Dans quelles conditions se produit la fusion nucléaire ? Fusion thermonucléaire

Parmi les quatre principales sources d'énergie nucléaire, seules deux ont actuellement été mises en œuvre industriellement : l'énergie désintégration radioactive est utilisé dans les sources de courant, et la réaction de fission en chaîne - dans réacteurs nucléaires. La troisième source d'énergie nucléaire est l'anéantissement particules élémentaires jusqu'à ce qu'il quitte le royaume de la fantaisie. La quatrième source est thermo contrôlée la fusion nucléaire,UTS, est à l'ordre du jour. Bien que cette source soit moins potentielle que la troisième, elle dépasse largement la seconde.

La fusion thermonucléaire en laboratoire est assez simple à réaliser, mais la reproduction énergétique n'a pas encore été réalisée. Cependant, des travaux dans ce sens sont en cours et des techniques radiochimiques sont développées, en premier lieu des technologies de production de combustible au tritium pour les installations CTS.

Ce chapitre examine certains aspects radiochimiques de la fusion thermonucléaire et discute des perspectives d'utilisation d'installations de fusion contrôlée dans l'énergie nucléaire.

Fusion thermonucléaire contrôlée- la réaction de fusion de noyaux atomiques légers en noyaux plus lourds, se produisant à des températures ultra-élevées et accompagnée de la libération d'énormes quantités d'énergie. Contrairement à la fusion thermonucléaire explosive (utilisée dans une bombe à hydrogène), elle est contrôlée. Dans les principales réactions nucléaires qu'il est prévu d'utiliser pour mettre en œuvre la fusion thermonucléaire contrôlée, on utilisera -H et 3 H, et à plus long terme, 3 He et « B ».

Les espoirs d'une fusion thermonucléaire contrôlée sont associés à deux circonstances : i) on pense que les étoiles existent en raison d'une réaction thermonucléaire stationnaire, et 2) le processus thermonucléaire incontrôlé pourrait être tout simplement réalisé par l'explosion d'une bombe à hydrogène. Il ne semble y avoir aucun obstacle fondamental au maintien d’une réaction de fusion nucléaire contrôlée. Cependant, des tentatives intensives pour mettre en œuvre le CTS dans des conditions de laboratoire avec des gains d'énergie se sont soldées par un échec complet.

Cependant, la CVT est désormais considérée comme une solution technologique importante visant à remplacer les combustibles fossiles dans la production d’énergie. La demande mondiale d’énergie, qui nécessite une augmentation de la production d’électricité et l’épuisement des matières premières non renouvelables, stimule la recherche de nouvelles solutions.

Les réacteurs thermonucléaires utilisent l'énergie libérée par la fusion de noyaux atomiques légers. Napoiméo :

La réaction de fusion des noyaux de tritium et de deutérium est prometteuse pour la fusion thermonucléaire contrôlée, car sa section efficace est assez grande même à basse énergie. Cette réaction fournit un pouvoir calorifique spécifique de 3,5 à 11 J/g. La réaction principale D+T=n+a a la plus grande section efficace oh ah=5 grange en résonance à l'énergie du deuton E pShx= 0,108 MeV, par rapport aux réactions D+D=n+3He a,„ a *=0,i05 barn ; Emax = 1,9 MeV, D+D=p+T à propos de tah = 0,09 grange ; Emax = 2,0 MeV, ainsi qu'avec la réaction 3He+D=p+a a m ax=0,7 barn ; Éotah= 0,4 MeV. La dernière réaction libère 18,4 MeV. Dans la réaction (3) la somme des énergies p+aégale à 17,6 MeV, l'énergie des neutrons résultants ?„=14,1 MeV ; et l'énergie des particules alpha résultantes est de 3,5 MeV. Si dans les réactions T(d,n)a et :) He(d,p)a les résonances sont assez étroites, alors dans les réactions D(d,n)3He et D(d,p)T il y a des résonances très larges résonances avec grandes valeurs sections efficaces dans la région de 1 à 10 MeV et croissance linéaire de 0,1 MeV à 1 MeV.

Commentaire. Les problèmes liés au combustible DT facile à allumer sont que le tritium n'est pas présent naturellement et doit être produit à partir du lithium dans le surgénérateur du réacteur à fusion ; le tritium est radioactif (Ti/ 2 =12,6 ans), le système réacteur DT contient de 10 à 10 kg de tritium ; 80 % de l'énergie de la réaction DT est libérée avec des neutrons de 14 MeV, qui induisent une radioactivité artificielle dans les structures du réacteur et provoquent des dommages causés par les radiations.

En figue. La figure 1 montre les dépendances énergétiques des sections efficaces de réaction (1 - h). Les graphiques des sections efficaces des réactions (1) et (2) sont pratiquement les mêmes - à mesure que l'énergie augmente, la section efficace augmente et à hautes énergies, la probabilité de réaction tend vers une valeur constante. La section efficace de la réaction (3) augmente d'abord, atteint un maximum de 10 barns à des énergies de l'ordre de 90 MeV, puis diminue avec l'augmentation de l'énergie.

Riz. 1. Coupes efficaces de certaines réactions thermonucléaires en fonction de l'énergie des particules dans le système de centre de masse : 1 - réaction nucléaire (3) ; 2 - réactions (1) et (2).

En raison de la grande section efficace de diffusion lors du bombardement de noyaux de tritium avec des deutons accélérés, le bilan énergétique du processus de fusion thermonucléaire dans la réaction D - T peut être négatif, car Plus d’énergie est dépensée pour accélérer les deutons que n’en libère lors de la fusion. Un bilan énergétique positif est possible si les particules bombardantes, après une collision élastique, sont capables de participer à nouveau à la réaction. Pour vaincre la répulsion électrique, les noyaux doivent avoir une grande énergie cinétique. Ces conditions peuvent être créées dans un plasma à haute température, dans lequel les atomes ou les molécules sont dans un état entièrement ionisé. Par exemple, la réaction D-T ne commence à se produire qu'à des températures supérieures à 100 8 K. Ce n'est qu'à de telles températures que l'énergie libérée par unité de volume et par unité de temps est supérieure à celle dépensée. Puisqu'une réaction de fusion D-T représente environ 105 collisions nucléaires ordinaires, Le problème CTS consiste à résoudre deux problèmes : chauffer une substance pour températures requises et le maintenir pendant un temps suffisant pour « brûler » une partie notable du combustible thermonucléaire.

On pense qu'une fusion thermonucléaire contrôlée peut être réalisée si le critère de Lawson est rempli (m>10'4 s cm-3, où P- densité du plasma à haute température, t - temps de sa rétention dans le système).

Lorsque ce critère est rempli, l'énergie libérée lors du CTS dépasse l'énergie introduite dans le système.

Le plasma doit être maintenu dans un volume donné, car dans l'espace libre, le plasma se dilate instantanément. En raison de hautes températures le plasma ne peut pas être placé dans un réservoir à partir d'un

matériel. Pour contenir le plasma, il est nécessaire d’utiliser un champ magnétique de haute intensité, créé à l’aide d’aimants supraconducteurs.

Riz. 2. Diagramme schématique tokamak.

Si vous ne vous fixez pas pour objectif d'obtenir un gain d'énergie, alors dans des conditions de laboratoire, il est assez simple de mettre en œuvre le CTS. Pour ce faire, il suffit de descendre une ampoule de deutéride de lithium dans le canal de tout réacteur lent fonctionnant sur la réaction de fission de l'uranium (on peut utiliser du lithium de composition isotopique naturelle (7% 6 Li), mais c'est mieux si il est enrichi de l'isotope stable 6 Li). Sous l'influence des neutrons thermiques, la réaction nucléaire suivante se produit :

À la suite de cette réaction, des atomes de tritium « chauds » apparaissent. L'énergie de l'atome de recul du tritium (~ 3 MeV) est suffisante pour que l'interaction du tritium avec le deutérium présent dans le LiD se produise :

Cette méthode n'est pas adaptée à des fins énergétiques : les coûts énergétiques du processus dépassent l'énergie libérée. Par conséquent, nous devons rechercher d’autres options pour mettre en œuvre le CTS, options qui apportent un gain d’énergie important.

Ils tentent de mettre en œuvre des CTS avec gain d'énergie soit en quasi-stationnaire (t>1 s, tg>tu vois "Oh, ou dans les systèmes pulsés (t*io -8 s, n>u 22 cm*l). Dans le premier (tokamak, stellarator, piège à miroir, etc.), le confinement du plasma et l'isolation thermique sont réalisés dans des champs magnétiques de configurations diverses. Dans les systèmes pulsés, le plasma est créé en irradiant une cible solide (des grains d'un mélange de deutérium et de tritium) avec le rayonnement focalisé d'un laser puissant ou de faisceaux d'électrons : lorsqu'un faisceau de petites cibles solides atteint le foyer, une série successive de microexplosions thermonucléaires se produit.

Parmi les différentes chambres de confinement du plasma, une chambre de configuration toroïdale est prometteuse. Dans ce cas, le plasma est créé à l’intérieur d’une chambre toroïdale à l’aide d’une décharge annulaire sans électrode. Dans un tokamak, le courant induit dans le plasma est comme l'enroulement secondaire d'un transformateur. Le champ magnétique qui retient le plasma est créé à la fois par le courant circulant dans l'enroulement autour de la chambre et par le courant induit dans le plasma. Pour obtenir un plasma stable, un champ magnétique longitudinal externe est utilisé.

Un réacteur thermonucléaire est un dispositif permettant de produire de l'énergie par des réactions de fusion de noyaux atomiques légers se produisant dans un plasma à très haute température (> 10 8 K). La principale exigence à laquelle doit satisfaire un réacteur à fusion est que l'énergie libérée ainsi

les réactions thermonucléaires ont plus que compensé les coûts énergétiques provenant de sources externes pour maintenir la réaction.

Riz. h. Principaux composants d'un réacteur de fusion thermonucléaire contrôlée.

Un réacteur thermonucléaire de type TO-CAMAC (Chambre Toroïdale à Bobines Magnétiques) est constitué d'une chambre à vide qui forme un canal où circule le plasma, d'aimants qui créent un champ et de systèmes de chauffage du plasma. À cela sont attachés des pompes à vide qui pompent constamment les gaz hors du canal, un système d'alimentation en carburant lorsqu'il brûle et un inverseur - un système à travers lequel l'énergie obtenue à la suite d'une réaction thermonucléaire est éliminée du réacteur. Le plasma toroïdal se trouve dans une coque sous vide. a-Les particules formées dans le plasma à la suite d'une fusion thermonucléaire et situées dans celui-ci augmentent sa température. Les neutrons pénètrent à travers la paroi de l'enceinte à vide dans la zone de la couverture contenant du lithium liquide ou un composé du lithium enrichi en 6 Li. Lors de l'interaction avec le lithium, l'énergie cinétique des neutrons est convertie en chaleur et du tritium est simultanément généré. La couverture est placée dans une coque spéciale qui protège l’aimant des fuites de neutrons, du rayonnement y et des flux de chaleur.

Dans les installations de type tokamak, le plasma est créé à l'intérieur d'une chambre toroïdale à l'aide d'une décharge annulaire sans électrode. À cette fin, un courant électrique est créé dans le caillot de plasma et développe en même temps son propre champ magnétique - le caillot de plasma lui-même devient un aimant. Désormais, grâce à un champ magnétique externe d'une certaine configuration, il est possible de suspendre le nuage de plasma au centre de la chambre, sans lui permettre d'entrer en contact avec les parois.

Déviateur - un ensemble de dispositifs (bobines magnétiques poloïdales spéciales ; panneaux en contact avec le plasma - neutralisants de plasma), à l'aide desquels la zone de contact direct de la paroi avec le plasma est retirée au maximum du plasma chaud principal. Il permet d'évacuer la chaleur du plasma sous la forme d'un flux de particules chargées et de pomper les produits de réaction neutralisés sur les plaques divertrices : hélium et protium. Élimine le plasma des contaminants qui interfèrent avec la réaction de synthèse.

Un réacteur à fusion se caractérise par un gain de puissance, égal au rapport puissance thermique du réacteur aux coûts énergétiques de sa production. Energie thermique plis du réacteur :

• - de la puissance libérée lors d'une réaction thermonucléaire dans le plasma ;
• - de la puissance qui est introduite dans le plasma pour maintenir la température de combustion de la réaction thermonucléaire ou le courant stationnaire dans le plasma ;
• - de la puissance libérée dans la couverture - une coque entourant le plasma dans laquelle l'énergie des neutrons thermonucléaires est utilisée et qui sert à protéger les bobines magnétiques de l'exposition aux rayonnements. Couverture du réacteur à fusion - l'une des parties principales d'un réacteur thermonucléaire, une enveloppe spéciale entourant le plasma dans lequel se produisent les réactions thermonucléaires et qui sert à utiliser l'énergie des neutrons thermonucléaires.

La couverture recouvre un anneau de plasma de tous les côtés, et ceux qui sont nés avec Synthèse DT les principaux vecteurs d'énergie - les neutrons de 14 MeV - la libèrent dans la couverture)", la chauffant. La couverture contient des échangeurs de chaleur à travers lesquels passe de l'eau. Lorsque le tokamak fonctionne dans le cadre d'une centrale électrique, la vapeur tourne turbine à vapeur, et elle est le rotor du générateur.

La tâche principale de la couverture est de collecter l'énergie, de la transformer en chaleur et de la transférer aux systèmes de production d'électricité, ainsi que de protéger les opérateurs et l'environnement des rayonnements ionisants créés par un réacteur thermonucléaire. Derrière la couverture d'un réacteur thermonucléaire se trouve une couche de radioprotection dont les fonctions sont d'affaiblir davantage le flux de neutrons et de quanta y formés lors des réactions avec la matière afin d'assurer le fonctionnement du système électromagnétique. Vient ensuite une protection biologique, qui peut être assurée par le personnel de l'usine.

Un surgénérateur « actif » est conçu pour produire l’un des composants du combustible thermonucléaire. Dans les réacteurs qui consomment du tritium, des matériaux surgénérateurs (composés du lithium) sont inclus dans la couverture pour assurer une production efficace de tritium.

Lors du fonctionnement d'un réacteur thermonucléaire utilisant du combustible deutérium-tritium, il est nécessaire de reconstituer la quantité de combustible (D+T) dans le réacteur et d'éliminer le 4He du plasma. À la suite de réactions dans le plasma, le tritium brûle et la majeure partie de l'énergie de fusion est transférée aux neutrons, pour lesquels le plasma est transparent. Cela conduit à la nécessité de placer une zone spéciale entre le plasma et le système électromagnétique, dans laquelle le tritium brûlé est reproduit et la majeure partie des énergies neutroniques est absorbée. Cette zone est appelée la couverture de reproduction. Il reproduit le tritium brûlé dans le plasma.

Le tritium dans la couverture peut être produit en irradiant le lithium avec des flux de neutrons via des réactions nucléaires : 6 Li(n,a)T+4,8 MeV et 7 Li(n,n’a) - 2,4 MeV.

Lors de la production de tritium à partir de lithium, il convient de tenir compte du fait que le lithium naturel est constitué de deux isotopes : 6 Li (7,52 %) et 7 Li (92,48 %). La section efficace d'absorption des neutrons thermiques du 6 Li 0 pur = 945 grange, et la section efficace d'activation pour la réaction (p, p) est de 0,028 grange. Pour le lithium naturel, la section efficace d'élimination des neutrons formés lors de la fission de l'uranium est égale à 1,01 barn, et la section efficace d'absorption des neutrons thermiques est a = 70,4 barn.

Les spectres énergétiques du rayonnement y lors de la capture radiative des neutrons thermiques 6 Li sont caractérisés par les valeurs suivantes : l'énergie moyenne des quanta y émis par neutron absorbé, dans la plage d'énergie 6^-7 MeV = 0,51 MeV, dans l'énergie plage 7-r8 MeV - 0,94 MeV. Énergie totale

Dans un réacteur thermonucléaire alimenté par Carburant DT, à la suite de la réaction :

Le rayonnement y par capture de neutrons est de 1,45 MeV. Pour 7 Li, la section efficace d'absorption est de 0,047 grange et la section efficace d'activation est de 0,033 grange (à des énergies neutroniques supérieures à 2,8 MeV). La section efficace pour l'élimination des neutrons de fission du LiH de composition naturelle = 1,34 grange, Li métallique - 1,57 grange, LiF - 2,43 grange.

des neutrons thermonucléaires se forment qui, sortant du volume de plasma, pénètrent dans la région de la couverture contenant du lithium et du béryllium, où se produisent les réactions suivantes :

Ainsi, un réacteur thermonucléaire brûlera du deutérium et du lithium et, à la suite de réactions, il se formera gaz inerte hélium.

Au cours de la réaction D-T, le tritium brûle dans le plasma et un neutron d'une énergie de 14,1 MeV est produit. Dans la couverture, il faut que ce neutron génère au moins un atome de tritium pour couvrir ses pertes dans le plasma. Taux de remplacement du tritium À(« la quantité de tritium formée dans la couverture par neutron thermonucléaire incident) dépend du spectre des neutrons dans la couverture, de l'ampleur de l'absorption et de la fuite des neutrons. Avec une couverture de plasma de 0 % par la couverture, la valeur k> 1,05.

Riz. Fig. 4. Dépendance de la section efficace des réactions nucléaires de formation du tritium sur l'énergie des neutrons : 1 - réaction 6 Li(n,t)'»He, 2 - réaction 7 Li(n,n',0 4 He.

Le noyau 6 Li présente une très grande section efficace d'absorption des neutrons thermiques avec formation de tritium (953 barn à 0,025 eV). Aux basses énergies, la section efficace d'absorption des neutrons dans le Li suit la loi (l/u) et atteint dans le cas du lithium naturel une valeur de 71 barn pour les neutrons thermiques. Pour 7 Li, la section efficace d’interaction avec les neutrons n’est que de 0,045 barn. Par conséquent, pour augmenter la productivité du surgénérateur, le lithium naturel doit être enrichi en isotope 6 Li. Cependant, une augmentation de la teneur en 6 Li dans un mélange d'isotopes a peu d'effet sur le coefficient de reproduction du tritium : on constate une augmentation de 5 % avec une augmentation de l'enrichissement en isotope 6 Li à 50 % dans le mélange. Dans la réaction 6 Li(n, T) « Tous les neutrons ralentis ne seront pas absorbés. En plus d'une forte absorption dans la région thermique, il existe une faible absorption (

La dépendance de la section efficace de la réaction 6 Li(n,T) 4 He sur l'énergie des neutrons est représentée sur la Fig. 7. Comme c'est le cas pour de nombreuses autres réactions nucléaires, la section efficace de la réaction 6 Li(n,f) 4 He diminue à mesure que l'énergie des neutrons augmente (à l'exception de la résonance à une énergie de 0,25 MeV).

La réaction avec formation de tritium sur l'isotope ?Li se produit avec des neutrons rapides à une énergie ?„>2,8 MeV. Dans cette réaction

du tritium est produit et il n'y a pas de perte de neutrons.

La réaction nucléaire au 6 Li ne peut pas produire une production accrue de tritium et ne compense que le tritium brûlé

La réaction au ?1l se traduit par l'apparition d'un noyau de tritium pour chaque neutron absorbé et la régénération de ce neutron, qui est ensuite absorbé lors de la décélération et produit un autre noyau de tritium.

Commentaire. Dans le Li naturel, le taux de reproduction du tritium est À"2. Pour Li, LiFBeF 2, Li 2 0, LiF, Y^Pbz k= 2.0 ; 0,95 ; 1.1 ; 1,05 et i.6, respectivement. Le sel fondu LiF (66%) + BeF 2 (34%) est appelé flyb ( FLiBe), son utilisation est préférable en raison des conditions de sécurité et de réduction des pertes en tritium.

Puisque tous les neutrons de la réaction D-T ne participent pas à la formation d'un atome de tritium, il est nécessaire de multiplier les neutrons primaires (14,1 MeV) à l'aide de la réaction (n, 2n) ou (n, sn) sur des éléments qui ont un croisement suffisamment grand. section pour l'interaction des neutrons rapides, par exemple sur Be, Pb, Mo, Nb et bien d'autres matériaux avec Z> 25. Pour le seuil de béryllium (n, 2 P) réactions 2,5 MeV ; à 14 MeV 0 = 0,45 grange. Ainsi, dans les versions couverture au lithium liquide ou céramique (LiA10 2), il est possible d'obtenir À* 1.1+1.2. Dans le cas d'entourer la chambre du réacteur d'une couverture d'uranium, la multiplication des neutrons peut être considérablement augmentée en raison des réactions de fission et des réactions (n, 2n), (n, zl).

Remarque 1. L'activité induite du lithium lors de l'irradiation par des neutrons est pratiquement absente, puisque l'isotope radioactif résultant 8 Li (rayonnement cr d'une énergie de 12,7 MeV et /-rayonnement d'une énergie de ~ 6 MeV) a une moitié très courte -vie - 0,875 s. La faible activation et la courte demi-vie du lithium facilitent la bioprotection des plantes.

Note 2. L'activité du tritium contenu dans la couverture d'un réacteur thermonucléaire DT est de ~*10 6 Ci, donc l'utilisation de combustible DT n'exclut pas la possibilité théorique d'un accident de l'ampleur de plusieurs pour cent de celui de Tchernobyl (le la version était de 510 7 Ci). La libération de tritium avec formation de T 2 0 peut entraîner des retombées radioactives, l'entrée de tritium dans les eaux souterraines, les réservoirs, les organismes vivants, les plantes avec accumulation, à terme, dans les produits alimentaires.

Le choix du matériel et de l'état physique de l'éleveur est Problème sérieux. Le matériel surgénérateur doit assurer un pourcentage élevé de conversion du lithium en tritium et une extraction aisée de ce dernier pour un transfert ultérieur vers le système de préparation du combustible.

Les principales fonctions de la couverture surgénérateur comprennent : la formation d’une chambre à plasma ; production de tritium avec coefficient k>i ; conversion de l'énergie cinétique des neutrons en chaleur ; récupération de la chaleur générée dans la couverture lors du fonctionnement d'un réacteur thermonucléaire ; radioprotection du système électromagnétique ; protection biologique contre les radiations.

Un réacteur thermonucléaire utilisant du combustible D-T, selon le matériau de la couverture, peut être « pur » ou hybride. La couverture d'un réacteur thermonucléaire « pur » contient du Li, dans lequel le tritium est produit sous l'influence de neutrons et la réaction thermonucléaire est améliorée de 17,6 MeV à 22,4

MeV. Dans la couverture d'un réacteur thermonucléaire hybride (« actif »), non seulement du tritium est produit, mais il existe également des zones dans lesquelles les déchets 2 39Pi sont placés et pour produire du 2 39Pi. Dans ce cas, une énergie égale à 140 MeV par neutron est libérée dans la couverture. L’efficacité énergétique d’un réacteur à fusion hybride est six fois supérieure à celle d’un réacteur pur. Dans le même temps, une meilleure absorption des neutrons thermonucléaires est obtenue, ce qui augmente la sécurité de l'installation. Cependant, la présence de substances radioactives fissiles crée un environnement radiologique similaire à celui existant dans les réacteurs nucléaires à fission.

Riz. 5.

Il existe deux concepts de couvertures de surgénérateur pures basées sur l'utilisation de matériaux de reproduction liquides au tritium ou sur l'utilisation de matériaux solides contenant du lithium. Les options de conception des couvertures sont liées au type de liquide de refroidissement choisi (métal liquide, sel liquide, gaz, matière organique, eau) et à la classe de matériaux de structure possibles.

Dans la version liquide de la couverture, le lithium est le liquide de refroidissement et le tritium est le matériau reproducteur. La section de couverture est constituée de la première paroi, d'une zone génératrice (sel de lithium fondu, d'un réflecteur (acier ou tungstène) et d'un composant de protection contre la lumière (par exemple, hydrure de titane). La principale caractéristique d'une couverture au lithium auto-refroidissante est l'absence d'un modérateur et d'un multiplicateur de neutrons supplémentaires. Dans une couverture avec un surgénérateur liquide, vous pouvez utiliser les sels suivants : Li 2 BeF 4 (. T pl = 459°), LiBeF3 (Twx.=380°), FLiNaBe (7^=305-320°). Parmi les sels ci-dessus, Li 2 BeF 4 a la viscosité la plus faible, mais la plus élevée Twl. Prospect eutectique Pb-Li et fusion FLiNaBe, qui agit également comme un auto-refroidisseur. Les multiplicateurs de neutrons dans un tel surgénérateur sont des granules Be sphériques d'un diamètre de 2 mm.

Dans une couverture avec un surgénérateur solide, des céramiques contenant du lithium sont utilisées comme matériau surgénérateur et le béryllium sert de multiplicateur de neutrons. La composition d'une telle couverture comprend des éléments tels que le premier mur avec des collecteurs de liquide de refroidissement ; zone de reproduction neutronique ; zone de production de tritium ; canaux de refroidissement pour les zones de production et de reproduction du tritium ; protection fer-eau; Éléments de fixation de couvertures ; conduites d'alimentation et d'évacuation du liquide de refroidissement et du gaz vecteur tritium. Matériaux de construction- les alliages de vanadium et les aciers de classe ferritique ou ferritique-martensitique. La radioprotection est constituée de tôles d'acier. Le liquide de refroidissement utilisé est de l'hélium gazeux sous pression yMPa avec une température d'entrée de 300 0 et une température de liquide de refroidissement de sortie de 650 0.

La tâche radiochimique consiste à isoler, purifier et renvoyer le tritium dans le cycle du combustible. Dans ce cas, le choix des matériaux fonctionnels pour les systèmes de régénération des composants du carburant (matériaux surgénérateurs) est important. Le matériel surgénérateur doit assurer l'élimination de l'énergie de fusion thermonucléaire, la génération de tritium et son extraction efficace pour une purification ultérieure et une transformation en combustible de réacteur. Pour cela, un matériau présentant une résistance élevée aux températures, aux rayonnements et aux contraintes mécaniques est requis. Non moins importantes sont les caractéristiques de diffusion du matériau, qui assurent une grande mobilité du tritium et, par conséquent, bonne efficacité extraction du tritium à partir du matériel surgénérateur à un prix relativement basses températures.

Les substances actives de la couverture peuvent être : la céramique Li 4 Si0 4 (ou Li 2 Ti0 3) - un matériau reproducteur et le béryllium - un multiplicateur de neutrons. Le surgénérateur et le béryllium sont utilisés sous la forme d'une couche de galets monodispersés (granules de forme proche de la sphère). Les diamètres des granules de Li 4 Si0 4 et Li 2 Ti0 3 varient respectivement dans les plages de 0,2 à 10,6 mm et environ 8 mm, et les granules de béryllium ont un diamètre de 1 mm. La part du volume effectif de la couche de granulés est de 63 %. Pour reproduire le tritium, le surgénérateur de céramique est enrichi en isotope 6 Li. Niveau d'enrichissement typique en 6 Li : 40 % pour Li 4 Si0 4 et 70 % pour Li 2 Ti0 3.

Actuellement, le métatitanate de lithium 1L 2 TIu 3 est considéré comme le plus prometteur en raison du taux relativement élevé de libération de tritium à des températures relativement basses (de 200 à 400 0), des radiations et de la résistance chimique. Il a été démontré que des granulés de titanate de lithium, enrichis à 96 % en 6 Li dans des conditions d'irradiation neutronique intense et d'effets thermiques, permettent de générer du lithium en deux ans avec presque vitesse constante. Le tritium est extrait des céramiques irradiées par des neutrons par chauffage programmé du matériau surgénérateur en mode de pompage continu.

On suppose que dans l'industrie nucléaire, les installations de fusion thermonucléaire peuvent être utilisées dans trois domaines :

• - les réacteurs hybrides dont la couverture contient des nucléides fissiles (uranium, plutonium) dont la fission est contrôlée par un puissant flux de neutrons de haute énergie (14 MeV) ;
• - les initiateurs de combustion dans les réacteurs électronucléaires sous-critiques ;
• - transmutation de radionucléides dangereux pour l'environnement à vie longue en vue de l'élimination des déchets radioactifs.

La haute énergie des neutrons thermonucléaires offre de grandes opportunités pour séparer des groupes énergétiques de neutrons afin de brûler un radionucléide spécifique dans la région résonnante des sections efficaces.

L’optimisme est une bonne chose, mais il ne suffit pas à lui-même. Par exemple, selon la théorie des probabilités, une brique doit parfois tomber sur chaque mortel. On ne peut absolument rien y faire : c’est la loi de l’Univers. Il s’avère que la seule chose qui peut pousser un mortel à la rue dans des moments aussi troublés est la foi dans le meilleur. Mais pour un travailleur du secteur de l'habitat et des services communaux, la motivation est plus compliquée : il est poussé dans la rue par la brique même qui tente de tomber sur quelqu'un. Après tout, l’ouvrier connaît cette brique et peut tout réparer. Il est également probable qu'il ne sera pas corrigé, mais l'essentiel est que, quelle que soit la décision, l'optimisme pur ne le consolera plus.

Une industrie entière s’est retrouvée dans cette situation au XXe siècle : celle de l’énergie mondiale. Les personnes habilitées à décider ont décidé que le charbon, le pétrole et le gaz naturel seraient toujours là, comme le soleil dans la chanson, que la brique resterait bien en place et n’irait nulle part. Disons que ça disparaît, c’est la fusion thermonucléaire, même si elle n’est pas encore complètement contrôlable. La logique est la suivante : ils l’ont ouvert rapidement, ce qui signifie qu’ils le conquériront tout aussi rapidement. Mais les années ont passé, les patronymes des tyrans ont été oubliés et la fusion thermonucléaire n'a pas été conquise. Il se contentait de flirter et exigeait plus de courtoisie que les mortels. D’ailleurs, ils n’ont rien décidé, ils étaient tranquillement optimistes.

La raison de me tortiller sur ma chaise est apparue lorsqu’ils ont commencé à parler publiquement du caractère limité des combustibles fossiles. De plus, de quel type de membre il s’agit n’est pas clair. Premièrement, le volume exact de pétrole ou, disons, de gaz qui n’a pas encore été trouvé est assez difficile à calculer. Deuxièmement, les prévisions sont compliquées par les fluctuations des prix du marché, qui affectent le taux de production. Et troisièmement, la consommation de carburant varie dans le temps et dans l’espace : par exemple, en 2015, la demande mondiale de charbon (un tiers de toutes les sources d’énergie existantes) a chuté pour la première fois depuis 2009, mais elle devrait augmenter fortement d’ici 2040, notamment en Chine. et le Moyen-Orient.

Le volume de plasma dans JET était déjà d'environ 100 mètres cubes. En 30 ans, il a établi une série de records : il a résolu le premier problème de la fusion thermonucléaire, en chauffant le plasma à 150 millions de degrés Celsius ; généré une puissance de 1 mégawatt, puis 16 mégawatts avec un indicateur d'efficacité énergétique Q ~ 0,7... Le rapport entre l'énergie dépensée et l'énergie reçue est le troisième problème de la fusion thermonucléaire. Théoriquement, pour une combustion plasma auto-entretenue, Q devrait dépasser l’unité. Mais la pratique a montré que cela ne suffit pas : en fait, Q devrait être supérieur à 20. Parmi les tokamaks, Q JET reste invaincu.

Le nouvel espoir de l'industrie est le tokamak ITER, actuellement construit par le monde entier en France. L’indicateur Q d’ITER devrait atteindre 10, sa puissance devrait être de 500 mégawatts, qui, dans un premier temps, seront simplement dissipés dans l’espace. Les travaux sur ce projet durent depuis 1985 et devaient se terminer en 2016. Mais progressivement, le coût de la construction est passé de 5 à 19 milliards d'euros et la date de mise en service a été repoussée de 9 à 11 ans. Dans le même temps, ITER se positionne comme une passerelle vers le réacteur DEMO, qui, selon le plan, produira la première électricité « de fusion » dans les années 2040.

La biographie des systèmes « pulsés » était moins dramatique. Lorsque les physiciens ont reconnu au début des années 1970 que l’option de fusion « permanente » n’était pas idéale, ils ont proposé de supprimer le confinement du plasma de l’équation. Au lieu de cela, les isotopes devaient être placés dans une sphère en plastique de taille millimétrique, celle-ci dans une capsule en or refroidie au zéro absolu, et la capsule dans une chambre. Ensuite, la capsule a été simultanément « tirée » avec des lasers. L’idée est que si vous chauffez et comprimez le carburant suffisamment rapidement et uniformément, la réaction se produira avant que le plasma ne se dissipe. Et en 1974, la société privée KMS Fusion reçut une telle réaction.

Après plusieurs installations expérimentales et plusieurs années, il est devenu clair que tout n'est pas aussi fluide avec la synthèse « pulsée ». L'uniformité de la compression s'est avérée être un problème : les isotopes gelés ne se sont pas transformés en une boule parfaite, mais en un « haltère », ce qui a fortement réduit la pression, et donc l'efficacité énergétique. La situation a conduit au fait qu'en 2012, après quatre ans de fonctionnement, le plus grand réacteur inertiel américain NIF a failli fermer par désespoir. Mais déjà en 2013, il a fait ce que JET n'a pas réussi à faire : il a été le premier en physique nucléaire à produire 1,5 fois plus d'énergie qu'il n'en consommait.

Désormais, en plus des problèmes de grande envergure, les problèmes de la fusion thermonucléaire sont résolus par des installations « de poche », purement expérimentales et « de démarrage » de conceptions diverses. Parfois, ils parviennent à faire un miracle. Par exemple, des physiciens de l’Université de Rochester ont récemment dépassé de quatre puis cinq fois le record d’efficacité énergétique établi en 2013. Certes, les nouvelles restrictions sur la température et la pression d'inflammation n'ont pas disparu et les expériences ont été réalisées dans un réacteur environ trois fois plus petit que le NIF. UN cote linéaire, comme nous le savons, compte.

Pourquoi s’embêter autant, vous demandez-vous ? Pour comprendre pourquoi la fusion thermonucléaire est si attractive, comparons-la au combustible « ordinaire ». Disons qu’à chaque instant il y a un gramme d’isotopes dans le « beignet » du tokamak. La collision d'un deutérium et d'un tritium libère 17,6 mégaélectronvolts d'énergie, soit 0,000000000002 joules. Maintenant les statistiques : brûler un gramme de bois nous donnera 7 000 joules, le charbon - 34 000 joules, le gaz ou le pétrole - 44 000 joules. La combustion d'un gramme d'isotopes devrait entraîner le dégagement de 170 milliards de joules de chaleur. C’est ce que consomme le monde entier en 14 minutes environ.

Neutrons réfugiés et centrales hydroélectriques mortelles

De plus, la fusion thermonucléaire est quasiment inoffensive. "Presque" - parce que le neutron, qui s'envole et ne revient pas, ayant pris une partie de l'énergie cinétique, quittera le piège magnétique, mais ne pourra pas aller loin. Bientôt, l'agitation sera capturée par le noyau atomique de l'une des feuilles de la couverture - la « couverture » métallique du réacteur. Un noyau qui a « attrapé » un neutron se transformera soit en un noyau stable, c'est-à-dire sûr et relativement durable, soit en un isotope radioactif - selon votre chance. L'irradiation d'un réacteur par des neutrons est appelée rayonnement induit. Pour cette raison, la couverture devra être remplacée tous les 10 à 100 ans.

Il est temps de préciser que le schéma de « liaison » isotopique décrit ci-dessus a été simplifié. Contrairement au deutérium, qui peut être mangé avec une cuillère, est facile à créer et se trouve dans l’eau de mer ordinaire, le tritium est un radio-isotope et est synthétisé artificiellement à un prix obscène. En même temps, cela n'a aucun sens de le stocker : le noyau « s'effondre » rapidement. Chez ITER, le tritium sera produit sur place en faisant entrer en collision des neutrons avec du lithium-6 et en ajoutant séparément du deutérium fini. En conséquence, il y aura encore plus de neutrons qui tenteront de « s’échapper » (avec le tritium) et de rester coincés dans la couverture qu’il n’y paraît.

Malgré cela, la zone d'impact radioactif d'un réacteur thermonucléaire sera négligeable. L’ironie est que la sécurité est assurée par l’imperfection même de la technologie. Comme le plasma doit être retenu et le « carburant » ajouté encore et encore, sans surveillance extérieure, le système fonctionnera pendant quelques minutes au maximum (le temps de rétention prévu pour ITER est de 400 secondes) et s’éteindra. Mais même avec une destruction instantanée, selon avis Selon le physicien Christopher Llewellyn-Smith, il ne sera pas nécessaire d'expulser les villes : en raison de la faible densité du plasma de tritium, il n'en contiendra que 0,7 gramme.

Bien entendu, la lumière n’a pas convergé vers le deutérium et le tritium. Pour la fusion thermonucléaire, les scientifiques envisagent également d'autres couples : deutérium et deutérium, hélium-3 et bore-11, deutérium et hélium-3, hydrogène et bore-11. Au cours des trois derniers, il n'y aura aucun neutron « emballant », et deux sociétés américaines travaillent déjà avec des paires hydrogène-bore-11 et deutérium-hélium-3. C’est juste que pour l’instant, au stade actuel d’ignorance technologique, il est un peu plus facile de faire entrer en collision le deutérium et le tritium.

Et l’arithmétique simple est du côté de la nouvelle industrie. Au cours des 55 dernières années, le monde a connu : cinq pannes d'énergie hydroélectrique, qui ont entraîné la mort de routes russes décède dans les huit ans ; 26 accidents dans des centrales nucléaires, à cause desquels des dizaines de milliers de fois moins de personnes sont mortes que lors de percées de centrales hydroélectriques ; et des centaines d'incidents sur les réseaux thermiques avec on ne sait quelles conséquences. Mais lors du fonctionnement des réacteurs thermonucléaires, il semble que rien n'ait été endommagé jusqu'à présent, à l'exception des cellules nerveuses et des budgets.

Fusion froide

Aussi minime soit-elle, la chance de remporter le jackpot de la loterie « thermonucléaire » a enthousiasmé tout le monde, pas seulement les physiciens. En mars 1989, deux chimistes assez connus, l'Américain Stanley Pons et le Britannique Martin Fleischman, réunissent des journalistes pour montrer au monde la fusion nucléaire « froide ». C'est ainsi qu'il a travaillé. Une électrode de palladium a été placée dans une solution contenant du deutérium et du lithium et passée à travers. D.C.. Le deutérium et le lithium ont été absorbés par le palladium et, en entrant en collision, parfois « enfermés ensemble » en tritium et en hélium-4, chauffant soudainement la solution. Et c'est à ce moment-là température ambiante et une pression atmosphérique normale.

La perspective d'obtenir de l'énergie sans les tracas liés à la température, à la pression et aux installations complexes était trop tentante, et le lendemain, Fleischmann et Pons se réveillèrent célèbres. Les autorités de l'État de l'Utah ont alloué 5 millions de dollars pour leurs recherches sur la fusion froide, et l'université où travaillait Pons a demandé 25 millions de dollars supplémentaires au Congrès américain. Deux points ont ajouté une mouche dans la pommade à l’histoire. Tout d'abord, les détails de l'expérience sont apparus dans Le Journal de chimie électroanalytique et d'électrochimie interfaciale seulement en avril, un mois après la conférence de presse. C’était contraire à l’étiquette scientifique.

Deuxièmement, les spécialistes de la physique nucléaire posaient de nombreuses questions à Fleischmann et Pons. Par exemple, pourquoi dans leur réacteur la collision de deux deutons produit-elle du tritium et de l'hélium-4, alors qu'elle devrait produire du tritium et un proton ou un neutron et de l'hélium-3 ? De plus, c'était facile à vérifier : à condition qu'une fusion nucléaire se produise dans l'électrode de palladium, des neutrons avec une énergie cinétique préalablement connue « s'envoleraient » des isotopes. Mais ni les capteurs à neutrons ni la reproduction de l'expérience par d'autres scientifiques n'ont conduit à de tels résultats. Et en raison du manque de données, déjà en mai, la sensation des chimistes était reconnue comme un « canard ».

Malgré cela, les travaux de Pons et Fleischmann ont semé la confusion dans la physique et la chimie nucléaires. Après tout, ce qui s'est passé : une certaine réaction des isotopes, du palladium et de l'électricité a conduit à la libération d'énergie positive, ou plus précisément, au chauffage spontané de la solution. En 2008, des scientifiques japonais ont montré une installation similaire aux journalistes. Ils ont placé du palladium et de l'oxyde de zirconium dans un flacon et y ont pompé du deutérium sous pression. En raison de la pression, les noyaux se « frottaient » les uns contre les autres et se transformaient en hélium, libérant de l’énergie. Comme dans l'expérience Fleischmann-Pons, les auteurs ont jugé la réaction de fusion « sans neutrons » uniquement par la température dans le ballon.

La physique n’avait aucune explication. Mais la chimie aurait pu : et si la substance était modifiée par des catalyseurs - des « accélérateurs » de réactions ? L’un de ces « accélérateurs » aurait été utilisé par l’ingénieur italien Andrea Rossi. En 2009, lui et le physicien Sergio Focardi ont soumis une demande pour inventer un dispositif pour une « réaction nucléaire à faible énergie ». Il s'agit d'un tube en céramique de 20 centimètres dans lequel sont placés de la poudre de nickel, un catalyseur inconnu et de l'hydrogène est pompé sous pression. Le tube est chauffé par un radiateur électrique conventionnel, convertissant partiellement le nickel en cuivre avec libération de neutrons et d'énergie positive.

Avant le brevet de Rossi et Focardi, la mécanique du « réacteur » n’était en principe pas divulguée. Puis - en référence à un secret commercial. En 2011, des journalistes et des scientifiques (pour une raison quelconque, les mêmes) ont commencé à vérifier l'installation. Les contrôles ont été les suivants. Le tube a été chauffé pendant plusieurs heures, les puissances d’entrée et de sortie ont été mesurées et la composition isotopique du nickel a été étudiée. Il était impossible de l'ouvrir. Les propos des développeurs ont été confirmés : la production d'énergie est 30 fois plus importante, la composition du nickel évolue. Mais comment? Pour une telle réaction, vous n'avez pas besoin de 200 degrés, mais de 20 milliards de degrés Celsius, car le noyau de nickel est même plus lourd que le fer.

Andrea Rossi lors des tests d'un dispositif pour une « réaction nucléaire à basse énergie » (à gauche). / © Blog de Vessy

Personne Revue scientifique il n'a jamais publié les « sorciers » italiens. Beaucoup ont rapidement abandonné les « réactions à faible énergie », même si la méthode a des adeptes. Rossi poursuit désormais le titulaire du brevet, la société américaine Industrial Heat, pour vol de propriété intellectuelle. Elle le considère comme un fraudeur et les contrôles auprès des experts sont « faux ».

Et pourtant, la fusion nucléaire « froide » existe. Il repose en réalité sur un « catalyseur » : les muons. Les muons (chargés négativement) « expulsent » les électrons de l’orbitale atomique, formant des mésoatomes. Si vous entrez en collision des mésoatomes avec, par exemple, du deutérium, vous obtenez des mésomolécules chargées positivement. Et comme un muon est 207 fois plus lourd qu'un électron, les noyaux des mésomolécules seront 207 fois plus proches les uns des autres - le même effet peut être obtenu si les isotopes sont chauffés à 30 millions de degrés Celsius. Ainsi, les noyaux des mésoatomes « se collent » tout seuls, sans chauffer, et le muon « saute » sur d'autres atomes jusqu'à ce qu'il « se coince » dans le mésoatome d'hélium.

En 2016, le muon avait été entraîné pour effectuer environ 100 de ces « sauts ». Ensuite - soit le mésoatome d'hélium, soit la désintégration (la durée de vie d'un muon n'est que de 2,2 microsecondes). Le jeu n'en vaut pas la peine : la quantité d'énergie reçue lors de 100 « sauts » ne dépasse pas 2 gigaélectronvolts, et la création d'un muon nécessite 5 à 10 gigaélectronvolts. Pour que la fusion « froide », ou plus précisément la « catalyse des muons », soit rentable, chaque muon doit apprendre 10 000 « sauts » ou, enfin, cesser d'exiger trop des mortels. Après tout, il ne reste que 250 ans avant l’âge de pierre – avec des incendies pionniers au lieu des centrales thermiques.

Cependant, tout le monde ne croit pas au caractère limité des combustibles fossiles. Mendeleïev, par exemple, a nié le caractère épuisable du pétrole. Elle, pensait le chimiste, est le produit de réactions abiotiques, et non de ptérodactyles décomposés, et s'auto-régénère donc. Mendeleïev a imputé les rumeurs contraires aux frères Nobel qui, à la fin du XIXe siècle, visaient le monopole pétrolier. À sa suite, le physicien soviétique Lev Artsimovich a pleinement exprimé la conviction que l'énergie thermonucléaire n'apparaîtra que lorsque l'humanité en aura « réellement » besoin. Il s’avère que Mendeleïev et Artsimovitch, même s’ils étaient des personnages décisifs, étaient toujours optimistes.

Et nous n’avons pas encore besoin de l’énergie thermonucléaire.

« Nous avons dit que nous mettrions le Soleil dans une boîte. L'idée est géniale. Mais le problème c'est qu'on ne sait pas comment créer cette boîte » - Pierre Gilles de Gennes, lauréat prix Nobel en physique 1991.

Alors que éléments lourds Il existe de nombreux éléments nécessaires aux réactions nucléaires sur Terre et dans l'espace en général ; il existe de nombreux éléments légers pour les réactions thermonucléaires sur Terre et dans l'espace. Par conséquent, l'idée d'utiliser l'énergie thermonucléaire au profit de l'humanité est venue presque immédiatement avec la compréhension des processus qui la sous-tendent - cela est vraiment promis. des possibilités illimitées, puisque les réserves de combustible thermonucléaire sur Terre auraient dû être suffisantes pour des dizaines de milliers d'années.

Déjà en 1951, deux directions principales sont apparues pour le développement des réacteurs thermonucléaires : Andrei Sakharov et Igor Tamm ont développé une architecture de tokamak dans laquelle la chambre de travail était un tore, tandis que Lyman Spitzer a proposé une architecture de conception plus complexe dont la forme rappelle le plus celle d'un réacteur thermonucléaire. bande de Mobius inversée non pas une, mais plusieurs fois.

La simplicité de la conception fondamentale du tokamak a permis longue durée développer cette direction en améliorant les caractéristiques des aimants conventionnels et supraconducteurs, ainsi qu'en augmentant progressivement la taille du réacteur. Mais avec l'augmentation des paramètres du plasma, des problèmes de comportement instable ont progressivement commencé à apparaître, ce qui a ralenti le processus.

La complexité de la conception du stellateur a conduit au fait qu'après les premières expériences dans les années 50, le développement de cette direction pendant longtemps arrêté. Il a reçu un nouveau souffle tout récemment avec l'avènement de systèmes modernes conception assistée par ordinateur, qui a permis de concevoir le stellateur Wendelstein 7-X avec les paramètres et la précision de conception nécessaires à son fonctionnement.

Physique du processus et problèmes de sa mise en œuvre

Les atomes de fer ont une énergie de liaison maximale par nucléon, c'est-à-dire une mesure de l'énergie qui doit être dépensée pour diviser un atome en ses neutrons et protons constitutifs, divisée par leur total. Tous les atomes de masse inférieure et supérieure ont cet indicateur en dessous du fer :

Dans le même temps, dans les réactions thermonucléaires de fusion d'atomes légers jusqu'au fer, de l'énergie est libérée et la masse de l'atome résultant devient légèrement inférieur au montant masses des atomes initiaux d'une quantité qui est en corrélation avec l'énergie libérée selon la formule E=mc² (le soi-disant défaut de masse). De la même manière, de l’énergie est libérée lors des réactions de fission nucléaire d’atomes plus lourds que le fer.

Lors des réactions de fusion atomique, une énergie énorme est libérée, mais pour extraire cette énergie, nous devons d'abord faire un certain effort pour vaincre les forces répulsives entre les noyaux atomiques chargés positivement (surmonter la barrière coulombienne). Après avoir réussi à rapprocher quelques atomes distance requise le fort entre en jeu interaction nucléaire, qui relie les neutrons et les protons. Pour chaque type de carburant, la barrière coulombienne pour le début d'une réaction est différente, tout comme la température optimale de réaction est différente :

Dans ce cas, les premières réactions thermonucléaires des atomes commencent à être enregistrées bien avant d'atteindre température moyenne substances de cette barrière du fait que l'énergie cinétique des atomes est soumise à la distribution de Maxwell :

Mais la réaction à une température relativement basse (de l’ordre de plusieurs millions de °C) se déroule extrêmement lentement. Disons qu’au centre la température atteint 14 millions de °C, mais la puissance spécifique de la réaction thermonucléaire dans de telles conditions n’est que de 276,5 W/m³, et il faut au Soleil plusieurs milliards d’années pour consommer complètement son combustible. De telles conditions sont inacceptables pour un réacteur thermonucléaire, car à un niveau de libération d'énergie aussi faible, nous dépenserons inévitablement plus pour chauffer et comprimer le combustible thermonucléaire que ce que nous recevrons de la réaction en retour.

À mesure que la température du carburant augmente, une proportion croissante d’atomes commencent à avoir une énergie dépassant la barrière coulombienne et l’efficacité de la réaction augmente, atteignant son apogée. Avec une nouvelle augmentation de la température, la vitesse de réaction recommence à baisser car l'énergie cinétique des atomes devient trop élevée et ils se « dépassent » les uns les autres, incapables d'être maintenus ensemble par la forte interaction nucléaire.

Ainsi, la solution pour obtenir de l'énergie à partir d'une réaction thermonucléaire contrôlée a été obtenue assez rapidement, mais la mise en œuvre de cette tâche a duré un demi-siècle et n'est pas encore achevée. La raison en est les conditions véritablement insensées dans lesquelles il s'est avéré nécessaire de placer combustible thermonucléaire– pour un rendement positif de la réaction, sa température aurait dû être de plusieurs dizaines de millions de °C.

Aucun mur ne pouvait physiquement résister à une telle température, mais ce problème a presque immédiatement conduit à sa solution : puisqu'une substance chauffée à de telles températures est un plasma chaud (gaz entièrement ionisé) chargé positivement, la solution s'est avérée être à la surface - il suffisait de placer un tel plasma chauffé dans un champ magnétique puissant, qui maintiendrait le combustible thermonucléaire à Distance de sécurité des murs.

Progrès vers sa mise en œuvre

Les recherches sur ce sujet vont dans plusieurs directions à la fois :

1. En utilisant des aimants supraconducteurs, les scientifiques tentent de réduire l'énergie dépensée pour allumer et entretenir la réaction ;
2. à l'aide de nouvelles générations de supraconducteurs, l'induction du champ magnétique à l'intérieur du réacteur augmente, ce qui permet de contenir du plasma avec des densités et des températures plus élevées, ce qui augmente la densité de puissance réacteurs par unité de leur volume ;
3. recherche dans le domaine du plasma chaud et avancées dans le domaine la technologie informatique permettre un meilleur contrôle des flux de plasma, rapprochant ainsi les réacteurs à fusion de leurs limites théoriques d'efficacité ;
4. Les progrès dans le domaine précédent nous permettent également de maintenir le plasma dans un état stable plus longtemps, ce qui augmente l'efficacité du réacteur du fait que nous n'avons pas besoin de réchauffer le plasma aussi souvent.

Malgré toutes les difficultés et les problèmes qui se posent sur la voie d'une réaction thermonucléaire contrôlée, cette histoire touche déjà à sa fin. Dans l'industrie énergétique, il est d'usage d'utiliser l'indicateur EROEI - retour énergétique sur investissement énergétique (le rapport de l'énergie dépensée dans la production de carburant à la quantité d'énergie que nous en obtenons finalement) pour calculer l'efficacité énergétique. Et tandis que l'EROEI du charbon continue de croître, cet indicateur du pétrole et du gaz a atteint son apogée au milieu du siècle dernier et est désormais en baisse constante du fait que les nouveaux gisements de ces combustibles sont situés dans des endroits de plus en plus inaccessibles et de plus en plus plus grandes profondeurs :

Dans le même temps, nous ne pouvons pas non plus augmenter la production de charbon, car en tirer de l’énergie est un processus très sale et qui coûte littéralement la vie à des personnes à cause de diverses maladies pulmonaires. D'une manière ou d'une autre, nous nous trouvons désormais au seuil de la fin de l'ère des combustibles fossiles - et il ne s'agit pas de machinations d'écologistes, mais de calculs économiques banals lorsqu'on regarde vers l'avenir. Dans le même temps, l'EROI des réacteurs thermonucléaires expérimentaux, également apparus au milieu du siècle dernier, a augmenté régulièrement et a atteint en 2007 la barrière psychologique d'un - c'est-à-dire que cette année, pour la première fois, l'humanité a réussi à obtenir plus d'énergie. par une réaction thermonucléaire qu'il n'a dépensé pour sa mise en œuvre. Et malgré le fait que la mise en œuvre du réacteur, ses expérimentations et la production de la première centrale thermonucléaire de démonstration DEMO basée sur l'expérience acquise lors de la mise en œuvre d'ITER prendront encore beaucoup de temps. Il ne fait plus aucun doute que notre avenir réside dans de tels réacteurs.

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 toutefois que l’application 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 dans le Soleil ou dans une bombe à hydrogène sont 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 caractéristique commune- en forme d'anneau. Il est basé sur l'idée d'utiliser des électro-aimants puissants pour créer un fort Champ électromagnétique, ayant la forme d'un 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

En Europe, il existe actuellement deux expérience similaire. 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 à ITER, mais seulement pour courte période temps 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.

L'idée de la nouvelle conception est d'utiliser des supraconducteurs modernes à haute température dans les électro-aimants, qui présentent leurs propriétés lorsqu'ils sont refroidis avec de l'azote liquide, plutôt que des supraconducteurs conventionnels, qui nécessitent un nouveau, plus technologie flexible nous permettra de changer 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 y a beaucoup de choses dedans la science-fiction. Le projet suppose que problèmes techniques fusion thermonucléaire résolue. Mais la science moderne ne sait pas 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 aux objets dans système interne et remplacez-les. 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 à proximité, il fait encore très chaud - de 500 à 700 degrés dans la zone du réacteur, ce qui est couche intérieure tuyau métallique, dans lequel sera « reproduit » le tritium nécessaire à la fusion nucléaire.

A plus gros problème- ce qu'on appelle 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 qu’elle n’en dépenserait 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 fraude pure et simple. 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 ses précédentes tentatives infructueuses comprenaient 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 le crime organisé italien, qui a engagé des poursuites pénales contre lui pour violation de la réglementation sur les déchets. Il a également créé un dispositif thermoélectrique pour le Corps des ingénieurs de l'armée américaine, mais lors des tests, le gadget n'a produit qu'une fraction de la puissance déclarée.

Beaucoup ne font pas confiance à la Russie, mais Rédacteur en chef 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 pratiquement 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 produit six fois plus d'énergie qu'il n'en consomme. 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 voler sa propriété intellectuelle. Il a également accusé l'entreprise d'avoir détourné des réacteurs E-Cat, copiant illégalement technologies innovantes et des produits, Fonctionnalité et conceptions et une tentative 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

Néanmoins, un certain nombre de chercheurs - Alexander Parkhomov de Université russe L'Amitié des Peuples et le Projet Mémorial Martin Fleischmann (MFPM) ont réussi à reproduire la fusion thermonucléaire froide de la Russie. 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. Peut être trouvé méthodes alternatives, qui contournera les brevets de Rossi et le maintiendra à l'écart du secteur énergétique multimilliardaire.

Alors peut-être que Rossi préférerait éviter cette confirmation.

Puisque les forces d'attraction nucléaires agissent entre les noyaux atomiques à de courtes distances, lorsque deux noyaux se rapprochent, leur fusion est possible, c'est-à-dire la synthèse d'un noyau plus lourd. Tous noyaux atomiques ont une charge électrique positive et se repoussent donc sur de grandes distances. Pour que les noyaux se rassemblent et entrent dans une réaction de fusion nucléaire, ils doivent avoir suffisamment d’énergie cinétique pour surmonter la répulsion électrique mutuelle, qui est d’autant plus grande que la charge du noyau est grande. Par conséquent, le moyen le plus simple consiste à synthétiser des noyaux légers avec une faible charge électrique. En laboratoire, les réactions de fusion peuvent être observées en tirant des noyaux rapides sur une cible, accélérés dans un accélérateur spécial (voir Accélérateurs de particules chargées). Dans la nature, les réactions de fusion se produisent dans la matière très chaude, par exemple à l'intérieur des étoiles, y compris au centre du Soleil, où la température est de 14 millions de degrés et l'énergie mouvement thermique certaines des particules les plus rapides suffisent à vaincre la répulsion électrique. La fusion nucléaire se produisant dans une matière chauffée est appelée fusion thermonucléaire.

Les réactions thermonucléaires se produisant au cœur des étoiles jouent un rôle très important dans l’évolution de l’Univers. Ils sont à l’origine des noyaux d’éléments chimiques synthétisés à partir de l’hydrogène des étoiles. Ils sont la source d'énergie des étoiles. La principale source d'énergie du Soleil réside dans les réactions du cycle dit proton-proton, à la suite desquelles un noyau d'hélium naît de 4 protons. L'énergie libérée lors de la fusion est emportée par les noyaux résultants, quanta de rayonnement électromagnétique, neutrons et neutrinos. En observant le flux de neutrinos provenant du Soleil, il est possible d'établir quelles réactions de fusion nucléaire et avec quelle intensité se produisent en son centre.

Une caractéristique unique des réactions thermonucléaires en tant que source d'énergie est la très grande libération d'énergie par unité de masse des substances en réaction - 10 millions de fois plus que dans les réactions chimiques. L’entrée en synthèse de 1 g d’isotopes d’hydrogène équivaut à la combustion de 10 tonnes d’essence. Les scientifiques s’efforcent donc depuis longtemps de maîtriser cette gigantesque source d’énergie. En principe, nous savons déjà aujourd’hui comment obtenir de l’énergie de fusion thermonucléaire sur Terre. Il est possible de chauffer la matière à des températures stellaires en utilisant l'énergie d'une explosion atomique. C'est comme ça que ça marche Bombe H- l'arme la plus terrible de notre époque, dans laquelle l'explosion d'une mèche nucléaire entraîne un échauffement instantané d'un mélange de deutérium et de tritium et une explosion thermonucléaire ultérieure.

Mais les scientifiques ne recherchent pas une synthèse aussi incontrôlable qui pourrait détruire toute vie sur Terre. Ils recherchent des moyens de mettre en œuvre une fusion thermonucléaire contrôlée. Quelles conditions doivent être remplies pour cela ? Tout d’abord, bien entendu, il est nécessaire de chauffer le combustible thermonucléaire à une température à laquelle des réactions de fusion peuvent se produire avec une probabilité notable. Mais ce n'est pas assez. Il est nécessaire que plus d'énergie soit libérée lors de la fusion que celle dépensée pour chauffer la substance, ou, mieux encore, que les particules rapides créées lors de la fusion maintiennent elles-mêmes la température requise du combustible. Pour ce faire, il est nécessaire que la substance entrant dans la synthèse soit isolée thermiquement de manière fiable de l'environnement terrestre environnant et, naturellement, froid, c'est-à-dire que le temps de refroidissement, ou, comme on dit, le temps de rétention d'énergie, soit suffisamment long. .

Les exigences en matière de température et de temps de rétention dépendent du carburant utilisé. Le moyen le plus simple de réaliser une synthèse est entre les isotopes lourds de l'hydrogène - le deutérium (D) et le tritium (T). Dans ce cas, la réaction aboutit à un noyau d'hélium (He 4) et à un neutron. Le deutérium se trouve sur Terre en quantités énormes dans l’eau de mer (un atome de deutérium pour 6 000 atomes d’hydrogène). Le tritium n'existe pas dans la nature. Aujourd’hui, il est produit artificiellement en irradiant du lithium dans des réacteurs nucléaires avec des neutrons. L'absence de tritium ne constitue cependant pas un obstacle à l'utilisation Réactions DT synthèse, puisque le neutron produit lors de la réaction peut être utilisé pour reproduire le tritium en irradiant du lithium, dont les réserves sont assez importantes sur Terre.

Pour mise en œuvre de D-T La réaction est plus favorable à des températures d'environ 100 millions de degrés. Le temps de rétention d'énergie nécessaire dépend de la densité de la substance en réaction, qui, à une telle température, se présentera inévitablement sous forme de plasma, c'est-à-dire de gaz ionisé. Étant donné que l'intensité des réactions thermonucléaires est d'autant plus élevée que la densité du plasma est élevée, les exigences en matière de temps de rétention d'énergie sont inversement proportionnelles à la densité. Si l'on exprime la densité sous la forme du nombre d'ions pour 1 cm 3, alors pour la réaction D-T à la température optimale la condition d'obtention de l'énergie utile peut s'écrire sous la forme : le produit de la densité n et de la rétention d'énergie le temps τ doit être supérieur à 10 14 cm −3 s, c'est-à-dire qu'un plasma avec une densité de 10 14 ions pour 1 cm 3 ne devrait sensiblement pas refroidir plus vite qu'en 1 s.

Puisque la vitesse thermique des ions hydrogène à la température requise est de 10 8 cm/s, les ions parcourent 1 000 km en 1 s. Des dispositifs spéciaux sont donc nécessaires pour empêcher le plasma d’atteindre les parois qui l’isolent. Le plasma est un gaz constitué d'un mélange d'ions et d'électrons. Les particules chargées se déplaçant à travers un champ magnétique sont soumises à une force qui courbe leur trajectoire et les oblige à se déplacer en cercles avec des rayons proportionnels à l'impulsion des particules et inversement proportionnels au champ magnétique. Ainsi, un champ magnétique peut empêcher les particules chargées de s’échapper dans une direction perpendiculaire aux lignes de champ. C'est la base de l'idée de l'isolation thermique magnétique du plasma. Le champ magnétique n’empêche cependant pas le mouvement des particules le long des lignes de force : dans le cas général, les particules se déplacent en spirales, s’enroulant autour des lignes de force.

Les physiciens ont mis au point diverses astuces pour empêcher les particules de s'échapper le long des lignes de champ. Vous pouvez, par exemple, créer des « bouchons magnétiques » - des zones avec un champ magnétique plus fort qui réfléchissent certaines particules, mais il est préférable d'enrouler les lignes de champ en anneau et d'utiliser un champ magnétique toroïdal. Mais il s’avère qu’un champ toroïdal ne suffit pas à lui seul.

Un champ toroïdal est inhomogène dans l'espace - son intensité diminue le long du rayon, et dans un champ inhomogène, un mouvement lent de particules chargées se produit - ce qu'on appelle la dérive - à travers le champ magnétique. Cette dérive peut être éliminée en faisant passer un courant à travers le plasma le long du circuit du tore. Le champ magnétique du courant, s’ajoutant au champ externe toroïdal, rendra le champ global hélicoïdal.

Se déplaçant en spirale le long des lignes de force, les particules chargées se déplaceront du demi-plan supérieur du tore vers le bas et vers l'arrière. En même temps, ils dériveront toujours dans une direction, par exemple vers le haut. Mais étant dans le demi-plan supérieur et dérivant vers le haut, les particules s'éloignent du plan médian du tore, et étant dans le demi-plan inférieur et dérivant également vers le haut, les particules y reviennent. Ainsi, les dérives dans les moitiés supérieure et inférieure du tore se compensent mutuellement et n'entraînent pas de pertes de particules. C'est exactement ainsi qu'est conçu le système magnétique des installations de type Tokamak, sur lequel meilleurs résultats sur le chauffage et l'isolation thermique du plasma.

Outre l'isolation thermique du plasma, il faut également assurer son chauffage. Dans un Tokamak, le courant circulant à travers un cordon plasma peut être utilisé à cette fin. Dans d'autres dispositifs, où le confinement s'effectue sans courant, ainsi que dans le Tokamak lui-même, d'autres méthodes de chauffage sont utilisées pour chauffer à très haute température, par exemple l'utilisation d'ondes électromagnétiques à haute fréquence, l'injection (introduction) dans le plasma de faisceaux de particules rapides, faisceaux lumineux générés par des lasers puissants, etc. Plus la puissance du dispositif de chauffage est grande, plus le plasma peut être chauffé rapidement à la température requise. Le développement ces dernières années a été très lasers puissants et des sources de faisceaux de particules chargées relativistes ont permis de chauffer de petits volumes de matière à des températures thermonucléaires en un temps très court, si court que la matière a le temps de se réchauffer et d'entrer dans des réactions de fusion avant de se disperser sous l'effet du mouvement thermique. Dans de telles conditions isolation thermique supplémentaire s'est avéré inutile. La seule chose qui empêche les particules de se séparer est leur propre inertie. Les dispositifs à fusion basés sur ce principe sont appelés dispositifs à confinement inertiel. Cette nouvelle direction de recherche, appelée fusion thermonucléaire inertielle, se développe actuellement rapidement.