Fusion nucléaire

[Boule75]

@Picdelamirand-oil : tiens ! Une bonne nouvelle. Pas fréquentes, ce soir, les bonnes nouvelles...

[Picdelamirand-oil]

Le 12/09/2018 à 00:16, Boule75 a dit :

@Picdelamirand-oil : tiens ! Une bonne nouvelle. Pas fréquentes, ce soir, les bonnes nouvelles...

Du même genre

Scientists discover a process that stabilizes fusion plasmas

https://phys.org/news/2019-01-scientists-stabilizes-fusion-plasmas.html

Traduit avec www.DeepL.com/Translator

Des scientifiques découvrent un procédé qui stabilise les plasmas de fusion

Les scientifiques qui cherchent à amener sur Terre la réaction de fusion qui alimente le soleil et les étoiles doivent garder le plasma super chaud à l'abri des perturbations. Les chercheurs du laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du département de l'Énergie des États-Unis (DOE) ont maintenant découvert un procédé qui peut aider à contrôler les perturbations considérées comme les plus dangereuses.

La réplication de la fusion, qui libère une énergie illimitée en fusionnant des noyaux atomiques à l'état de matière appelé plasma, pourrait produire une énergie propre et pratiquement illimitée pour produire de l'électricité pour les villes et les industries du monde entier. La capture et le contrôle de l'énergie de fusion constituent donc un défi scientifique et technique majeur pour les chercheurs du monde entier.

Création d'îlots magnétiques

Les résultats de l'étude PPPL, rapportés dans Physical Review Letters, se concentrent sur ce qu'on appelle les modes de déchirure - des instabilités dans le plasma qui créent des îlots magnétiques, une source clé de perturbations du plasma. Ces îlots, des structures en forme de bulles qui se forment dans le plasma, peuvent se développer et déclencher des événements perturbateurs qui arrêtent les réactions de fusion et endommagent les installations en forme de donuts appelées "tokamaks" qui abritent les réactions.

Des chercheurs ont découvert dans les années 1980 que l'utilisation d'ondes de radiofréquence (RF) pour alimenter le courant dans le plasma pouvait stabiliser les modes de déchirure et réduire le risque de perturbations. Cependant, les chercheurs n'ont pas remarqué que de petits changements - ou perturbations - dans la température du plasma pourraient améliorer le processus de stabilisation, une fois qu'un seuil clé en puissance est dépassé. Le mécanisme physique que PPPL a identifié fonctionne comme ceci :

Les perturbations de température affectent la puissance du variateur de courant et la quantité de puissance RF déposée dans les îles.
Les perturbations et leur impact sur le dépôt de l'énergie se répercutent les unes sur les autres d'une manière complexe ou non linéaire.
Lorsque la rétroaction se combine avec la sensibilité du variateur de courant aux perturbations de température, l'efficacité du processus de stabilisation augmente.

En outre, l'amélioration de la stabilisation est moins susceptible d'être affectée par un mauvais alignement des lecteurs de courant qui ne parviennent pas à atteindre le centre de l'île.
L'impact global de ce processus crée ce qu'on appelle techniquement la "condensation du courant RF", ou concentration de la puissance RF à l'intérieur de l'île qui l'empêche de croître. "Le dépôt de puissance est considérablement augmenté ", a déclaré Allan Reiman, physicien théoricien chez PPPL et auteur principal de l'article. "Lorsque le dépôt de puissance dans l'île dépasse un seuil, il y a un saut de température qui renforce grandement l'effet stabilisateur. Cela permet de stabiliser de plus grandes îles qu'on ne le pensait possible."

Avantages pour ITER

Ce procédé peut être particulièrement bénéfique pour ITER, le tokamak international en construction en France pour démontrer la faisabilité de l'énergie de fusion. "On craint que les îles ne deviennent trop grandes et ne perturbent le fonctionnement d'ITER ", a déclaré M. Reiman. "Ensemble, ces nouveaux effets devraient faciliter la stabilisation des plasmas ITER."

Reiman a travaillé avec le professeur Nat Fisch, directeur adjoint des affaires académiques de PPPL et co-auteur du rapport. Fisch avait démontré dans un article historique des années 1970 que les ondes RF pouvaient être utilisées pour conduire des courants afin de confiner les plasmas tokamak par un procédé maintenant appelé " entraînement de courant RF ".

M. Fisch souligne que "c'est le document révolutionnaire de Reiman, publié en 1983, qui a prédit que ces courants RF pourraient également stabiliser les modes de déchirure". L'utilisation d'un variateur de courant RF pour stabiliser les modes de déchirure était peut-être encore plus cruciale pour le programme tokamak que l'utilisation de ces courants pour confiner le plasma ", a dit M. Fisch.

"C'est pourquoi, dit-il, le journal de Reiman de 1983 a lancé des campagnes expérimentales sur les tokamaks dans le monde entier pour stabiliser les modes de déchirure." De plus, ajoute-t-il, "il est significatif qu'en plus de prédire la stabilisation des modes de déchirure par RF, l'article de 1983 soulignait également l'importance de la perturbation de la température dans les îles magnétiques".

Caractéristique sous-estimée

Le nouvel article jette un regard neuf sur l'impact de ces perturbations de la température sur les îles, une caractéristique qui a été sous-estimée depuis que le document de 1983 l'a signalé. "Nous sommes remontés 35 ans en arrière pour aller un peu plus loin dans cette réflexion en explorant la physique fascinante et les implications plus larges de la rétroaction positive ", a dit M. Fisch. "Il s'est avéré que ces implications pourraient maintenant être très importantes pour le programme tokamak aujourd'hui."

Les théoriciens ont commencé leurs travaux récents avec un modèle simple et ont avancé vers des modèles plus complexes pour aborder les questions clés. Ils ont maintenant l'intention de produire une image plus détaillée avec des modèles encore plus sophistiqués. Ils travaillent également à proposer des campagnes expérimentales qui exposeront ces nouveaux effets. Cette recherche est soutenue par le Bureau des sciences du DOE.

Pour en savoir plus : https://phys.org/news/2019-01-scientists-stabilizes-fusion-plasmas.html#jCp

[Boule75]

La même CNIM qui s'occupe des chalands de débarquement donne aussi dans l'outillage lourd pour ITER (banc de test d'anneaux de confinement, si j'ai bien compris).

En fouillant un peu, je découvre qu'ils sont aussi fabricant de pièces de grandes dimensions, des "plaques radiales" embarquant chacune 100m de câbles supra-conducteurs et assemblées dans des conditions super-strictes (température contrôle, notamment).

Citation

Un second bâtiment a été aménagé pour recevoir la machine de soudage par faisceau d’électrons sous vide local développée spécialement pour le projet.

 

Le site d'Iter en remet une couche avec d'autres pièces bizarres fabriquées par la même société (en l'occurence, un proto de Divertor en cours de réalisation ; concurrence / coopération avec une société italienne apparemment) :

Modifié le 23 janvier 2019 par Boule75

[c seven]

Le principe Z-pinch qui avait été abandonné à cause de l'instabilité du plasma va-t-il être remis dans la course?

Une équipe obtiens en février une durée stable 5000 fois supérieure aux expériences précédentes en appliquant une force de cisaillement (shear force) sur un plasma constitué d'un mélange 20% Deuterieum / 80% hydrogène

https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.122.135001

Il y a des donnés chiffrées dans l'article mais je n'ai pas les compétences pour dire si on est très éloigné - ou pas - des valeurs nécessaires pour que le plasma s'auto-entretienne.

Le Z-pinch:

https://en.wikipedia.org/wiki/Z-pinch

 

[WizardOfLinn]

On peut trouver l'article ici :
https://arxiv.org/abs/1806.05894
Et il y a tous les éléments pour évaluer le critère de Lawson :
n = 1E17 cm-3 densité
T = 2 keV température
t = 16 µs temps de confinement

n*T*t = 3.2E18 keV.s/m3

C'est loin des Tokamaks évidemment,  qui sont autour de 1E21, mais c'est quand même pas mal pour une première expérience.
Il faudrait monter la température au moins à 10 keV, et augmenter aussi les deux autres paramètres.

 

Modifié le 22 avril 2019 par WizardOfLinn

[WizardOfLinn]

 

On avait déjà évoqué la découverte du régime plasma super-H dans les tokamaks il y a quelques années.
Un article publié aujourd'hui dans Nuclear Fusion par un groupe de chercheurs de General Atomics présente des résultats expérimentaux très encourageants.
Le mode super-H correspond à une augmentation de la température et de la pression à la périphérie du plasma, et l'expérience produit des résultats conformes à la théorie.
Les paramètres du plasma dans la zone centrale où se produit la fusion dépendant de ces conditions aux limites à la périphérie, le mode super-H permettrait un gain d'un facteur quatre sur la fusion, et une réduction de la taille et du coût d'un réacteur.
Pour des raisons pratiques, les expériences sont effectuées avec un plasma de deutérium, mais sur un plasma D-T, le gain de fusion serait de 0.5, ce qui est la valeur la plus élevée atteinte sur un tokamak de la taille du DIII-D sur lequel a été réalisée l'expérience.

http://www.ga.com/recent-breakthrough-on-diii-d-enables-major-step-toward-economical-fusion-energy

Paramètres:
DIII-D: rmaj=1.67m, rmin=0.67m, B=2.2T, chauffage=23MW, courant plasma:2 MA
Jet: rmaj=2.96m, rmin=1.25m, B=3.45T, chauffage=25MW, courant plasma:5 MA
Le Jet avait produit un gain de fusion comparable sur un tokamak nettement plus gros.

 

[Dwarfene]

Bonjour,

Récemment, l'émission la méthode scientifique avait pour sujet la fusion nucléaire:

https://www.franceculture.fr/emissions/la-methode-scientifique/la-methode-scientifique-emission-du-mercredi-12-juin-2019

Pour ceux qui ne connaissent pas le sujet, c'est très intéressant.

[Eau tarie]

Le 23/01/2019 à 07:53, Boule75 a dit :

La même CNIM qui s'occupe des chalands de débarquement donne aussi dans l'outillage lourd pour ITER (banc de test d'anneaux de confinement, si j'ai bien compris).

En fouillant un peu, je découvre qu'ils sont aussi fabricant de pièces de grandes dimensions, des "plaques radiales" embarquant chacune 100m de câbles supra-conducteurs et assemblées dans des conditions super-strictes (température contrôle, notamment).

Le site d'Iter en remet une couche avec d'autres pièces bizarres fabriquées par la même société (en l'occurence, un proto de Divertor en cours de réalisation ; concurrence / coopération avec une société italienne apparemment) :

 

D'ailleurs ya une petite news importante qui est arrivé ya pas longtemps, et avec des équipements de manutention très spécifiques :

https://www.clubic.com/energie-renouvelable/actualite-2715-iter-le-premier-element-du-tokamak-est-installe.html

Citation

Les 26 et 27 mai 2020, le projet ITER a franchi une étape cruciale avec la pose de la toute première pierre du fameux Tokamak : la base du cryostat, l’élément le plus volumineux et le plus lourd de la machine ITER, celui qui marque le coup d’envoi de son assemblage. Avec ses 1 250 tonnes, la base du cryostat accueillera « la plus grande enceinte à vide en acier inoxydable jamais construite » (16,000 m³). Son rôle sera d’isoler le système magnétique du Tokamak en enveloppant les aimants supraconducteurs dans un environnement cryogénique.

 

 

[WizardOfLinn]

Le Tokamak japonais JT-60SA est en phase de préparation pour sa mise en service. Depuis le 10 octobre, les aimants supraconducteurs sont en cours de refroidissement pour passer de 27°C à -269°C.
Premier plasma prévu pour le printemps 2021.

https://fusionforenergy.europa.eu/news/jt-60sa-tokamak-getting-cooler-every-day/

L'assemblage de ce Tokamak a été terminé il y a quelques mois, c'est le plus grand jusqu'à la mise en service d'ITER :

https://fusionforenergy.europa.eu/news/europe-and-japan-complete-jt-60sa-the-most-powerful-tokamak-in-the-world/

[WizardOfLinn]

TAE (Tri Alpha Energy) parait arriver à des résultats intéressants sur la fusion p-B11 : un plasma à la fois chaud, à 50 MK, et bien confiné.
Pas encore assez chaud pour allumer cette réaction, mais ça progresse tranquillement depuis plus de 20 ans, et il y a des financements significatifs, même si ce n'est pas l'envergure d'ITER.

https://www.world-nuclear-news.org/Articles/TAE-reaches-hot-enough-plasma-milestone

Modifié le 12 avril 2021 par WizardOfLinn

[WizardOfLinn]

Helion Energy développe un réacteur à fusion qui a produit un plasma à 100 MK.

https://www.world-nuclear-news.org/Articles/Helion-announces-fusion-milestones

https://www.helionenergy.com/

C'est un réacteur pulsé, accélérant deux boules de plasma qui collisionnent au milieu du réacteur pour produire les conditions de température et de confinement. La fusion produit des particules chargées dont l'énergie cinétique est récupérée par induction (il n'y a donc pas de chauffage d'un fluide ni passagepar un cycle de machine à vapeur).

Remarques :
- la réaction D-He3 est intéressante pour produire des particules chargées, mais est plus difficile à allumer que D-T, et de plus He3 est quasiment inexistant sur Terre. Un réacteur réellement exploitable devrait probablement fonctionner sur D-T ou D-D, et aurait les mêmes contraintes par rapport aux neutrons que les systèmes plus classiques.
- la température n'est pas la seule condition requise pour atteindre les conditions de la fusion => l'intérêt réel se voit dans les publications scientifiques qui récapitulent tous les paramètres, et les résultats en terme de réactions de fusion

 

[collectionneur]

Nouveau record pour le NIF, mais toujours sur une durée ridiculement courte :

...L’expérience, qui a eu lieu le 8 août au National Ignition Facility (NIF), en Californie, « a été permise par la concentration de la lumière de lasers », pas moins de 192, « sur une cible de la taille d’un plomb » de chasse, explique un communiqué. Cela a eu pour effet de « produire un point chaud du diamètre d’un cheveu, générant plus de 10 quadrillions de watts par la fusion, pendant 100 trillionièmes de secondes. » C’est huit fois plus d’énergie que lors des dernières expériences réalisées au printemps....

Rendement de 1,3 megajoules :

https://www.llnl.gov/news/national-ignition-facility-experiment-puts-researchers-threshold-fusion-ignition

Modifié le 18 août 2021 par collectionneur

[Bon Plan]

il y a 5 minutes, collectionneur a dit :

Nouveau record pour le NIF, mais toujours sur une durée ridiculement courte :

...L’expérience, qui a eu lieu le 8 août au National Ignition Facility (NIF), en Californie, « a été permise par la concentration de la lumière de lasers », pas moins de 192, « sur une cible de la taille d’un plomb » de chasse, explique un communiqué. Cela a eu pour effet de « produire un point chaud du diamètre d’un cheveu, générant plus de 10 quadrillions de watts par la fusion, pendant 100 trillionièmes de secondes. » C’est huit fois plus d’énergie que lors des dernières expériences réalisées au printemps....

Ca avance, ca avance....

Je crois que les scientifiques eux mêmes disent que la technologie ne sera pas au point et énergétiquement intéressante avant des décennies.

[WizardOfLinn]

C'est un système impulsionnel, et le confinement inertiel est court par nature. L'important pour en dériver une source d'énergie est le gain et la fréquence de ces impulsions (une dizaine par seconde plutôt qu'une tous les trois mois).

Les premiers tirs du NIF il y a quelques années n'avaient pas été très convaincants, mais de temps en temps, l'espoir renait :
https://www.connaissancedesenergies.org/afp/un-laboratoire-americain-dit-avoir-realise-une-avancee-historique-dans-la-fusion-nucleaire-210817

Il y a quelques chiffres ici :
https://www.sciencemag.org/news/2021/08/explosive-new-result-laser-powered-fusion-effort-nears-ignition
La fusion a produit 70% de l'énergie de l'impulsion LASER incidente, ce qui est effectivement énorme pour ce type d'expérience. Il manque encore un facteur 100 pour que ça puisse être une source d'énergie intéressante (compte tenu du rendement misérable de la chaine LASER), mais c'est bien un bond en avant.

 

 

[Boule75]

il y a 52 minutes, WizardOfLinn a dit :

C'est un système impulsionnel, et le confinement inertiel est court par nature. L'important pour en dériver une source d'énergie est le gain et la fréquence de ces impulsions (une dizaine par seconde plutôt qu'une tous les trois mois).

Les premiers tirs du NIF il y a quelques années n'avaient pas été très convaincants, mais de temps en temps, l'espoir renait :
https://www.connaissancedesenergies.org/afp/un-laboratoire-americain-dit-avoir-realise-une-avancee-historique-dans-la-fusion-nucleaire-210817

Il y a quelques chiffres ici :
https://www.sciencemag.org/news/2021/08/explosive-new-result-laser-powered-fusion-effort-nears-ignition
La fusion a produit 70% de l'énergie de l'impulsion LASER incidente, ce qui est effectivement énorme pour ce type d'expérience. Il manque encore un facteur 100 pour que ça puisse être une source d'énergie intéressante (compte tenu du rendement misérable de la chaine LASER), mais c'est bien un bond en avant.

Ce que je ne comprend pas du tout, c'est ce qui est envisagé pour la récupération utile de l'énergie produite avec ces méthodes.

[WizardOfLinn]

il y a 27 minutes, Boule75 a dit :

Ce que je ne comprend pas du tout, c'est ce qui est envisagé pour la récupération utile de l'énergie produite avec ces méthodes.

Dans un hypothétique réacteur fonctionnant suivant ce principe, la chambre d'implosion serait entourée d'une couverture thermalisant l'énergie des neutrons rapides, avec aussi une surgénération du tritium. A ce niveau, c'est le même principe que pour un Tokamak.
Mais c'est une étape ultérieure, pour l'instant rien n'est prévu dans ces expériences dont le but est de valider la possibilité d'avoir un gain de fusion élevé au niveau de la cible.

 

[Boule75]

Il y a 11 heures, WizardOfLinn a dit :

Dans un hypothétique réacteur fonctionnant suivant ce principe, la chambre d'implosion serait entourée d'une couverture thermalisant l'énergie des neutrons rapides, avec aussi une surgénération du tritium. A ce niveau, c'est le même principe que pour un Tokamak.
Mais c'est une étape ultérieure, pour l'instant rien n'est prévu dans ces expériences dont le but est de valider la possibilité d'avoir un gain de fusion élevé au niveau de la cible.

Et ils prévoient de générer un "flux" thermique en enchaînant des "détonations" ?

Sur un Tokamak, hypothétiquement, le flux calorique est + ou - constant, je comprend qu'on puisse envisager un dispositif d'évacuation de la chaleur performant.

Sur une succession de détonations pas trop rapprochés, il va y avoir des variations permanentes de température, ça va être le bazar, non ?,

[WizardOfLinn]

Il y a 10 heures, Boule75 a dit :

Et ils prévoient de générer un "flux" thermique en enchaînant des "détonations" ?

Sur un Tokamak, hypothétiquement, le flux calorique est + ou - constant, je comprend qu'on puisse envisager un dispositif d'évacuation de la chaleur performant.

Sur une succession de détonations pas trop rapprochés, il va y avoir des variations permanentes de température, ça va être le bazar, non ?,

Dans un système de conversion thermique, il y a une telle inertie (thermique et même mécanique) que des fluctuations à quelques Hz de la source n'ont pas d'importance, c'est amorti dans la capacité thermique des dizaines de tonnes de la couverture, et ensuite dans la masse du fluide du générateur de vapeur. En pratique la température sera constante. Il y a des schémas de réacteurs à fusion inertielle avec des fréquences même bien plus basses (inférieure à 1 Hz).

 

[Boule75]

il y a 35 minutes, WizardOfLinn a dit :

Dans un système de conversion thermique, il y a une telle inertie (thermique et même mécanique) que des fluctuations à quelques Hz de la source n'ont pas d'importance, c'est amorti dans la capacité thermique des dizaines de tonnes de la couverture, et ensuite dans la masse du fluide du générateur de vapeur. En pratique la température sera constante. Il y a des schémas de réacteurs à fusion inertielle avec des fréquences même bien plus basses (inférieure à 1 Hz).

Ah. Ca signifie aussi, du coup, un dispositif de lasers capable de tirer environ 1 fois par seconde. Sont-ils proches ou loin de cette fréquence ?
Rien n'est trivial dans cette affaire !

Modifié le 19 août 2021 par Boule75

[WizardOfLinn]

il y a 10 minutes, Boule75 a dit :

Ah. Ca signifie aussi, du coup, une dispositif de laser capable de tirer environ 1 fois par seconde. Sont-ils proches ou loin de cette fréquence ?
Rien n'est trivial dans cette affaire !

On en est très loin, même pas un tir par jour. Et l'augmentation de cadence pour en dériver une source d'énergie n'est pas la priorité tant qu'il n'a pas été démontré qu'on pouvait obtenir un gain de fusion de 50 ou plus. La fusion inertielle est moins avancée que la fusion en tokamak.
Par ailleurs, l'utilisation en source d'énergie n'est qu'une application parmi d'autres, même pas prioritaire, le NIF et le LMJ ont surtout des motivations militaires et de recherche.
Mais ces derniers résultats du NIF peuvent relancer le sujet.

[Eau tarie]

Disons que déjà, la science progresse, et cela permet de mieux comprendre ce qui se passe dans ces réactions.

Quand "ça ne marche pas comme prévu" c'est souvent très intéressant. C'est ce qui s'est passé avec le NIF qui a eu des résultats bcp moins favorables que prévu au début.

Après en l'état le confinement par laser sous sa forme LMJ ou NIF ce n'est pas du tout fait pour faire "centrale" et récupérer de l'energie.

Mais si on comprend mieux ce qui se passe, on pourra peut être repenser les solutions possibles en confinement laser. Après en terme de délais ça nous amène loin bien évidemment...

[WizardOfLinn]

Après une décennie passée un peu morose, celle qui commence devrait être assez intéressante pour la fusion, grâce à quelques convergences, au moins du côté des Tokamaks.
ITER va entrer en service dans les années qui viennent, mais il y a aussi d'autres développements qui vont profiter de progrès sur les supraconducteurs.
Les dimensions d'un tokamak dépendent fortement de l'intensité du champ magnétique que peuvent produire les aimants de confinement.
Un électro-aimant testé au MIT a pu produire un champ de 20 T, nettement plus élevé que ce que produiront les aimants d'ITER (5 à 10 T), ce qui permettra de construire un réacteur expérimental compact.

https://news.mit.edu/2021/MIT-CFS-major-advance-toward-fusion-energy-0908

[Patrick]

Il y a 1 heure, WizardOfLinn a dit :

Après une décennie passée un peu morose, celle qui commence devrait être assez intéressante pour la fusion, grâce à quelques convergences, au moins du côté des Tokamaks.
ITER va entrer en service dans les années qui viennent, mais il y a aussi d'autres développements qui vont profiter de progrès sur les supraconducteurs.
Les dimensions d'un tokamak dépendent fortement de l'intensité du champ magnétique que peuvent produire les aimants de confinement.
Un électro-aimant testé au MIT a pu produire un champ de 20 T, nettement plus élevé que ce que produiront les aimants d'ITER (5 à 10 T), ce qui permettra de construire un réacteur expérimental compact.

https://news.mit.edu/2021/MIT-CFS-major-advance-toward-fusion-energy-0908

Ils disent avoir mis au point un supraconducteur à hautes températures. Tu y crois? J'ai très envie de croire à une belle annonce scammesque comme beaucoup d'autres du même accabit qu'on entend depuis des années et qui aboutissent toutes à essayer de dire "ahah on va faire plus fort que ITER!"
Et à chaque fois on ne voit rien du tout.

[WizardOfLinn]

il y a 47 minutes, Patrick a dit :

Ils disent avoir mis au point un supraconducteur à hautes températures. Tu y crois? J'ai très envie de croire à une belle annonce scammesque comme beaucoup d'autres du même accabit qu'on entend depuis des années et qui aboutissent toutes à essayer de dire "ahah on va faire plus fort que ITER!"
Et à chaque fois on ne voit rien du tout.

Ce n'est pas le seul domaine où les supra HT arrivent à maturité.
De plus, il ne s'agit pas ici d'une start-up essayant d'exploiter un concept un peu exotique, mais d'un Tokamak, c'est la même voie de recherche ITER. Ca fait quelques années que je suis ce projet SPARC, et ça me parait être un projets assez sérieux.
 

[collectionneur]

Le réacteur sud-coréen a tenu les 100 millions de degrés pendant 30 secondes. L’équipe du KSTAR viserait désormais à maintenir ce plasma pendant 300 secondes en 2026. :

https://sciencepost.fr/fusion-nucleaire-reacteur-coree/