A - Description

B - Principe

Dans un tore, un plasma est chauffé à plusieurs centaines de millions de degrés et il est le lieu de réactions de fusion. Ce sont des champs magnétiques qui confinent le plasma pour qu’il ne touche pas les parois.
D’où le nom de « fusion par confinement magnétique ».

Le mélange combustible deutérium-tritium est injecté (1) dans une chambre où, grâce à un système de confinement, il passe à l'état de plasma et brûle (2). Ce faisant, le réacteur produit des cendres (les atomes d'hélium) et de l'énergie sous forme de particules rapides ou de rayonnement (3). L'énergie produite sous forme de particules et de rayonnement s'absorbe dans un composant particulier, la "première paroi", qui, comme son nom l'indique, est le premier élément matériel rencontré au-delà du plasma. L'énergie qui apparaît sous forme d'énergie cinétique des neutrons est, quant à elle, convertie en chaleur dans la couverture tritigène (4), élément au-delà de la première paroi, mais néanmoins à l'intérieur de la chambre à vide. La chambre à vide est le composant qui clôt l'espace où a lieu la réaction de fusion.

Première paroi, couverture et chambre à vide sont bien évidemment refroidies par un système d'extraction de la chaleur. La chaleur est utilisée pour produire de la vapeur et alimenter un ensemble classique turbine et alternateur producteur d'électricité (5).

C - Confinement magnétique
  Comment rassembler des particules qui n'ont à priori aucune raison de vouloir rester ensemble ? Dans le soleil, la gravité s'en charge. Sur Terre, on utilise des champs magnétiques puissants.

a) Schéma global

Le système magnétique du projet ITER comprend un aimant du champ toroïdal composé de 18 bobines, un solénoïde central composé de 6 bobines, un ensemble de six bobines du champ poloïdal et un ensemble de bobines de correction.

b) Champ résultant
La réunion de ces trois champs magnétiques mène à des lignes de champ hélicoïdales.

 

D - Chauffage du plasma
  Comment obtenir des températures de l'ordre de la centaine de millions de degrés, requises pour le bon fonctionnement d'un réacteur à fusion ?

Le régime ohmique

Un premier mécanisme naturel de chauffage est l'effet Joule lié au courant circulant dans le plasma, utilisé pour créer la configuration magnétique des tokamaks. Tout comme le filament d'une ampoule chauffe lorsque le courant passe à travers, le plasma va monter en température sous l'effet du courant intense (de l'ordre du MégaAmpères) qui le traverse. Malheureusement, cet effet, proportionnel à la résistance du plasma qui a tendance à s'écrouler lorsque la température augmente, sature et ne permet d'atteindre que des températures limitées (de l'ordre de 10 millions de degrés). Ce régime en chauffage "naturel" est appelé régime ohmique, en référence à l'unité de mesure d'une résistance électrique, l'ohm.

La chauffage additionnel

Pour atteindre les températures requises, on a donc recours à des systèmes de chauffage additionnels :

• le chauffage par injection de particules neutres très énergétiques, qui consiste à chauffer le plasma grâce aux collisions entre les particules très énergétiques injectées et les particules du plasma.

• le chauffage par ondes radio-fréquences, qui consiste à coupler au plasma une onde à une fréquence choisie de manière à être en résonance avec une catégorie de particules du plasma (c'est à dire à la même fréquence) et à leur communiquer de l'énergie, un peu comme un four micro-onde qui réchauffe un plat en agitant les molécules d'eau.