Collision de particules. © General-Fmv, Shutterstock

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La réaction de fusionfusion la plus facile à réaliser sur TerreTerre est celle entre deux isotopesisotopes de l'hydrogènehydrogène, le deutérium (D ou 2H) et de tritium (T ou 3H) :

D + T → 4He (3,5 MeV) + n (14,1 MeV)

Le deutérium est un isotope stable de l'hydrogène, dont le noyau est composé d'un protonproton et d'un neutronneutron. On le trouve en abondance sur terre : un litre d'eau contient en moyenne 31 mg de deutérium.

Image du site Futura Sciences

Le noyau du tritium est quant à lui composé d'un proton et de deux neutrons. C'est un isotope radioactif de l'hydrogène et sa demi-viedemi-vie est de 12,3 ans. Il se désintègre en hélium-3 en émettant un électronélectron :

T → 3He + e- + ve+ 18,7 keV

Les quantités de tritium disponibles dans la nature sont très faibles pour des applicationsapplications techniques. Il est donc nécessaire de produire ce tritium. Pour écarter les risques liés au transport de ressources radioactives, on souhaite utiliser le tritium comme un produit intermédiaire de la réaction nucléaireréaction nucléaire. En effet, en utilisant les neutrons de haute énergieénergie créés lors de la réaction D-T, il est possible de créer du tritium à partir de la réaction avec le Lithium-6 (Li) :

6Li + n → 4He (2,05 MeV) + T (2,73 MeV)

Au final, les consommables sont donc le deutérium et le lithiumlithium. Le lithium, tout comme le deutérium est disponible sur Terre en relative abondance. Bien que le 6Li soit l'isotope le moins fréquent (7.5%), les ressources relativement importantes de lithium sont suffisantes pour assurer plusieurs milliers d'années de combustiblecombustible 6.

Pour déterminer l'énergie susceptible d'être libérée lors de cette fusion, on peut calculer le défaut de massemasse de la réaction comme étant la différence entre les masses des réactifsréactifs avec celles des produits finaux. Par exemple, pour la réaction Deuterium-Tritium :

Image du site Futura Sciences

La relation d'équivalence entre masse et énergie 

Image du site Futura Sciences
nous permet de déterminer l'énergie correspondante : E=17.6 MeV. Cette énergie est relâchée sous forme d'énergie cinétiqueénergie cinétique dans les produits de la réaction (noyau d'héliumhélium et neutron). Cette valeur, ramenée au nombre de nucléonsnucléons, soit 3.5 MeV par nucléon, est environ 4 fois plus grande que les 0.85 MeV par nucléons dégagés lors de la fissionfission de l'uraniumuranium 235.

D'autres réactions de fusion pourraient également être envisagées dans le futur, ne produisant pas de neutron ou produisant des neutrons de faible énergie. On peut citer par exemple :

D + D → 3He (0.82 MeV) + n (2.45 MeV)
D + D → T (1.01 MeV) + H (3.02 MeV)
D + 3He → 4He (3.6 MeV) + H (14.7 MeV)

D'un point de vue écologique et pratique, ces réactions offrent de nombreux avantages : elles éliminent le besoin de tritium et limitent l'activation des matériaux d'un réacteur par les neutrons. Toutefois, les conditions d'obtention de ces réactions de façon entretenue sont loin d'être atteintes. Les températures requises pour amorcer ces réactions sont supérieures d'un à plusieurs ordres de grandeur  par rapport à la réaction deutérium-tritium (D-T). C'est pourquoi les recherches actuelles se focalisent sur l'obtention de réactions D-T.