THERMONUCLÉAIRE ÉNERGIE
La fusion par confinement magnétique. Le tokamak
Le confinement magnétique
Dans un champ magnétique B uniforme, la trajectoire d'une particule chargée est une hélice dont le centre de giration suit la ligne de force. La rotation autour de la ligne de force se fait à la pulsation cyclotronique ω = AB/M, où A est la charge et M la masse de la particule.
Le mouvement est borné dans la direction perpendiculaire au champ par l'amplitude du rayon de giration :
Le mouvement est libre le long des lignes de force et, par conséquent, le confinement n'est pas assuré. Pour qu'une réaction de fusion se produise, l'ion doit parcourir en moyenne un millier de kilomètres dans le milieu fusible sans contact avec les parois matérielles. Dans un champ magnétique non uniforme, le centre de giration de la particule est soumis lui-même à une vitesse de dérive proportionnelle à B ∧ →∇B, c'est-à-dire perpendiculaire à la fois à la ligne de force et au gradient du champ.
Du fait de cette dérive, les configurations magnétiques qui s'imposent en première analyse, les configurations magnétiques fermées, ne pourront pas prendre la forme toroïdale la plus simple, dans laquelle les lignes de force sont des cercles toroïdaux concentriques. Le module du champ y varie en effet comme 1/R (R est la distance à l'axe du tore), et la vitesse de dérive verticale que subissent les particules les fait sortir rapidement de la zone utile de la configuration (fig. 4). Cet effet de dérive peut être compensé en modifiant les lignes magnétiques par l'addition d'une composante de champ poloïdale (fig. 5). Chaque ligne de force prend alors la forme d'une hélice enroulée sur le tore qui engendre une surface torique fermée, appelée surface magnétique. Cette situation peut être créée soit entièrement par des courants extérieurs convenablement répartis (configuration stellarator), soit plus simplement, en faisant circuler un courant toroïdal dans le plasma (configuration tokamak).
Tore avec lignes de forces et dérive des particules chargées
Encyclopædia Universalis France
Principe de la configuration magnétique d'un tokamak
Encyclopædia Universalis France
Lorsque l'intensité du champ varie le long d'une ligne de force, une force de rappel ramène les particules vers la zone de champ faible. Il est ainsi possible de piéger entre deux zones de champs forts, appelées « miroirs magnétiques », les particules dont la vitesse v⊥ perpendiculaire aux lignes de champ est suffisante. La condition, ainsi définie, s'écrit au fond de la « b
À partir de ces principes généraux, une étude systématique des différentes configurations magnétiques potentiellement possibles pour le confinement des plasmas chauds a été faite. Dès 1969, à la suite des travaux soviétiques dirigés par l'académicien Lev Artsimovitch à l'institut Kurchatov de Moscou, la configuration tokamak s'avère la plus prometteuse. La stratégie du réacteur de démonstration est désormais fondée sur ce principe.
Dans la configuration tokamak (fig. 6), le champ toroïdal BT, créé par des bobinages extérieurs à la configuration, est par nature axisymétrique (axe z). Il est strictement équivalent dans la zone utile au champ qui serait produit par un courant rectiligne infini confondu avec l'axe [...]
La suite de cet article est accessible aux abonnés
- Des contenus variés, complets et fiables
- Accessible sur tous les écrans
- Pas de publicité
Déjà abonné ? Se connecter
Écrit par
- Robert DAUTRAY : membre de l'Académie des sciences
- Pascal GARIN : directeur adjoint de l'Agence I.T.E.R. France
- Michel GRÉGOIRE : adjoint au chef du service de physique des plasmas de fusion du département de recherche sur la fusion contrôlée
- Guy LAVAL : auteur
- Jean-Paul WATTEAU : conseiller scientifique au Commissariat à l'énergie atomique
- Joseph WEISSE : auteur
Classification
Médias
Nucléon : énergie de liaison
Encyclopædia Universalis France
Fusion : réactions nucléaires
Encyclopædia Universalis France
Réacteur de fusion deutérium-tritium
Encyclopædia Universalis France
Autres références
-
ÉNERGIE - La notion
- Écrit par Julien BOK
- 7 543 mots
- 4 médias
...Ainsi deux types de réactions nucléaires peuvent libérer de l'énergie : la fission de noyaux lourds (A > 200) en noyaux plus légers ou la fusion de noyaux légers (A = 1 par exemple) en noyaux plus lourds. Ce sont ces deux réactions qui sont utilisées pratiquement : la fission de l'... -
ÉTOILES
- Écrit par André BOISCHOT et Jean-Pierre CHIÈZE
- 13 456 mots
- 8 médias
...énergie, suivant la loi d'Einstein W = mc2, mais le processus de cette transformation était ignoré. C'est Hans Bethe qui montra, en 1939, que la source principale d'énergie, pour la majorité des étoiles, était due à la réaction transformant quatre atomes d'hydrogène en un atome... -
GRAVITATION ET ASTROPHYSIQUE
- Écrit par Brandon CARTER
- 8 922 mots
- 4 médias
...d'énergie, non seulement dans le Soleil, mais dans toutes les étoiles de la séquence principale, est fournie par la conversion de l'hydrogène en hélium par combustion thermonucléaire ; cette réaction s'effectue à la cadence requise pour avoir une température centrale située dans la gamme déduite de l'équation... -
MATIÈRE (physique) - Plasmas
- Écrit par Patrick MORA
- 7 620 mots
- 4 médias
...hydrogène, ou bombes H, ou bombes thermonucléaires, premier exemple de réalisation sur Terre (en 1951) de réactions de fusion pour produire de l'énergie. L'utilisation des réactions de fusion à des fins civiles, comme source quasi inépuisable d'énergie, est à l'origine de l'intensification ultérieure des... - Afficher les 10 références
