A - Qu'est-ce que la fusion ?

La fusion est la source d'énergie du soleil et des autres étoiles. Une étoile commence à briller quand la matière en son cœur atteint, sous l'effet des forces de gravitation, des densités et des températures suffisantes pour déclencher des réactions thermonucléaires libérant de l'énergie. La tendance du plasma à se disperser, donc à se refroidir, est contrebalancée par la force gravitationnelle.

B - La reaction

Pour obtenir une réaction de fusion, il faut rapprocher suffisamment deux noyaux qui, puisqu'ils sont tous deux chargés positivement, se repoussent. Une certaine énergie est donc indispensable pour franchir cette barrière et arriver dans la zone, très proche du noyau, où se manifestent les forces nucléaires capables de l'emporter sur la répulsion électrostatique.

Différentes réactions de fusion

La réaction de fusion la plus accessible est la réaction impliquant le deutérium et le tritium (isotopes de l'hydrogène). C'est sur cette réaction que se concentrent les recherches concernant la fusion contrôlée.

La production de Tritium nécessaire est assurée par une autre réaction :
6Li + n > 4He + T + 4,78 MeV

Les combustibles de base du réacteur sont donc le Deutérium et le Lithium (Li).

C – Conditions de réaction

a) la température
  Les températures (qui mesurent l'énergie d'interaction) requises pour la fusion thermonucléaire dépassent la centaine de millions de degrés ! A de telles températures, les électrons se sont détachés complètement du noyau ; on dit que l'atome s'ionise et l'on entre alors, dans le quatrième état de la matière, l'état de plasma. Le plasma existe dans l'univers sous des formes très diverses et avec des caractéristiques très variables. Ainsi les températures vont d'un à dix mille électronvolts et les densités s'étagent plus encore, allant de quelques particules par m³ dans les gaz interstellaires, jusqu'à 1030 particules par m³ au centre de certaines étoiles. Les plasmas constituent la forme la plus répandue de la matière dans l'univers.

 

 

 

b) le bilan énergétique
Le facteur d'amplification Q qualifie le bilan énergétique du plasma : si il est supérieur à 1, cela veut dire qu'on a produit plus d'énergie avec les réactions de fusion qu'on a du en fournir pour entretenir le plasma.

Le break even est le stade correspondant à Q = 1, c'est à dire le moment où la quantité d'énergie produite par les réactions de fusion est égale à celle qu'on a du fournir pour entretenir le plasma. C'est une étape intéressante du point de vue scientifique, car le chauffage du plasma est alors assuré de façon importante par les particules alpha et non plus quasi uniquement par les chauffages additionnels, ce qui se rapproche de la situation du réacteur.

L'ignition est le stade (impossible à créer aujourd'hui dans les réacteurs actuels) où la puissance fournie par les réactions de fusion suffit à elle seule à compenser les pertes et où on peut donc couper la puissance extérieure. Cela correspond à un facteur d'amplification Q infini. Le plasma est alors auto-entretenu.