Dans la vidéo du jour, je vous parle de fusion nucléaire, de bombe H, et du lien (ou pas) entre les deux !
Parmi les différents détails que j’ai choisi de ne pas glisser dans la vidéo :
Je ne me suis pas appesantit sur la fission nucléaire et notamment les différences entre neutrons lents et neutrons rapides. J’en avais déjà parlé dans ma vidéo sur le sujet ! Pareil pour les subtilités sur le taux d’enrichissement de l’Uranium (qui jouent sur ce qu’on appelle « une tonne » de combustible).
Concernant l’effet tunnel, je parle d’une probabilité de 4% dans le cas d’une énergie égale à seulement 1/10e de la barrière, ça n’est évidemment pas une règle qui marche à tous les coups ! Cela dépend de la masse de la particule et de l’épaisseur de la barrière à franchir.
Concernant la réactivité, je ne précise pas trop son sens physique et son unité, mais on la voit comme la moyenne de la section efficace multipliée par la vitesse, c’est à dire un volume balayé par unité de temps (donc des m3/s). Pour la calculer proprement, la vitesse dépend de la température donc il faut intégrer avec la distribution de Maxwell-Boltzmann.
Je suis passé rapidement sur cette histoire de résonance, mais c’est un truc qui a un impact considérable. En gros il existe aux environs de 65keV un niveau d’énergie du noyau d’Helium 5, celui qui se forme temporairement lors de la fusion D-T avant qu’un neutron ne s’échappe et qu’on retrouve de l’Helium 4.
Sur la fusion p-p, ce qui la rend si peu probable c’est qu’un proton doit se changer en neutron, un phénomène gouverné par l’interaction faible, qui comme son nom l’indique, est…faible ! Dans le soleil, la chaine de réaction est d’ailleurs plus compliquée que simplement cette fusion. C’est ce qu’on appelle la chaîne proton-proton qui in fine convertit 6 protons en 1 noyau d’hélium et 2 protons.
Toujours concernant les réactions, je ne l’ai pas dit mais dans le fuser de Farnsworth, les lycéens n’utilisent pas la fusion D-T car le tritium est radioactif, mais la fusion D-D. Moins efficace, mais moins dangereux et plus légal !
J’ai laissé sous entendre que « presque » tous les projets utilisaient D-T, il y a des exceptions ! Par exemple la startup Helion utilise une fusion Deuterium – Helium 3. Une autre spécificité de ce projet, c’est que contrairement aux installations classiques, l’électricité ne sera pas produite avec de la vapeur et des turbines comme on fait toujours, mais directement en utilisant les courants engendrés.
Concernant le temps de confinement, avant de m’intéresser de plus prêt au critère de Lawson, j’ai longtemps pensé que c’était une sorte de « temps de fonctionnement en continu ». Mais non, c’est vraiment un temps caractéristique de refroidissement qui n’a potentiellement rien à voir. Ainsi ITER a annoncé avoir maintenu son plasma en continu pendant 22 minutes, ça n’est pas le temps de confinement ! (Qui lui serait plutôt de l’ordre de la seconde).
Pour le critère de Lawson, j’ai escamoté ça dans mes calculs, mais il y a une subtilité. Dans le cas de la fusion DT, l’énergie produite est emportée à 20% par l’Helium et à 80% par le neutron (c’est la conservation du moment cinétique). Le neutron emporte de l’énergie qui sera extraite, mais l’helium se dilue dans le plasma et sert à le réchauffer. Et donc le « epsilon » à prendre est uniquement ces 20%.
Je n’ai pas évoqué non plus la version « avec la température » du critère de Lawson que je trouve un peu moins intéressante physiquement puisqu’on bosse à température à peu près imposée. Mais apparemment du point de vue de l’ingénierie c’est intéressant car en regardant le produit n*T*tau on regarde essentiellement le produit p*tau où p est la pression dans le plasma.
Sur le design de la bombe H (dit « Teller-Ulam » du nom de ses inventeurs qui ont commencé à y penser pendant le projet Manhattan), il y a pas mal de subtilités. Par exemple dans le combustible de fusion on met un petit « briquet » de plutonium pour initier le flux de neutrons. Et concernant la fission secondaire, on ne fait pas toujours comme ça. Apparemment la fameuse Tsar Bomba (50 MT, la plus puissance jamais détonnée) utilisait une enveloppe en plomb plutôt qu’en U238, ce qui apparemment booste le rendement et réduit les retombées radioactives.
Enfin dernière précisions : j’ai dit que (heureusement) la fusion n’était pas une réaction en chaîne qui s’emballe dans les étoiles, il se trouve que ça arrive parfois, ça s’appelle une supernova, et il faudra un jour que j’en parle !
