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Fusion par confinement inertiel

Dossier - Les Interactions Ions-Plasma
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Le programme " interactions Ions-plasma " se fixe pour objectif l'étude du ralentissement et des échanges de charge entre un ion lourd et un gaz d'électrons libres. Ce dossier vous propose une présentation détaillée de celui-ci .. C'est parti !

  
DossiersLes Interactions Ions-Plasma
 

La Fusion par Confinement Inertiel (ICF) semble actuellement la voie le plus prometteuse pour aboutir à un réacteur civil.

...à l'horizon 2050 !

The Xrays rapidly (1) heat the capsule, (2) causing its surface to fly outward. This outward force causes an opposing inward force that compresses the fuel inside the capsule. When the compression reaches the center, temperatures increase to 100.000.000°C igniting the fusion fuel and (4) producing a thermonuclear burn that yields many times the energy input (energy gain).

Le cahier des charges pour l'obtention d'un gain élevé est maintenant bien maîtrisé. Le critère d'homogénéité du dépôt (uniformité du dépôt d'énergie de l'ordre du pour-cent) impose une approche indirecte. Dans cette approche, le dépôt primaire d'énergie est converti en un rayonnement X qui va être le vecteur de la compression.

Les lasers

Ce sont les lasers de puissance qui s'approchent le plus des conditions finales nécessaires à l'allumage des réactions de fusion. Les prochaines années verront la confirmation de ce concept avec l'arrivée d'une version améliorée du laser NOVA , le National Ignition Facility (NIF) qui avec ses 192 lasers de puissance (au lieu des 10 actuels), va produire 40 fois plus d'énergie que NOVA et 10 fois plus de puisssance déposée sur la cible.

Laser NOVA - Fusion par confinement inertiel ( ICF ), ces dispositifs utilisent des pilotes afin de chauffer rapidement les couches externes d'une cible afin de le compresser. © LLNL - Domaine public

La faisabilité de cette approche indirecte a par ailleurs été démontrée par des expériences en grandeur réelle utilisant le flux de rayonnement émis lors d'une explosion atomique souterraine (Centurion Hylite 1988).

Les faisceaux d'ions

Malgré cette avance technologique des lasers, la voie ions-lourds fait l'objet de l'attention soutenue de la communauté internationale ICF en raison des atouts importants de ce type de driver, à savoir :
1- Rendement énergétique élevé.
2. Taux de répétition élevé.
3. Technologie bien maîtrisée et fiable

De plus les faisceaux lourds se prêtent bien à la phase de transport balistique qui intervient à l'intérieur de l'enceinte du réacteur lorsque le faisceau parcours les derniers mètres jusqu'à la cible.

Les problèmes à résoudre

La réalisation d'un réacteur à fusion passe par notre capacité à déposer environ 2 MJ sur une cible de quelques mm de diamètre en moins de 10 ns. Ceci implique la production, le transport et le focalisation de faisceaux pulsés intenses. Pour donner un ordre de grandeur, le projet Européen HIDIF considère la convergence de 48 faisceaux de 10 kA de Bi+ à 10 GeV.

Il ne semble pas y avoir d'obstacle majeur à la compréhension et à la maîtrise du dépôt d'énergie sur la cible de fusion (via un convertisseur dans le cas du processus indirect). Les problèmes technologiques sont liés à l'obtention et à la conduite jusqu'au point cible de faisceaux intenses et à la réalisation de cibles donnant des rendements élevés.