Tokamak - Définition et Explications

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Prototypes

Maquette de ITER
KSTAR, en construction à Daejeon (Corée du Sud)

Il existe actuellement plusieurs prototypes de tokamak :

  • International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER (originellement en anglais : International Thermonuclear Experimental Reactor ou en...) (ITER), qui est en cours de construction à Cadarache (Le centre de Cadarache est un centre de recherche nucléaire français situé dans les...)
  • KSTAR (Korean Superconducting Tokamak (Un tokamak est une chambre de confinement magnétique destinée à contrôler un...) Advanced Research) à Daejeon
  • Joint European Torus (Le JET (acronyme de l'anglais Joint European Torus, littéralement Tore commun européen) est le...) (JET), basé à Culham au Royaume-Uni ;
  • Tore Supra (Tore Supra est le seul tokamak français en activité après l'arrêt du TFR (Tokamak de...), basé à Cadarache en France ;
  • JT-60 (Le JT60 (JAERI - Japan Atomic Energy Research Institute - Tokamak 60) est un tokamak installé au...) ou JAERI - Japan Atomic Energy Research Institute - Tokamak 60, au Japon ( Naka )
  • Asdex et son amélioration Asdex-Upgrade, conçu en Allemagne dans les années 1980
  • Doublet et son amélioration DIII-D, conçu aux Etats-Unis dans les années 1980

Premiers prototypes :

  • Tokamak T3, conçu en Union soviétique dans les années 1960
  • T 10, conçu en Union soviétique dans les années 1970 (toujours en exploitation)
  • TFR (Tokamak de Fontenay-aux-Roses), conçu en France dans les années 1970
  • PLT, conçu aux États-Unis dans les années 1970
  • TFTR, conçu aux États-Unis dans les années 1980, aujourd'hui fermé

Il existe de nombreuses autres expériences, chacune avec ses spécificités :

  • MAST et Compass D en Angleterre (L’Angleterre (England en anglais) est l'une des quatre nations constitutives du Royaume-Uni....)
  • Castor en Tchécoslovaquie
  • FTU en Italie
  • Tokamak à configuration variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...), ou TCV, basé à l'École polytechnique fédérale de Lausanne en Suisse
  • Alcator CMod aux États-Unis
  • TdeV au Canada, aujourd'hui fermé

D'autres pistes d'étude de production d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) à partir de la fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état...) sont étudiées :

  • La fusion par confinement inertiel avec le laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) Mégajoule

Difficultés

Cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) reste encore au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe...) de la recherche :

  • La physique des plasmas (La physique des plasmas est la branche de la physique qui étudie les propriétés, la...) n'est pas encore bien maîtrisée, il est notamment très difficile de modéliser le comportement d'un plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées...) dans un confinement magnétique.
  • Les choix et l'utilisation des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) ne sont pas encore définis car les contraintes imposées sont nombreuses (température, résistance aux champs magnétiques, stabilité aux radiations, importante durée de vie (La vie est le nom donné :) ...). Et on ne connaît pour le moment aucun matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) capable de résister longtemps à ces conditions.
  • Le fonctionnement d'un réacteur (Un réacteur peut désigner :) industriel consommerait des quantités importantes de tritium (Le tritium (T ou 3H) est - comme le deutérium - l'un des isotopes de l'hydrogène. Il...) (56 kg par GWth et par an), qui ne peut être produit que par le réacteur lui-même, dans une couverture tritigène arrosée par le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) neutronique. La production d'un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...) de tritium à partir de lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.) consomme un neutron (Le neutron est une particule subatomique de charge électrique totale nulle.), et la fusion ultérieure de cet atome ne produit qu'un seul neutron : le bilan neutronique doit être augmenté par l'ajout de matériaux multiplicateurs de neutrons comme le plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et...) ou le béryllium (Le béryllium est un élément chimique de symbole Be et de numéro atomique 4....).
  • Le tritium pose le problème de sa diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) élevée dans les différents matériaux (fuites). Cela complique d'autant le choix de ces matériaux et la décontamination du tritium.
  • Pour atteindre l'objectif d'une fusion auto-entretenue rentable, il serait nécessaire de confiner une grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de plasma. La rentabilité des plasmas obtenus se lie à la taille des installations. Par exemple, la durée de confinement du plasma utile (fusible) varie avec le carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses...) du grand rayon du plasma traité. Ainsi les coûts de construction et de maintenance de tels dispositifs seront très importants.
  • La radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur...) contamine les matériaux autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) du plasma.
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