Fusion aneutronique - Définition

Introduction

La fusion aneutronique est une réaction de fusion nucléaire au cours de laquelle la proportion d’énergie libérée sous forme de neutrons reste minime, typiquement inférieure au seuil d’1 % de l’énergie totale. Les réactions nucléaires généralement étudiées aujourd’hui peuvent libérer jusqu’à 80% de leur énergie sous forme de neutrons. À l’inverse, à condition qu’elle puisse être maîtrisée, la fusion aneutronique serait à même de réduire considérablement les inconvénients associés au rayonnement neutronique (rayonnements ionisants, activation), le besoin d’écrans de protection ou d’équipements de télémanipulation et les problèmes de sûreté. Certains partisans de la fusion aneutronique imaginent une réduction spectaculaire des coûts grâce à une conversion directe en électricité de l’énergie des produits de fusion porteurs de charge. Cependant, les conditions requises pour déclencher une fusion aneutronique sont beaucoup plus difficiles que celles nécessaires au cycle classique du deutérium-tritium (²D-³T). Si la démonstration scientifique montre que la fusion aneutronique peut être produite de façon continue, sa viabilité économique reste à prouver.

Réactions aneutroniques candidates

Seul un nombre réduit de réactions de fusion se produisent sans émission de neutrons. Voici celles qui présentent la plus grande section efficace:

Les deux premières utilisent le deutérium comme combustible, or certaines réactions secondaires ²D-²D produisent quelques neutrons. Bien que la fraction de l'énergie portée par les neutrons puisse être limitée par le choix des paramètres de la réaction, cette fraction demeurera probablement supérieure au seuil d'1%. Il est donc difficile de considérer ces réactions comme aneutroniques.

Le rendement des deux réactions suivantes (mettant en œuvre p, ³He et ⁶Li) reste faible au sein d'un plasma thermique. Si en revanche on considère leur enchaînement, on peut espérer obtenir une meilleure réactivité, pourvu que la distribution énergétique s'écarte de la statistique de Boltzmann. Le produit ³He, issu de la première réaction, peut participer à la seconde réaction avant thermalisation, et le produit p, issu de la seconde réaction, peut participer à la première réaction avant thermalisation. Hélas, les études détaillées n'ont pu démontrer une amélioration suffisante pour compenser la faible section efficace.

Le problème de la réaction ³He-³He est celui de la disponibilité du combustible. ³He n'étant présent sur Terre qu'à l'état de traces, il serait nécessaire soit de le produire par bombardement neutronique (ce qui est contradictoire avec le but poursuivi), soit de le recueillir dans l'espace. Les premiers mètres de la surface de la Lune sont relativement riches en ³He, de l'ordre de 0,01 millionième en masse, mais extraire cette ressource et l'acheminer sur Terre serait très difficile et coûteux. ³He pourrait en théorie être extrait de l'atmosphère des géantes gazeuses, mais le défi est encore plus grand.

La réaction p⁺-⁷Li ne présente aucun avantage sur la réaction p-¹¹B. Sa section efficace est même inférieure.

Pour toutes ces raisons, les recherches sur la fusion aneutronique s'orientent principalement vers la réaction p-¹¹B.