La fusion nucléaire au lieu de la fission (la voie du salut pour l’humanité ?). Fusion thermonucléaire

De quel genre de « hohlraum » s’agit-il ?

Fusion laser à hohlraum doré

Complexe National de Réactions Thermonucléaires Laser (Installation nationale d'allumage, NIF) aux États-Unis, on parle de réacteur thermonucléaire laser à double usage. Il est destiné à aider les Américains forces armées maintenir ses arsenaux nucléaires prêts au combat dans les conditions d'un moratoire sur les essais nucléaires, et il propose également des découvertes révolutionnaires qui peuvent fournir à la civilisation une mer d'énergie propre et bon marché.

Si l’on en croit la presse, ça se passe très bien au NIF. Mais les auditeurs du General Accounting Office des États-Unis (GAO, analogue de la Chambre des comptes russe) il existe des doutes à ce sujet, qu'ils ont partagés avec le Congrès dans le rapport numéroté GAO-10-488.

NIF, NIC et NNSA

En mars 2009, la National Nuclear Security Administration (NNSA) des États-Unis a achevé la construction du NIF, un projet de 3,5 milliards de dollars au Lawrence Livermore National Laboratory. L'estimation comprend 2,2 milliards de dollars dépensés pour la construction elle-même et 1,3 milliard de dollars dépensés pour l'assemblage et l'installation de 192 lasers et équipements associés.

La direction prévoit de créer des pressions et des températures extrêmement élevées dans le NIF, caractéristiques de explosions nucléaires. Si tout se passe bien, alors nouvelle installation permettra aux Américains d'étudier les caractéristiques des dispositifs explosifs nucléaires sans les tester, ce qui est interdit par les termes du moratoire adopté aux États-Unis en 1992.

La NNSA qualifie à juste titre la fusion laser de « élément essentiel » d'un programme à grande échelle visant à maintenir la préparation au combat des États-Unis. arsenaux nucléaires. Les objectifs militaires seront la première priorité du NIF, mais administration militaire est prêt à fournir une capacité d’installation aux chercheurs civils.

Le Laboratoire national Lawrence Livermore est directement responsable de la conception et de la construction du NIF. Les premières études théoriques visant à préparer l’émergence du NIF remontent à mars 1997. En 2005, la NNSA, suite aux directives du Congrès, a créé le NIC (Campagne nationale d'allumage) et lui a confié la responsabilité de superviser les questions de gestion du projet. De plus, pour le contrôle par des tiers du projet, nous invitons experts indépendants et des groupes d'experts.

Lasers et hohlraum

La technologie utilisée dans le NIF peut être appelée « fusion laser ». Dans la littérature américaine, le terme « allumage » lui a été attribué. Une fois que tout est prêt, les opérateurs du NIF doivent simultanément concentrer les faisceaux de 192 lasers sur des cibles plus petites qu'une pièce de 10 cents. L'énergie totale des faisceaux sera de 1,8 MJ.

Au cours d'un cycle de fonctionnement d'une durée d'environ un millionième de seconde, les faisceaux doivent traverser une série de multiplicateurs optiques puis être focalisés sur une cible microscopique. Ce dernier sera situé à l'intérieur d'une chambre sphérique de 10 mètres de haut.

Schéma d'installation du NIF - dessin des auditeurs du GAO.

La cible elle-même est un cylindre d’or creux. Il est appelé mot allemand"holraum" (hohlraum) est une cavité dont les parois sont en équilibre de rayonnement avec la cavité. Le hohlraum, telle une poupée gigogne, cache une capsule de combustible de la taille d'un grain de poivre. Il est constitué d'une couche gelée de deutérium et de tritium entourant un mélange gazeux refroidi de ces mêmes isotopes.

Les lasers de l'installation NIF doivent, pendant leur fonctionnement, chauffer rapidement les parois internes du hohlraum, ce qui convertira l'énergie laser en rayonnement X. À son tour, Rayons X devrait rapidement chauffer la surface extérieure de la capsule de combustible. Lorsqu'elle est correctement chauffée, la capsule devrait s'effondrer avec une force comparable à celle générée lors du lancement d'une fusée, c'est-à-dire qu'une explosion (implosion) vers l'intérieur de la couche de deutérium-tritium devrait se produire.

Si l'implosion se produit symétriquement et à la vitesse souhaitée, alors les atomes de deutérium et de tritium seront forcés d'entrer dans une réaction de fusion d'une durée de 10 billionièmes de seconde. Les températures qui seront créées dans la capsule de combustible devraient être d'environ 100 millions de degrés, c'est-à-dire que la capsule sera plus chaude que le centre du Soleil.

Schéma du transfert d'énergie dans le hohlraum - dessin des auditeurs du GAO.
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Des tests préliminaires visant à justifier les processus inhérents à l'installation du NIF ont eu lieu au Laser Energy Laboratory de l'Université de Rochester (New York). Les systèmes laser OMEGA et OMEGA EP du laboratoire servent actuellement de cheval de bataille pour toutes les recherches sur la fusion laser de la NNSA. Avant la création du NIF, ils détenaient le record mondial d’énergie du faisceau laser.

Les cibles, hohlraums et autres équipements connexes pour le NIF sont fournis par General Atomics, basé en Californie. Le laboratoire national de Los Alamos est responsable des systèmes de diagnostic, et le laboratoire Sandia est chargé de soutenir la recherche sur la machine Z, capable de convertir un rayonnement électromagnétique en radiographie.

Problèmes techniques

La création du NIF sera-t-elle couronnée de succès et les scientifiques américains seront-ils capables de déclencher une réaction thermonucléaire à l'aide de lasers ? Les auditeurs du GAO rappellent sèchement les conclusions du panel indépendant JASON, qui soulignent les défis auxquels sont confrontés les développeurs du NIF. problèmes techniques.

L'une des tâches principales est de minimiser la perte de rayonnement laser, c'est-à-dire de réduire considérablement la part d'énergie qui passera par le hohlraum ou sera réfléchie par ses parois. Si la réflexion menace une simple perte d'énergie, alors chaque faisceau manqué affectera négativement la symétrie de compression de la capsule de combustible, jetant ainsi le doute sur le déclenchement d'une réaction thermonucléaire.

Même le ciblage le plus précis du faisceau laser ne garantit pas un succès complet. Sous l'influence du rayonnement laser, le processus d'ionisation démarre à l'intérieur du hohlraum et le gaz chargé qui en résulte interfère avec les processus de transfert d'énergie. En bref, grâce à l’interaction des particules ionisées et des faisceaux laser, une partie de l’énergie arrivant au hohlraum sera retransférée hors de ses limites.

Les scientifiques appellent ce processus « l’instabilité laser-plasma ». (instabilité laser-plasma). En plus de la perte d'énergie, cela entraîne également des interférences indésirables entre les faisceaux laser, ce qui aura un effet néfaste sur la symétrie de l'implosion.

Le deuxième problème majeur du NIF concerne la vitesse d’implosion. Pour déclencher une réaction thermonucléaire, la capsule de combustible doit être comprimée 40 000 fois par rapport à sa taille d'origine. Dans ce cas, la capsule doit conserver une forme sphérique. De plus, l'implosion doit se produire à une vitesse donnée, sinon il ne sera pas possible de créer les pressions nécessaires pour commencer la synthèse des noyaux légers.

Si la surface de la capsule de combustible n'est pas suffisamment lisse ou si les rayons X frappent la capsule de manière inégale, des projections en forme de doigts commenceront à se former sur la capsule. Comme le montrent les résultats des calculs modèles mathématiques, la formation de saillies sera une conséquence des instabilités hydrodynamiques qui surviennent lorsque des matériaux de densités différentes entrent en contact. S'il y a trop de saillies, la réaction thermonucléaire n'aura pas lieu, car la température à l'intérieur de la capsule diminuera en raison des saillies.

Projections en forme de doigt sur la surface de la capsule de combustible - dessin réalisé par les auditeurs du GAO.
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Outre les deux problèmes mentionnés ci-dessus, les créateurs du NIF sont également confrontés à des difficultés plus traditionnelles, mais non moins graves. Ils doivent donc assurer un contrôle fiable de l’état de l’optique, qui, bien entendu, sera endommagée au fil du temps par les faisceaux laser qui la traversent.

Au début, ces dommages seront minimes, mais avec le temps, leur nombre commencera à augmenter, et si le pourcentage total de dommages dépasse une certaine limite, il sera alors impossible de faire fonctionner le NIF aux paramètres nominaux.

Il faut reconnaître que les créateurs du NIF ne reculent pas devant les problèmes. La conception du hohlraum a été entièrement repensée et sa nouvelle conception promet de minimiser les pertes d'énergie laser. Les revêtements des points d'entrée des faisceaux laser ont été retirés de son projet dès qu'il s'est avéré que l'idée apparemment bonne de disposer d'une manière spéciale l'endroit où les faisceaux frappent la cible entraînait une forte augmentation des instabilités laser-plasma.

Après de longues recherches, les scientifiques ont opté pour l'hélium comme matériau remplissant le hohlraum. La conception originale était censée utiliser un mélange d’hydrogène et d’hélium. Ces modifications et d'autres ont été testées au combat lors des premières expériences au NIF, réalisées en 2009. Les résultats obtenus sont considérés comme satisfaisants et on espère éviter l'instabilité lors du fonctionnement à la puissance nominale.

La compréhension des processus d'implosion devrait s'améliorer après avoir effectué une série de calculs informatiques dans des modèles bidimensionnels et tridimensionnels. De plus, l'instabilité hydrodynamique est activement étudiée sur le complexe OMEGA déjà mentionné. Le personnel du NIF espère également pouvoir surveiller l'état des optiques.

L'exploitation du NIF avec une énergie totale du faisceau laser de 1,8 MJ a été reportée à 2011. Jusqu'à fin 2010, l'installation fonctionnera avec des énergies de 1,2 à 1,3 MJ. Selon les experts, avec une énergie de 1,2 MJ, les pertes d'énergie dues aux instabilités n'ont pas dépassé 6 % lors des premières expériences, malgré le fait que le projet autorise 15 % de pertes.

Les premières inclusions ont également entraîné les premières pertes en optique. En mars 2009, une partie des faisceaux s'est réfléchie de manière inattendue sur le chemin de la cible. La salve « réussie », combinée à une erreur de conception, a désactivé 4 % du nombre total de miroirs du système. Heureusement, « l’exécution » a eu lieu à des énergies de faisceaux faibles, sinon les conséquences auraient pu être encore pires.

L'installation du NIF progresse pas à pas vers la parité. Les derniers résultats, obtenus expérimentalement en décembre 2009, ont été obtenus avec une énergie laser de 1,2 MJ.

Des experts indépendants appellent à la prudence. Ils prédisent que le NIF sera certainement confronté à de nouveaux défis technologiques et physiques qui ne peuvent même pas être prédits à ce stade. Et les auditeurs du GAO se demandent si le calendrier actuel de la première réaction de fusion laser, prévue en 2012, est réaliste.

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Les réactions de fusion nucléaire sont appelées thermonucléaires car Le seul moyen excitation des réactions - chauffage du combustible nucléaire à haute température.

La réaction de fusion nucléaire peut également servir de source d’énergie.

Les réactions de fusion nucléaire nécessitent des températures et des pressions extrêmement élevées.

L'hydrogène 3 entre plus facilement dans la réaction de fusion nucléaire, mais il est présent dans l'atmosphère terrestre en si petites quantités et sa production est associée à des coûts très élevés que la faisabilité même de son utilisation comme carburant est remise en question.

Cette réaction est appelée réaction de fusion nucléaire car les noyaux se combinent pour former un noyau plus lourd.

Pour que la réaction de fusion nucléaire démarre, il faut atteindre une température d’environ un million de degrés. Étant donné que le seul moyen actuellement connu pour atteindre de telles températures est la réaction de fission nucléaire, une bombe atomique basée sur la réaction de fission est utilisée pour initier la réaction de fusion de l'hydrogène. On suppose que l’énergie libérée par les étoiles, y compris notre Soleil, est formée à la suite de réactions de fusion nucléaire similaires aux réactions mentionnées ci-dessus. En fonction de l'âge et de la température de l'étoile, des noyaux de carbone, d'oxygène et d'azote, ainsi que des isotopes d'hydrogène et d'hélium, peuvent participer à de telles réactions.

Le principal problème lié à la réaction de fusion nucléaire est de développer une technologie capable de maintenir un gaz de particules chargées, un plasma, à des températures de l'ordre de plusieurs millions de degrés pendant une période assez longue afin de libérer la quantité d'énergie requise. alors que le plasma est dans un état isolé. Il existe deux méthodes connues pour contrôler ce processus : la méthode des champs magnétiques et la méthode de confinement des atomes d'hydrogène lourds à l'aide de lasers puissants. Cette méthode est la manière la plus simple de réaliser la fusion nucléaire, qui implique du deutérium et du tritium et qui se produit dans un plasma confiné par des champs magnétiques à des températures supérieures à 100 millions de degrés Celsius. Produits finaux les réactions de fusion sont les ions hélium (He-4) et les neutrons. Environ 80 % de l’énergie libérée lors de la fusion provient des neutrons. Les systèmes de transfert et de conversion de chaleur qui constituent la prochaine étape sont similaires à ceux utilisés dans les réacteurs nucléaires à fission.

Apprendre à produire de l’énergie utile grâce à la réaction de fusion nucléaire est important principalement parce que la fusion thermonucléaire est une source d’énergie pratiquement inépuisable. Le coût du combustible thermonucléaire est faible comparé à celui des combustibles fossiles ; il est disponible partout et son processus d'obtention n'a qu'un faible impact sur l'environnement. De plus, bien que l’énergie thermonucléaire soit également un type d’énergie atomique, elle diffère considérablement de l’énergie atomique ordinaire, libérée lors de la fission de l’uranium, du plutonium et du thorium. Comparé aux réacteurs à fission et aux dangers qu’ils représentent, un réacteur à fusion semble être beaucoup moins dangereux.

Le taux de libération d’énergie résultant de toutes les réactions de fusion nucléaire se produisant chaque seconde est étonnamment faible lorsqu’il est exprimé en calories par gramme de matière. Ce sera plus de 100 fois inférieur à la vitesse à laquelle corps humain libère de la chaleur en une seconde au cours de son métabolisme. Certainement, total La chaleur générée par le Soleil ne peut être comparée à la chaleur de notre corps en raison de la valeur extrêmement énorme de la masse totale du Soleil. Mais cela soulève la question de savoir comment le Soleil peut être si chaud si le taux de chaleur dégagée par gramme de masse qu'il contient est 100 fois inférieur à celui de notre corps.

Il est généralement admis que la production d’énergie par des réactions de fusion nucléaire devrait entraîner moins de pollution. environnement que d'utiliser une réaction de fission nucléaire. Cependant, il faut tenir compte du fait que Matériaux de construction car les parties internes d'un réacteur à fusion doivent devenir très radioactives et devront souvent être remplacées. Quelle est la cause de ces complications ?

L'abondance d'un élément est liée à la stabilité de son noyau et au déroulement des réactions de fusion nucléaire des éléments. Conformément à cela, il existe des règles approximatives qui déterminent la prévalence d'un élément. Il a été observé que les éléments de faible masse atomique sont plus abondants que les éléments lourds. Plus loin, masses atomiques les éléments les plus courants sont exprimés en nombres multiples de quatre ; Les éléments avec des nombres ordinaux pairs sont plusieurs fois plus courants que leurs éléments impairs adjacents.

Des perspectives véritablement immenses de développement de la base énergétique de la production promettent à la société la maîtrise d'une réaction de fusion nucléaire contrôlée. Résoudre le problème du contrôle des réactions thermonucléaires est à l’ordre du jour de la science soviétique. Ses tâches incluent la découverte de moyens de convertir directement l'énergie thermique, nucléaire, solaire et chimique en énergie électrique.

Si les protons parviennent à s'approcher des distances z r0, alors une réaction de fusion nucléaire se produit, les nucléons forment un système lié - le noyau d'un atome de deutérium. L'état lié correspond au modèle d'une particule dans un puits de potentiel. Mais une telle convergence de particules est empêchée par une barrière potentielle. Pour déterminer la possibilité d'une réaction, il est nécessaire de résoudre le problème du passage de particules à travers une barrière à différentes énergies.

Le lithium est une source d’isotope lourd de l’hydrogène, le tritium, utilisé dans les réactions de fusion nucléaire.

Fusion thermonucléaire (fusion thermonucléaire, fusion thermonucléaire contrôlée, fusion contrôlée) - une méthode ancienne, mais toujours valable, pour réduire le budget à l'échelle mondiale, capable de produire comme sous-produit une source de centaines d'énergie, des vaisseaux spatiaux et d'autres choses casher.

Le prototype fonctionnel de la machine miracle se présente clairement sous la forme du Soleil tournant au-dessus de la surface du disque terrestre. Certes, on ne peut pas faire exactement la même chose : pour que l’hydrogène puisse produire une réaction thermonucléaire à lui seul, sans kit carrosserie, il en faut beaucoup. Non, BEAUCOUP. 80 masses de Jupiter ou plus. Mais nous y travaillons.

Plasma thermonucléaire.

L'Essence™

En bref sur l'essentiel. Il y a longtemps, Einstein a étendu E=mc², désormais connu même des enfants, à tous les objets (y compris ceux se déplaçant à une vitesse proche de la lumière, sans aucun éther ni électrodynamique). Dans le même temps, les scientifiques ont compris que ce n'est pas pour rien que deux noyaux d'un atome de deutérium ²H (c'est un isotope lourd de l'hydrogène) pèsent un peu plus qu'un noyau d'hélium-4 4 He. De plus, lors de la synthèse de ce même hélium à partir de l'hydrogène, l'énergie de liaison Δm×c², où Δm est le défaut de masse, s'envole allègrement sous forme d'énergie cinétique des produits de synthèse.

En principe, il existe en réalité un peu plus qu’une multitude d’options de synthèse. Vous pouvez utiliser du deutérium, du lithium et du tritium – peu importe ! Juste ça:

1. pour la synthèse des éléments plus lourds dont vous avez besoin Ô température plus élevée;
2. Lors de la synthèse d'éléments plus lourds que le fer, moins d'énergie est libérée que lors de la synthèse du fer.

La recherche sur la fusion est en grande partie une science expérimentale. Ce n’est pas Perelman, on ne peut rien faire de significatif avec trois kopecks d’argent. Vous avez besoin d'un équipement complexe et coûteux et d'une bande de nerds noirs qui entretiendront cet équipement. Tout cela demande beaucoup d’argent. Et curieusement, ils se démarquent toujours. Et lorsqu’un gouvernement alloue de l’argent à quelque chose, cela va inévitablement non seulement aux aspects qui sont vraiment importants, mais aussi à ceux qui font l’objet d’une meilleure publicité. Même ceux organisations scientifiques ceux qui veulent vraiment faire quelque chose d'utile sont souvent obligés de faire quelque chose de plus « à la mode » que de vraiment important, sinon ils ne recevront pas d'argent.

Pour être honnête, il convient de noter que les coûts de la fusion ne semblent énormes que si on les compare à toutes sortes de nanotechnologies et autres joies des scieries.

Pourquoi est-ce même nécessaire ?

Comme vous le savez, le pétrole, le charbon et le gaz ne dureront pas très longtemps. Et les écologistes sont également mécontents. Il semble y avoir suffisamment d’uranium et de thorium, mais les gens ont peur de quelque chose. Et on ne sait pas où mettre autant de déchets radioactifs.

À l'avenir, la fusion thermonucléaire permettra d'obtenir de l'énergie littéralement à partir de l'eau, et les déchets de son fonctionnement ne seront que de l'hydrogène et de l'hélium ordinaires et inoffensifs. Il y aura du tritium radioactif à l’intérieur du réacteur, mais ce sera des centaines de grammes, contre des centaines de tonnes de combustible à moitié usé dans les réacteurs nucléaires conventionnels, donc rien de comparable à Tchernobyl ne pourra se produire même si le réacteur à fusion explose. Mais son explosion n’est possible qu’en cas d’attentat terroriste, car la réaction ne peut en principe pas se développer spontanément.

Aussi, en théorie, moteurs de fusée, basés sur le sujet, sont capables de produire une impulsion plus grande que les impulsions plasmatiques, électriques et toutes sortes d'impulsions nucléaires. Cela permet d'obtenir un tracteur adapté à une utilisation à l'échelle planétaire et même interstellaire à une vitesse de 10 % de la vitesse de la lumière. Dans le second cas, cependant, les vols seront sans pilote. Mais vous pouvez atteindre l’étoile la plus proche en 50 ans.

Pourquoi ça ne marche pas ?

Pour qu’une réaction de fusion se produise, deux noyaux doivent être très proches l’un de l’autre. quartiers rapprochés. Mais les noyaux ont une charge positive et se repoussent donc. Pour les rapprocher les uns des autres, il faut les accélérer à des vitesses énormes. L'une des principales options pour un tel overclocking est le chauffage à haute température. Les calculs montrent qu'une température d'environ 10^9 Kelvin est nécessaire. Mais en raison de ce qu'on appelle la « queue maxwellienne », la synthèse est déjà déclenchée à 10^7. En général, cela peut s'expliquer comme suit : à une température donnée, les particules de gaz se déplacent avec divers vitesses déterminées (dans la région pré-relativiste) par la distribution de Maxwell. Par conséquent, déjà à une température de 10^7K, il y aura des particules dont les vitesses sont suffisantes pour surmonter la répulsion coulombienne et fusionner deux noyaux en un seul. Mais à de telles températures, la substance devient plasma et émet de l'énergie très intensément, c'est-à-dire qu'elle se refroidit rapidement.

Farnsworth Fuseur

Si vous voulez vraiment réaliser une fusion thermonucléaire et que vous n’avez pas besoin d’énergie, alors construire un méga-réacteur n’est pas du tout nécessaire. Un sujet suffit : un petit appareil qui vous permet de déclencher librement une réaction thermonucléaire sur votre bureau. Le seul point négatif est que le fusor Farnsworth ne génère pas d'énergie, mais au contraire, il mange beaucoup. Dans les années 2000, aux États-Unis, ils ont essayé de créer une version améliorée du fusor, appelée « Polywell », dans l'espoir qu'il fonctionnerait au moins quelque chose. Ça n'a pas marché, ça n'a pas marché - il a juste commencé à consommer un peu moins.

Fusion froide et tout ça

Un rassemblement épique de charlatans. De plus, alors que certains d’entre eux ne proposent que leurs propres « solutions » prometteuses, d’autres proposent même des solutions toutes faites implémentées « matériellement ».

Parmi toutes ces nombreuses absurdités, des développements normaux se produisent parfois. En particulier, la catalyse des muons, l'utilisation de faisceaux en collision d'ions rapides deutérium et tritium, etc. Mais tous sont encore extrêmement loin d'obtenir de l'énergie utile et ne peuvent en pratique être (et sont) utilisés que comme sources de neutrons rapides.

Réacteur à fusion hybride

On sait que dans bombes thermonucléaires utilisent souvent une coquille d'uranium appauvri pour augmenter considérablement la puissance de l'explosion : les neutrons Réactions DT ont une énergie si élevée qu’ils provoquent la fission même des isotopes lourds « non fissiles ». Bien sûr, l’idée est rapidement venue d’appliquer le même principe aux réacteurs pacifiques.

Pourquoi est-ce bon ?

• Vous pouvez commencer à créer une centrale électrique hybride dès demain, car l'utilisation d'uranium appauvri augmentera la libération d'énergie de 5 à 10 fois ;
• Des milliers de tonnes d'uranium appauvri seront enfin trouvées application utile(pour l'instant, ils sont bêtement tirés depuis des canons de char sous la forme de blancs ordinaires, dans un blindage de char) ;
• Dans les flux intenses de neutrons rapides, de nombreux isotopes à vie longue sont convertis en isotopes à vie courte, ce qui permet de recycler les déchets des réacteurs nucléaires conventionnels ;
• Dans de tels réacteurs, il est possible de produire beaucoup d'uranium 238 et de plutonium 239 propres et bon marché pour les bombes atomiques (il convient de noter que la même chose se produit dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides. Et ce même 239 Pu sera très probablement utilisé comme combustible dans les réacteurs , puisque les réacteurs BN sont capables de le fabriquer à partir d'uranium 238 inutile en quantités énormes (plus précisément, avec un coefficient de rendement de 1,4-1,5)).

• Un tel réacteur contient des centaines de tonnes de substances radioactives, ce qui signifie que vous pouvez vous attendre à une mer de lulz. Bien qu'ici, contrairement aux réacteurs à fission, ils ne puissent être obtenus que sous une puissante influence extérieure, le développement incontrôlé de la réaction est ici impossible ;
• Dans un tel réacteur, les déchets radioactifs sont non seulement traités, mais également produits, qui doivent être éliminés quelque part (cependant, ils sont pour la plupart de courte durée, contrairement aux réacteurs à fission).

ITER

Aube sur le grand chantier du thermonucléarisme.

Le plus grand sur ce moment unité. Tapez - tokamak. Construit dans le sud de la France. Le nom signifiait à l'origine « Réacteur expérimental thermonucléaire international » (« Réacteur expérimental thermonucléaire international »), mais maintenant ils préfèrent ne pas le déchiffrer du tout - ils disent que le mot « thermonucléaire » a de mauvaises associations pour certains. Cependant, nous avons déjà reçu un certificat de sécurité, voire plus d'un. Début 2014, un fan a commencé à collecter des votes pour la production d'un modèle LEGO. Un morceau relativement petit nécessite environ cinq cents briques.

avantages

• Doit fournir un rendement énergétique décuplé pendant une courte période de temps. C'est à peu près ce dont une véritable centrale électrique a besoin - mais bien sûr en permanence.
• Possède son propre site Internet. Il est mis à jour régulièrement, afin que chacun puisse régulièrement se réjouir des réussites de l'humanité.
• Le site dispose d'un lien vers une webcam située à côté du chantier de construction, afin que chacun puisse être convaincu (sauf dans les cas où elle est transférée à la vue de l'autre côté) qu'il y travaille réellement et qu'il ne scie pas. Ou peut-être qu'ils ont commencé à couper - pour une raison quelconque, ils se limitent depuis assez longtemps à des photos relativement régulières.

Lulz

Les physiciens théoriciens chient encore des briques et Murphy assemble un modèle à partir des installations en mode H avec confinement magnétique. Ainsi, lorsqu'une certaine puissance de chauffage supplémentaire du plasma est atteinte dans les tokamaks (et plus tard cela a été atteint dans les stellarateurs), le transfert, et donc la perte d'énergie dans le plasma, ralentit fortement. Imaginez : vous avez passé beaucoup de temps à tout développer, à faire des calculs, à construire un tokamak, et du coup ça marche deux fois mieux que prévu !

Les théoriciens ont proposé un tas d'hypothèses sur la manière d'expliquer l'apparition du mode H et l'écart complet entre les formules expérimentales et les formules théoriques classiques, même en termes de signe de la dérivée, mais il n'existe toujours pas de modèle unique et clair. . Les expérimentateurs ont simplement compris comment cela fonctionne et ont commencé à ressembler à des chamans tout autant qu'aux administrateurs : ils ne peuvent tout simplement pas expliquer comment cela fonctionne, mais cela fonctionne toujours.

Ceux qui aiment chercher un sens plus profond et les croyants peuvent croire qu’il s’agit d’un signe de D.ieu indiquant que nous avançons dans la bonne direction ou d’une manne moderne venant du ciel venant de Lui.

Cela permet également aux optimistes de compter sur la découverte d'un certain mode UH dans le futur et sur l'émergence de centrales thermonucléaires beaucoup plus rapides que les prévisions actuelles. Eh bien, ou pour les pessimistes, attendez-vous à l'apparition d'une sorte de mode inverse, ce qui rendra la situation encore pire qu'elle ne l'était avant la découverte du mode H. Et de la nourriture pour les théoriciens, bien sûr – le cas relativiste se heurtait étroitement à celui quantique, et que faut-il d’autre pour la théorie des cordes ? Ils ont des trous noirs, maintenant ils ont aussi le boson de Higgs, et puis il y a le mode H.

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Remarques

Des projets innovants utilisant des supraconducteurs modernes permettront bientôt de mettre en œuvre une fusion thermonucléaire contrôlée, comme le prétendent certains optimistes. Les experts prédisent cependant que utilisation pratique prendra plusieurs décennies.

Pourquoi est-ce si difficile?

L’énergie de fusion est considérée comme une source potentielle : c’est de l’énergie atomique pure. Mais qu’est-ce que c’est et pourquoi est-ce si difficile à réaliser ? Tout d’abord, vous devez comprendre la différence entre la fusion classique et thermonucléaire.

La fission atomique est l'endroit où les isotopes radioactifs - l'uranium ou le plutonium - sont divisés et convertis en d'autres isotopes hautement radioactifs, qui doivent ensuite être éliminés ou recyclés.

La fusion consiste en la fusion de deux isotopes de l'hydrogène - le deutérium et le tritium - en un seul tout, formant de l'hélium non toxique et un seul neutron, sans produire de déchets radioactifs.

Problème de contrôle

Les réactions qui se produisent au soleil ou dans Bombe à hydrogène, - il s'agit de la fusion thermonucléaire, et les ingénieurs sont confrontés à une tâche énorme : comment contrôler ce processus dans une centrale électrique ?

C’est un sujet sur lequel les scientifiques travaillent depuis les années 1960. Un autre réacteur expérimental à fusion thermonucléaire appelé Wendelstein 7-X est entré en service dans la ville de Greifswald, dans le nord de l'Allemagne. Il n'est pas encore prévu de créer une réaction - c'est juste une conception spéciale qui est testée (un stellarateur au lieu d'un tokamak).

Plasma à haute énergie

Toutes les installations thermonucléaires ont une caractéristique commune : une forme en forme d'anneau. Il est basé sur l'idée d'utiliser de puissants électro-aimants pour créer un fort champ électromagnétique en forme de tore - une chambre à air de vélo gonflée.

Ce champ électromagnétique doit être si dense que lorsqu'il est chauffé dans four micro-ondeÀ un million de degrés Celsius, le plasma devrait apparaître au centre même de l'anneau. Il est ensuite allumé pour que la fusion nucléaire puisse commencer.

Démonstration de capacités

Deux expériences similaires sont actuellement en cours en Europe. L'un d'eux est le Wendelstein 7-X, qui a récemment généré son premier plasma d'hélium. L’autre est ITER, une immense installation expérimentale de fusion dans le sud de la France, encore en construction et prête à démarrer en 2023.

On suppose que de véritables réactions nucléaires se produiront sur ITER, mais seulement pendant une courte période et certainement pas plus de 60 minutes. Ce réacteur n’est qu’une des nombreuses étapes vers la réalisation de la fusion nucléaire.

Réacteur à fusion : plus petit et plus puissant

Récemment, plusieurs concepteurs ont annoncé une nouvelle conception de réacteur. Selon un groupe d'étudiants du Massachusetts Institute of Technology, ainsi que des représentants du fabricant d'armes Lockheed Martin, la fusion nucléaire peut être réalisée dans des installations beaucoup plus puissantes et plus petites qu'ITER, et ils sont prêts à le faire d'ici dix années.

Idée nouveau design consiste à utiliser des supraconducteurs modernes à haute température dans des électro-aimants, qui présentent leurs propriétés lorsqu'ils sont refroidis à l'azote liquide, plutôt que des supraconducteurs conventionnels, qui nécessitent une nouvelle technologie plus flexible qui modifiera complètement la conception du réacteur.

Klaus Hesch, responsable de la technologie à l'Institut technologique de Karlsruhe, dans le sud-ouest de l'Allemagne, est sceptique. Il soutient l’utilisation de nouveaux supraconducteurs à haute température pour les nouvelles conceptions de réacteurs. Mais, selon lui, développer quelque chose sur ordinateur en tenant compte des lois de la physique ne suffit pas. Il est nécessaire de prendre en compte les défis qui se posent lors de la mise en pratique d’une idée.

la science-fiction

Selon Hesch, le modèle des étudiants du MIT montre uniquement la faisabilité du projet. Mais en fait, il contient beaucoup de science-fiction. Le projet suppose que les graves problèmes techniques de la fusion nucléaire ont été résolus. Mais science moderne n'a aucune idée de comment les résoudre.

L’un de ces problèmes est l’idée des bobines pliables. Dans la conception du MIT, les électroaimants peuvent être démontés pour pénétrer à l’intérieur de l’anneau qui contient le plasma.

Cela serait très utile car il serait possible d'accéder et de remplacer des objets dans le système interne. Mais en réalité, les supraconducteurs sont constitués d’un matériau céramique. Des centaines d’entre eux doivent être entrelacés de manière sophistiquée pour former le champ magnétique correct. Et voici une difficulté plus fondamentale : les connexions entre eux ne sont pas aussi simples que les connexions entre câbles de cuivre. Personne n’a même pensé à des concepts qui pourraient aider à résoudre de tels problèmes.

Trop chaud

Les températures élevées constituent également un problème. Au cœur du plasma de fusion, la température atteindra environ 150 millions de degrés Celsius. Cette chaleur extrême reste en place, en plein centre du gaz ionisé. Mais même autour, il fait encore très chaud - de 500 à 700 degrés dans la zone du réacteur, qui est la couche interne du tube métallique dans laquelle sera « reproduit » le tritium nécessaire à la fusion nucléaire.

Il y a un problème encore plus important : celui de la puissance de sortie. Il s’agit de la partie du système dans laquelle le combustible irradié, principalement l’hélium, provient du processus de synthèse. Les premiers composants métalliques dans lesquels pénètrent les gaz chauds sont appelés « déviateur ». Il peut chauffer jusqu'à plus de 2000 °C.

Problème de déviateur

Pour aider l'appareil à résister à de telles températures, les ingénieurs tentent d'utiliser le tungstène métallique utilisé dans les ampoules à incandescence à l'ancienne. Le point de fusion du tungstène est d’environ 3 000 degrés. Mais il existe d'autres restrictions.

Cela est possible dans ITER car le chauffage n’est pas constant. Le réacteur ne devrait fonctionner que 1 à 3 % du temps. Mais ce n’est pas une option pour une centrale électrique qui doit fonctionner 24h/24 et 7j/7. Et si quelqu’un prétend être capable de construire un réacteur plus petit et de même puissance qu’ITER, on peut affirmer sans se tromper qu’il n’a pas de solution au problème du divertor.

Centrale électrique après quelques décennies

Néanmoins, les scientifiques sont optimistes quant au développement des réacteurs thermonucléaires, même s’il ne sera pas aussi rapide que le prédisent certains passionnés.

ITER devrait montrer que la fusion contrôlée peut en réalité produire plus d’énergie que ce qui serait dépensé pour chauffer le plasma. La prochaine étape consistera à construire une toute nouvelle centrale de démonstration hybride qui produira réellement de l’électricité.

Les ingénieurs travaillent déjà sur sa conception. Ils devront tirer les leçons d’ITER, dont le lancement est prévu en 2023. Compte tenu du temps nécessaire à la conception, à la planification et à la construction, il semble peu probable que la première centrale à fusion soit mise en service bien avant le milieu du XXIe siècle.

Fusion froide Russie

En 2014, un test indépendant du réacteur E-Cat a conclu que l'appareil produisait en moyenne 2 800 watts de puissance sur une période de 32 jours tout en consommant 900 watts. C’est plus que ce que n’importe quelle réaction chimique peut libérer. Le résultat parle soit d’une percée dans la fusion thermonucléaire, soit d’une pure fraude. Le rapport a déçu les sceptiques, qui se demandent si l'examen était véritablement indépendant et suggèrent une possible falsification des résultats des tests. D'autres ont entrepris de découvrir les « ingrédients secrets » qui permettent la fusion de Rossi afin de reproduire la technologie.

Rossi est-il un imposteur ?

Andréa est impressionnante. Il publie des proclamations au monde dans un anglais unique dans la section commentaires de son site Web, prétendument appelé Journal of Nuclear Physics. Mais son précédent tentatives infructueuses comprenait un projet italien de valorisation des déchets et un générateur thermoélectrique. Petroldragon, un projet de valorisation énergétique des déchets, a échoué en partie parce que les déversements illégaux de déchets sont contrôlés par les autorités italiennes. crime organisé, qui a porté plainte contre lui pour violation des règles de gestion des déchets. Il a également créé un dispositif thermoélectrique pour le Corps of Engineers. forces terrestresÉtats-Unis, mais lors des tests, le gadget n'a produit qu'une partie de la puissance déclarée.

Beaucoup ne font pas confiance à Rossi, et le rédacteur en chef du New Energy Times l'a directement qualifié de criminel avec derrière lui une série de projets énergétiques infructueux.

Vérification indépendante

Rossi a signé un contrat avec la société américaine Industrial Heat pour mener un test secret d'une durée d'un an sur une usine de fusion froide de 1 MW. L’appareil était un conteneur d’expédition rempli de dizaines d’E-Cats. L'expérience devait être surveillée par un tiers qui pourrait confirmer que de la chaleur était effectivement générée. Rossi affirme avoir passé une grande partie de l'année écoulée à vivre essentiellement dans un conteneur et à observer les opérations plus de 16 heures par jour pour prouver la viabilité commerciale de l'E-Cat.

Le test s'est terminé en mars. Les partisans de Rossi attendaient avec impatience le rapport des observateurs, espérant l'acquittement de leur héros. Mais ils ont fini par obtenir un procès.

Procès

Dans son dossier déposé auprès du tribunal de Floride, Rossi affirme que le test a été réussi et qu'un arbitre indépendant a confirmé que le réacteur E-Cat produisait six fois plus d'énergie qu'il n'en consommait. Il a également affirmé qu'Industrial Heat avait accepté de lui verser 100 millions de dollars américains - 11,5 millions de dollars américains d'avance après un essai de 24 heures (apparemment pour des droits de licence afin que l'entreprise puisse vendre la technologie aux États-Unis) et 89 millions de dollars supplémentaires après la réussite d'un essai prolongé dans les 350 jours. Rossi a accusé IH d'avoir mené un « stratagème frauduleux » pour lui voler son propriété intellectuelle. Il a également accusé l'entreprise d'avoir détourné des réacteurs E-Cat, copiant illégalement technologies innovantes et produits, fonctionnalités et conceptions et tenter de manière inappropriée d'obtenir un brevet sur sa propriété intellectuelle.

Mine d'or

Ailleurs, Rossi affirme que lors d'une de ses manifestations, IH a reçu 50 à 60 millions de dollars d'investisseurs et 200 millions de dollars supplémentaires de la Chine après une reconstitution impliquant de hauts responsables chinois. Si cela est vrai, l’enjeu dépasse largement les cent millions de dollars. Industrial Heat a rejeté ces affirmations comme étant sans fondement et entend se défendre vigoureusement. Plus important encore, elle affirme avoir « travaillé pendant plus de trois ans pour confirmer les résultats que Rossi aurait obtenus avec sa technologie E-Cat, sans succès ».

IH ne croit pas que l'E-Cat fonctionnera, et le New Energy Times ne voit aucune raison d'en douter. En juin 2011, un représentant de la publication s'est rendu en Italie, a interviewé Rossi et filmé une démonstration de son E-Cat. Un jour plus tard, il a fait part de sérieuses inquiétudes quant à la manière dont la puissance thermique était mesurée. Six jours plus tard, le journaliste publiait sa vidéo sur YouTube. Des experts du monde entier lui ont envoyé des analyses publiées en juillet. Il est devenu clair qu'il s'agissait d'un canular.

Confirmation expérimentale

Cependant, un certain nombre de chercheurs - Alexander Parkhomov de l'Université russe de l'amitié des peuples et du Martin Fleischmann Memorial Project (MFPM) - ont réussi à reproduire la fusion froide de Rossi. Le rapport du MFPM était intitulé « La fin de l’ère du carbone est proche ». La raison de cette admiration était une découverte qui ne peut s'expliquer que par une réaction thermonucléaire. Selon les chercheurs, Rossi a exactement ce qu'il dit.

Viable recette ouverte la fusion froide peut provoquer une « ruée vers l’or » énergétique. Des méthodes alternatives pourraient être trouvées pour contourner les brevets de Rossi et le tenir à l’écart du secteur énergétique multimilliardaire.

Alors peut-être que Rossi préférerait éviter cette confirmation.