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Accueil/Les expériencesLa Fusion par confinement inertiel

La Fusion par confinement inertiel

La maîtrise des réactions de fusion est un des grands défis scientifiques de notre siècle. La réaction la plus étudiée est la fusion du deutérium (D) et du tritium (T), deux isotopes de l’hydrogène, qui en fusionnant vont former un noyau d’hélium et émettre un neutron très énergétique.

Principe de la fusion. Crédit CEA
Principe de la fusion © CEA

Étude de la fusion de deux atomes légers de la famille de l’hydrogène : le deutérium (D) et le tritium (T). © CEA

Ce phénomène ne peut avoir lieu que dans des conditions de température et de pression extrêmement élevées.

Pour cela, deux types d’expériences sont réalisées en laboratoire :

  • La fusion par confinement magnétique utilisant une installation de type « tokamak », comme Tore Supra devenu West aujourd'hui et Iter demain, qui va produire un plasma de faible densité durant un temps assez long. Un plasma peut être défini une phase de la matière constituée de particules chargées, d'ions et d'électrons.
  • La Fusion par confinement inertiel (FCI) utilisant des lasers de puissance comme le Laser Mégajoule ou son équivalent américain, le NIF, qui vont produire un plasma très dense mais de très courte durée.

Pour le Laser Mégajoule (comme pour son équivalent américain le NIF, National Ignition Facility, c’est la Fusion par confinement inertiel (FCI) obtenue par attaque indirecte avec allumage par point chaud central qui a été retenue.

L’énergie du LMJ, de l’ordre du Mégajoule, a été calculée de façon à atteindre l’ignition avec un gain de 10 entre l’énergie produite par les réactions thermonucléaires et l’énergie laser fournie à la cible.

Intervention  dans la chambre en mars 2012. Crédit CEA
Intervention dans la chambre en mars 2012. © CEA

Principe de la FCI

La FCI consiste à produire des réactions de fusion à partir d’un mélange de Deuterium et de Tritium (DT), contenu dans une microbille. Pour y arriver, il faut comprimer ce mélange en un temps très court, pour obtenir une densité de l’ordre de quelques centaines de grammes par centimètre cube, et le chauffer à une température de 100 millions de degrés.

Principe de la FCI. Crédit CEA
© CEA

L’effet « fusée » est utilisé : une fusée acquiert sa vitesse grâce à l’expulsion violente des gaz issus du moteur à réaction. De la même façon, on cherche à vaporiser très rapidement la partie externe de la microbille. Par réaction, le reste du microballon va se déplacer vers le centre comprimant et chauffant le mélange DT contenu à l’intérieur. Des températures très élevées sont atteintes au centre (point chaud) et les réactions de fusion se déclenchent. Le point chaud se comporte comme une allumette et va enflammer le reste du « combustible » DT.

Schéma direct ou indirect ?

Deux méthodes sont utilisées pour faire imploser très rapidement la microbille :

  • Animation - Découvrez le fonctionnement de la LIL et du LMJ. Crédit CEA
    Simulation de l’implosion de la microbille en attaque indirecte, l'ensemble du processus dure 20 milliardièmes de seconde. © CEA
    L’attaque directe
    Le laser vient directement délivrer son énergie au microballon, il y a interaction directe entre le faisceau laser et le microballon contenant le mélange DT.
  • L’attaque indirecte
    Les faisceaux laser sont dirigés sur les parois internes du container en or contenant la microbille afin de produire un rayonnement X intense. Le rayonnement est ainsi piégé au sein de cette cavité dont la température peut atteindre plusieurs millions de degrés. C’est le rayonnement X qui interagit avec la microbille.

Les expériences de FCI nécessitent des cibles cryogéniques à la géométrie bien particulière.

Un peu d’histoire

La Fusion par confinement inertielle en attaque directe a surtout été étudiée à l’Université de Rochester (Etats-Unis), sur le laser Omega (60 faisceaux pour 30 kJ délivrés sur cible) et à l’université d’Osaka (Japon), sur le laser Gekko (12 faisceaux pour 15 kJ délivrés sur cible).
L’attaque indirecte a plus particulièrement été étudiée à la DAM, sur le laser Phébus (2 faisceaux pour 6 kJ) et au Lawrence Livermore National Laboratory (Etats-Unis) sur le Laser Nova (10 faisceaux pour 30 kJ). Des chercheurs de la Direction des applications militaires étudient par ailleurs l’attaque directe et l’allumage rapide, en collaboration avec la communauté scientifique.

Pour en savoir plus :

MàJ: 15/12/2015
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