avec une bonne idée à laquelle personne n'a pensé alors que manifestement tu ne connais rien à la physique ? pourquoi pas écrire un opéra aussi ?

[Lansberg]

pas avec ITER !
Je propose cette solution scientifique(dites-moi où je me trompe):
A la sortie d'un accélérateur de particules où les particules sont des protons d'hydrogène,on place la mini cavité d'1mm de diamètre qui y sera remplie à très forte température.
On place les 2 pointes de diamant de part et d'autres de cette mini cavité pour avoir de très hautes pressions.
Le tour n'y serait-il pas joué?

Même avec la "machine" qui va bien, je doute qu'on obtienne grand chose, puisque la fusion de 4 protons en hélium nécessite un événement d'une probabilité extrêmement faible : la transformation du proton en neutron ! Une chance en 10 milliards d'années !
C'est pour cette raison que les étoiles vivent si longtemps et qu'il faut des quantités astronomiques d'hydrogène pour que l'événement en question se produise de manière significative . Dans le cœur du Soleil, chaque seconde, 600 millions de tonnes d'hydrogène se transforme en hélium. C'est insignifiant comparé à la quantité d'hydrogène disponible dans le cœur de l'étoile. Donc avec une cavité d'1mm !!....

[XK150]

Ce type de fusion ( toujours en D - T ) existe déjà , c'est la fusion inertielle Laser Megajoule pour la France . Le LMJ .
La microbille D - T est au centre d'une enceinte sur laquelle converge des puissances laser , plus pratique que les pointes de diamant .

https://www-lmj.cea.fr/

Sinon , j'avais pensé plus simplement et déjà écrit ici , pourquoi pas avec une enclume et un marteau ?...

[DocHeredit]

En fait,le projet Laser MegaJoule a réalisé cette expérience mais de tellement courte durée.
On pourrait se demander alors:
quel rayon de la cavité utilisée par le projet MegaJoule maximal peut être réexpérimenté pour obtenir une bonne probabilité d'obtenir des réactions nucléaires hors de la chaîne proton-proton?

[DocHeredit]

erreur précédente : (je ne comprends pas pourquoi les concepteurs de ce site n'autorisent pas la modification d'un post même après longtemps !!)
En fait,je pense que le projet Laser MegaJoule a réalisé cette expérience mais de tellement courte durée.
1)En quoi ce projet diffère-t-il d'une mini étoile?

2)On pourrait se demander alors:
quel rayon minimum de la cavité utilisée par le projet MegaJoule peut être réexpérimenté pour obtenir une bonne probabilité d'obtenir des réactions nucléaires hors de la chaîne proton-proton?

[XK150]

C'est pour que les discussions restent compréhensibles : imaginez que chacun change son post toutes les 1/4 d'heure ...

Le principe du LMJ , c'est un " tir " coup par coup ( aussi court que possible , pour être efficace ) . Il ne peut pas fonctionner en continu , il ne le pourra jamais ,
il n'y a rien pour évacuer la puissance et il faut recharger après chaque tir , opération longue et minutieuse , la microbille D+T ( 1 mg ) doit être positionnée à 5/1000 de mm de sa position idéale
où convergent les laser , tout en étant maintenue à 40 K , les tirs laser doivent arriver ensemble à mieux que 15 picosecondes sur la cible , etc , etc ....

[XK150]

A part les conditions pour y parvenir , la fusion reste la fusion dans tout l'Univers .

Les gentils terriens s'essaient à la D+T dans les tokamak ( et autres jouets du même genre ) .
Les méchants terriens s'essaient à la D+T dans le LMJ et dans les bombes ( et autres jouets du même acabit ) .

Les petits terriens ne savent pas et n'ont pas envie de jouer avec autre chose pour l'instant , et le prix des jouets ne cesse d'augmenter avec l'inflation ...

[Tawahi-Kiwi]

pas du tout , les fortes pressions sur une enclume de diamant sont atteintes sur des corps solides.

Ca, et ca doit etre refroidi (parce qu'au dela de 6000-7000K, ca fond quand meme, meme a des pressions gigantesques) et la limite technologique actuelle est a 700 GPa avec je crois une transition, non observee jusqu'a present, vers une structure BC8 a plus de 1 TPa.

Je ne sais pas quelle pression il faut pour amorcer les reactions de fusion D-D, mais avec le coeur du soleil a 26,5 PPa (soit 26500000 GPa, soit 30000x plus que ce que l'on sait faire en statique), on est tres loin du compte.


Les pressions les plus elevees obtenues sur Terre sont dynamiques et durent entre 10 nanosecondes et 1 microseconde. On fait alors beaucoup mieux (100 TPa) et on est toujours tres loin du compte.


Pressions maximales obtenues au cours d'un siecle de developpement....
Source: Duffy & Smith, 2019

T-K

[Tawahi-Kiwi]

Je ne sais pas quelle pression il faut pour amorcer les reactions de fusion D-D, mais avec le coeur du soleil a 26,5 PPa (soit 26500000 GPa, soit 30000x plus que ce que l'on sait faire en statique), on est tres loin du compte.

...10000 TPa dans une naine brune.....y'a toujours de la marge

T-K