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Le plus grand réacteur à fusion du monde exploitera la puissance du soleil

Le plus grand réacteur à fusion du monde exploitera la puissance du soleil

Le plus grand réacteur à tokamak au monde [Source de l'image: ITER]

Le développement humain et le fonctionnement régulier au jour le jour dépendent largement de la disponibilité constante de l'électricité. Presque toutes les technologies nouvelles et anciennes dépendent fortement d'un approvisionnement constant en énergie. En tant que tels, les humains ont une demande fiscale massive pour plus de puissance, pouvoir qui est souvent accumulé par des moyens moins que souhaitables. Qu'il s'agisse de la combustion de combustibles fossiles ou de barrages hydroélectriques, tous les producteurs d'électricité actuels taxent l'environnement dans une certaine mesure. Cependant, que se passerait-il si vous pouviez abolir tous les effets néfastes de la production d'électricité actuelle avec un générateur capable de produire un million de fois plus d'énergie que n'importe quelle réaction chimique - et l'utiliser pour exploiter une puissance pratiquement illimitée?

Cela semble être un fantasme d'ingénierie, cependant, la réponse plane directement au-dessus. L'énergie de fusion, l'énergie qui alimente le Soleil et toutes les autres étoiles à travers les Comos. C'est la fusion de deux particules, libérant une grande quantité d'énergie à des fins essentiellement illimitées. L'hydrogène, l'élément le plus abondant sur Terre et dans l'univers comprend l'approvisionnement en carburant. Exploiter l'énergie de fusion fournirait une puissance pratiquement illimitée sans émissions de carbone et sans effets secondaires négatifs sur l'environnement.

Au début des années 1900, il était largement reconnu comme étant potentiellement le moyen le plus efficace d'acquérir de l'énergie. Cependant, les scientifiques étaient incroyablement naïfs, supposant que la production et la récupération d'énergie à partir de générateurs de fusion seraient faciles. Dans les années 30, les physiciens menaient déjà les premières expériences de génération par fusion. Cependant, ce n'est qu'en 1968 qu'une étape majeure a été franchie dans la production des deux des trois conditions critiques nécessaires pour initier le processus de fusion.

Premier appareil Tokamak au monde Tokamak T1 russe à l'Institut Kurchatov de Moscou. Accumulant à peine 0,4 mètre cube de plasmas, l'appareil est 2000 fois plus petit que le plus grand tokamak du monde actuellement en développement, l'ITER [Source de l'image: ITER]

L'appareil utilisé dans l'expérience a été réalisé avec untokamak- essentiellement un appareil en forme de beignet qui utilise des champs magnétiques puissants pour contenir du plasma à des températures dépassement celui du Soleil. Le tokamak est devenu un élément essentiel de la recherche thermonucléaire et est encore utilisé à ce jour pour poursuivre le développement de la production d'un réacteur à fusion viable.

Les tokamaks fonctionnent en pompant un gaz dans une chambre à vide. L'électricité est ensuite pompée à travers le centre (le trou du beignet). Le gaz accumule une charge importante et commence à chauffer, mais il est confiné par les champs magnétiques intenses générés par des bobines magnétiques massives entourant l'appareil.

Obstacles à surmonter

Alors que l'équipe a mis au point une méthode pour satisfaire à deux des conditions de création d'un réacteur à fusion, le développement d'un modèle fonctionnel s'est avéré étrangement difficile. Ce n'est qu'en 1991 que la première libération contrôlée d'énergie de fusion a été réalisée. Le générateur, cependant, nécessitait beaucoup plus d'énergie que ce qui était produit, un moyen manifestement médiocre et un moyen non viable de produire de l'électricité.

Énergie de fusion

Pour initier une réaction de fusion, trois conditions doivent être satisfaites, à savoir: des températures incroyablement élevées (pour stimuler des collisions à haute énergie); densité adéquate des particules de plasma (pour assurer une probabilité plus élevée de collisions); et une durée suffisante pendant laquelle le plasma doit être confiné (pour retenir le plasma, qui a tendance à se dilater, dans un volume défini).

Ce n'est que lorsque les trois composants sont satisfaits que le processus de fusion démarre.

Tout à fait opposée à une réaction de fission dans laquelle nécessite et expulse des matières hautement radioactives, la fusion supervise la fusion des particules, ce qui libère d'immenses quantités d'énergie sous forme de chaleur, ne nécessitant que de l'hydrogène comme combustible et ne produit presque pas de déchets radioactifs.

Les réacteurs utiliseront deux isotopes radioactifs de l'hydrogène, du deutérium et du tritium, pour fusionner ensemble et créer de l'hélium lorsqu'un neutron hautement énergisé est éjecté, qui accélère ensuite pour initier la réaction suivante. Dans ce procédé, un mécanisme de bouclage peut être créé pour initier un dispositif auto-entretenu.

Processus de fusion [Source de l'image: Wikipédia]

Le plus gros problème dans la création d'un réacteur à fusion viable est de développer un dispositif capable de supporter ainsi l'immense pression et les températures des plasmas qui s'approchent 100 millions de degrés - 6 fois plus chaud que le noyau de la Terre. Alors que les scientifiques ont atteint des températures avec un tokamak dépassant un peu moins 50 millions de degrés Celsius, l'expérience n'a duré que 102 secondesavant que le plasma ne retombe dans sa forme stable. Jusqu'à présent, la création de conditions durables dans lesquelles produire et maintenir une réaction de fusion fonctionnelle est restée totalement insaisissable.

Pour produire de l'électricité, les scientifiques de la fusion doivent atteindre le seuil de rentabilité de l'énergie plasma - un point dans lequel les plasmas d'un dispositif de fusion expulsent au minimum la même quantité d'énergie que celle utilisée pour lancer le processus. À ce jour, le moment n'est pas encore atteint. Cependant, le courant enregistrerait pour les rejets d'énergie a pu générer70 pour centde la puissance d'entrée. Le record est toujours détenu par JET.

Maintenant, cependant, après presque 60 ans de recherche et développement dans le domaine de l'énergie de fusion, ingénieurs et scientifiques préparent les dernières étapes du plus grand réacteur tokamak du monde pour lancer et entretenir le premier générateur de fission nucléaire du monde avec une production d'énergie positive. Le projet est une collaboration internationale dans le but de générer un réacteur expérimental à fusion dit autosuffisant - exploitant essentiellement la puissance d'une petite étoile. Le projet, appelé ITER, est actuellement bien engagé.

Qu'est-ce qu'ITER

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) est une collaboration internationale de nations dans le but de créer le premier réacteur thermonucléaire autonome au monde dans lequel dépasse le seuil de rentabilité. Le générateur est actuellement en cours de développement et promet une révolution dans la production d'électricité au 21ème siècle. S'il fonctionne comme prévu, il générera 500 MW de puissance de sortie tout en ne consommant que 50 MW d'entrée, réécrivant un nouveau chapitre de l'histoire comme la génération qui a récolté la puissance des étoiles.

S'étendant sur une distance de 42 hectares, l'usine emploiera plus 5,000 personnes pendant les heures de pointe de la construction. Ce sera le plus grand réacteur tokamak jamais construit, mesurant 8 fois le volume du prochain plus grand tokamak.

Comment ça marche?

L'appareil monstrueux sera le plus grand tokamak du monde, avec un rayon de plasma (R) de 6,2 m et un volume de plasma de 840 m³. Au cœur du réacteur se trouvent les énormes bobines magnétiques enroulées autour du tokamak, élément essentiel pour confiner les températures qui approcheront150 millions de degrés C. Comme tous les autres tokamaks, le vaisseau massif chargera un carburant gazeux contenu par d'immenses champs magnétiques. L'utilisation de quantités extraordinaires d'électricité obligera le gaz à se décomposer et à s'ioniser à mesure que les électrons sont extraits des noyaux. Des plasmas seront alors formés.

Les particules de plasma continueront de s'activer lorsqu'elles continuent de se heurter à des intervalles et à des intensités croissants. Les méthodes de chauffage auxiliaire augmenteront la température du plasma jusqu'à ce que les températures de fusion soient atteintes à 150 à 300 millions ° C. Les particules hautement énergisées seront capables de surmonter la répulsion électromagnétique naturelle, permettant aux particules d'entrer en collision et fusible, libérant d'immenses quantités d'énergie.

Que va-t-il faire?

La première étape consistera à créer un réacteur thermonucléaire fonctionnel et autonome, une première mondiale. Outre le développement initial, ITER s'est fixé quelques objectifs.
1) Produire 500 MW de puissance de fusion pour des impulsions de 400 s
ITER a pour objectif de produire 500 MW de puissance, soit 10 fois plus que sa puissance absorbée. Le but est alors de maintenir le plasma pendant au moins 400 secondes.

2) Démontrer le fonctionnement intégré des technologies pour une centrale à fusion
ITER s'engage à combler le fossé entre les dispositifs de fusion expérimentaux et un générateur fonctionnel, démontrant les capacités des centrales à fusion pour l'avenir. Avec cet appareil massif, les scientifiques pourront toujours étudier les plasmas dans des conditions similaires que l'on s'attend à trouver dans les futures centrales à fusion.

3) Réaliser un plasma de deutérium-tritium dans lequel la réaction est entretenue par chauffage interne
Idéalement, une fois l'appareil allumé, les scientifiques sont convaincus que la machine restera autonome, la seule entrée d'alimentation étant utilisée pour alimenter les énormes électroaimants.

4) Tester l'élevage du tritium
Le tritium, isotope radioactif de l'hydrogène, pourrait être un élément essentiel du développement de futures centrales électriques. Cependant, avec une offre décroissante et déjà insuffisante, les premiers producteurs devront démontrer la faisabilité de la production de tritium pour alimenter d'autres réacteurs.

5) Démontrer les caractéristiques de sécurité d'un appareil de fusion
En 2012, ITER a obtenu un agrément d'exploitant nucléaire en France et est devenu le premier au monde à avoir subi de nombreux examens relatifs à sa sûreté. L'un des principaux objectifs d'ITER est de démontrer que les réactions de plasma et de fusion auront des conséquences négligeables sur l'environnement.

L'avenir de / est la fusion

À mesure que les humains progressent dans le 21 siècle, l'accent est mis sur la création durable et respectueuse de l'environnement. Avec des essais réussis de réacteurs thermonucléaires faisant des jalons de plus en plus communs dans la génération de la fusion, il devient peut-être évident qu'un jour bientôt le monde comptera une fois de plus sur la puissance des étoiles, sauf cette fois, de notre propre chef. La progression et le développement de tels réacteurs restent prometteurs. Ce n'est qu'une question de temps avant que la grande intégration des installations fonctionnelles ne soit développée. Sans aucune chance de fusion nucléaire, presque pas de déchets radioactifs et un approvisionnement en énergie pratiquement illimité offre un avenir plein d'espoir dans lequel les humains réduiront considérablement l'empreinte actuellement imprimée sur la Terre.

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Écrit par Maverick Baker


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