fusion generique francais

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(No Transcript)
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Fusion un peu de physique
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La fusion sera-t-elle un jour une énergie sûre,
propre et durable?
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Pourquoi promet-on la fusion pour dans 50 ans
depuis 50 ans?
Fission (ça marche depuis 50 ans)
U235
n
n
T
He
D
n
Fusion (ça va marcherdans 50 ans?)
E Dm c2
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Fusion deutérium - tritium
v
v

répulsion
répulsion
T(tritium)
D (deutérium)
10-15m

Interaction forte résiduelle

150 millions de degrés
80 énergie
20 énergie
V 4 v
v



4He (particule a)
n (neutron)
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Fission / Fusion
Fusion chaud, très chaudfragile, ça a tendance
à refroidirsarrête à la moindre perturbation
Fission réactions en chaîneéviter divergence
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(No Transcript)
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Fusion magnétique
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Le réacteur de fusion
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Le réacteur de fusion un amplificateur dénergie
Il faut injecter une puissance de chauffage Pc
pour maintenir le plasma à 150 millions de
degrésLe réacteur produit une puissance de
fusion Pf Le gain G
G Pf / Pc
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Quel plasma faut il pour obtenir un gain de 40 et
un réacteur qui marche ?
Température optimale ? 150 millions de degrés
puissance pour maintenir plasma à 150 millions
de degrés
gt
PF
40 Pc
puissance fusion
tR temps de refroidissement du plasma
gt
PF ? n2 T2
PC ? n T/ tR
nD nT n
pression ? temps de refroidissement ? n T tR gt
5 atmosphère seconde
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G Pfusion / Pchaffage
Ignition ? G ? ?
Breakeven ? G 1
JET (1997) ? G 0.65
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JET Vplasma 80 m3 Pfusion 16
MW Pchauffage23 MW G 1
ITER Vplasma 830 m3 Pfusion 500
MW Pchauffage 50 MW G 10
Tore Supra Vplasma 25 m3 Pfusion
0 Pchauffage 15 MW G 0
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Combustibles cendres de la fusion D-T
Combustibles fusion D-T deutérium /
lithium Cendres fusion D-T hélium
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Schéma dun réacteur de fusion D-T
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Maintenir le cœur du plasma à 150 millions de
degrés
Le plasma autour du cœur joue le rôle
disolantgrâce au champ magnétique
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j X B grad p
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Interaction plasma paroi
Surface magnetique ouverte avec point de champ nul
Surfaces magnétiques ouvertes
Surfaces magnétiques fermées
Le flux de chaleur, mal réparti, est très élevé
10 MW/m2
Séparatrice première surface magnétique ouverte
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Contrôle plasma
Contrôle Tore Supra1GWe 9 bobines diamètre max
9m circuit magnétique 830 tonnes
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Contrôle de la position et la forme du plasma
Temps caractéristique de déplacement du plasma
1msRamené à 1msgrâce aux courants de Foucault
TORE SUPRA
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(No Transcript)
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JET
CAPTEURSDE FLUX MAGNETIQUE
LIGNES DINTERFEROMETRIE ET DE POLARIMETRIE
CAPTEURSDU CHAMP MAGNETIQUE
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(No Transcript)
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ITER
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(No Transcript)
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Aimants supraconducteurs
Nb3Sn 4.5K
NbTi 1.8 K
supraconducteurs permettent de créer des champs
magnétiques intenses avec une très faible
consommation dénergie
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(No Transcript)
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ITER en Europe
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ITER 15 ans / 1 G de RD
Bobine du solénoïde central modèle
Chambre à vide échelle 3/2!
Rayon 3.5 m Hauteur 2.8m Bmax13 T W 640 MJ 0.6
T/sec
Double paroi, tolérance 5 mm
Module de couverture
Robotique maintenance divertor
liaison HIP 1.6 m x 0.93 m x 0.35 m
Attachment Tolerance 2 mm
Robotique maintenance couverture
Bobine de champ toroïdal modèle
Elément de divertor
Hauteur 4 m largeur 3 m Bmax7.8 T Imax 80kA
Module de couverture de 4 t Précision de
positionnement 0.25 mm
Heat Flux gt15 MW/m2, CFC/W
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(No Transcript)
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ITER
TORE SUPRA
CADARACHE
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ITER qui paye?
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500 M/an, financé à 40 par lEurope, 85 4
"grands"
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Les défis de la fusion
Assurer un gain supérieur à 40 (ITER
atteindra-t-il le gain de 10 prévu, quelle taille
pour 40?) Matériaux face au plasma (1/4 flux
chaleur surface soleil, neutrons 14 MeV,
érosion) Matériaux couverture (neutrons 14 MeV,
100 dpa, hélium, hydrogène) Complexité
couverture (tritigéne, neutronique complexe mais
modélisable) Robotique complexe (robots pour
découpe et soudure dans tuyau) Supraconducteurs
haut champ (champs variables, neutrons) Assurer
le fonctionnement en continu du réacteur
(entretien du courant dans le plasma)
"Pure moonshine" ?
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La fusion, une énergie sûre?
Pas de réaction en chaîne (puissance pilotée par
la pression ) Pas dexcursion de puissance
possible (puissance limitée par la pression
magnétique ) Plasma à la pression atmosphérique
(bien que 10 fois la température centre du
soleil) Réacteur 1 Milliard de W ? qq grammes
de combustible (combustible consommé en 10s) Qq
kg de tritium dans un réacteur fusion (tritium
moins toxique de tous les radioéléments) Diffusion
tritium contrôlée par trois enceintes (la
dernière dans lair)
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Une énergie propre?
Neutrons de 14MeV sont absorbés dans la
couverture La plupart font fissionner un noyau
de lithium pas de déchets Activation produite
par les neutrons résiduels
nLi He T
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Déchets
Radioactivité relative (ingestion)
Les cendres radiotoxiques (et très chargées en
métaux lourds) des centrales au charbon sont
stockées sans précautions particulières. Les
déchets de la fusion dune radiotoxicité
équivalente seront conditionnés et stockés
conformément à la législation sur les déchets
nucléaires
facteur 1000 à 10 000
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La fusion une énergie propre?
Pas de gaz à effet de serre (CO2...) ? impact
marginal sur le climat Pas de pollution
(particules, SO2, NOx...) ? très faible impact
sur la santé Combustibles (D Li) non
radioactifs, stockables sous forme inerte Cendre
(hélium) non radioactive, chimiquement inerte
(ballons denfants) Sélection matériaux
couverture pour minimiser la radiotoxicité
durée de vie des déchets Déchets à durée de vie
courte (100 ans) Pas de déchets transmis
aux générations futures
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La fusion une énergie durable?
Ressource quasi-inépuisable (300 océans de
pétrole, réserve milliard dannées) Accessible à
tous ? combustible dans eau de mer (plus de
guerre du pétrole?) Non proliférante (bombe H
déclenchée par bombe A U Pu sont des passages
obligatoires) Technologie accessible au pays en
voie de développement ?(dans 100
ans?) Compétitivité économique ? (si coûts
externes internalisés -)) Taille minimum
réacteur GWe (réseaux denses, H2 pour transport,
dessalement ) Ça ne marche pas (encore?)(il
suffit de faire plus grand?)(impact dans 50 ans?)
Energie pour toute une vie 30g de mélange
deutérium-lithium facile à récupérer dans leau
de mer et marais salants
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Le monde, la nuit
www.itercad.org www-fusion-magnetique.cea.fr
www.iter.org jean-marc.ane_at_cea.fr
04.42.25.46.75