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thermonucléaire

Essai nucléaire
Essai nucléaire

Se dit de l'énergie libérée par la réaction thermonucléaire.

NUCLÉAIRE

La fusion de deux noyaux légers (par exemple d'hydrogène) est, avec la fission d'un noyau lourd, l'un des deux types de réactions nucléaires qui peuvent être exploitées pour produire de l'énergie. Elle est mise en œuvre dans les bombes à hydrogène (ou bombes H), mais n'a encore donné lieu à aucune application industrielle, bien qu'un important effort de recherche, commencé vers 1950, se poursuive aux États-Unis, au Japon, en Russie, en Europe, etc. Parmi les procédés qui ont été imaginés, seuls semblent avoir quelque chance de succès ceux qui s'inspirent des processus de libération d'énergie dans les étoiles. En effet, pour assurer la fusion de deux noyaux d'atomes, tous deux chargés positivement, il faut surmonter la répulsion électrostatique entre charges de même signe en projetant les noyaux l'un sur l'autre avec une vitesse suffisamment élevée. Cette condition peut être réalisée par une augmentation de la température, qui fait croître l'agitation thermique des noyaux, donc leur énergie cinétique.

C'est la réaction deutérium-tritium que, au moins dans une première étape, on envisage d'utiliser dans les futurs réacteurs nucléaires de fusion :

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Le deutérium est très répandu dans la nature, puisqu'il existe dans l'eau, dont il constitue environ la 7 000e partie. On peut l'extraire par séparation isotopique. Le tritium peut être produit par bombardement neutronique du lithium naturel, abondant dans l'écorce terrestre. On peut donc imaginer qu'un réacteur à fusion dans lequel les neutrons de la réaction D + T seraient utilisés pour produire le tritium nécessaire pourrait fournir de l'énergie en ne consommant que du deutérium et du lithium.

Aux températures qui sont nécessaires pour réaliser la fusion (de l'ordre de 100 millions de degrés Celsius), les atomes sont complètement ionisés. Les charges positives et négatives s'équilibrent sensiblement. On donne à un tel milieu le nom de plasma. Pour que l'énergie libérée par les réactions nucléaires soit supérieure à l'énergie consommée pour échauffer et ioniser les atomes et compenser les pertes, il faut soit obtenir une durée de réaction relativement longue dans un plasma peu dense (fusion lente ou par confinement magnétique), soit réaliser une réaction très brève dans un plasma très dense (fusion rapide ou par confinement inertiel).

Le problème essentiel de la fusion lente est d'obtenir, de chauffer et de contenir (confiner) un plasma suffisamment dense pendant un temps de l'ordre de la seconde. Parmi les machines qui ont été conçues et réalisées pour le résoudre, celles du type tokamak semblent s'être maintenant imposées. Cinq grands appareils de ce type sont en service : JET et Tore supra en Europe, TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor) à Princeton, aux États-Unis, JT-60 au Japon et T-15 en Russie.
La méthode généralement utilisée pour étudier la fusion rapide consiste à irradier de très petites sphères d'un mélange de deutérium et de tritium avec de puissants faisceaux laser concourants. On cherche à obtenir que chaque sphère se comporte comme une bombe à hydrogène en miniature. La réaction de fusion démarre au centre et se propage vers l'extérieur de la sphère. Dans l'avenir, les sources d'énergie utilisées pour réaliser la fusion rapide ne seront plus forcément des lasers, mais éventuellement des accélérateurs de particules chargées, électrons ou ions.