Réacteur de fusion nucléaire. Fonctionnement du réacteur de fusion nucléaire

Les réactions de fusion nucléaire sont celles qui ont lieu à l'intérieur d'étoiles, comme la nôtre. soleil, dans lequel deux noyaux atomiques plus petits s'unissent pour donner naissance à un noyau plus grand et plus atomique. stable. Ci-dessous, nous avons un mécanisme pour ce type de réaction qui se produit dans le Soleil, entre les hydrogènes, donnant naissance à de l'hélium :

Possible réaction de fusion d'hydrogène ayant lieu sur le Soleil

Mais l'aspect le plus important de ce type de réaction nucléaire est la quantité d'énergie libérée. Pour se faire une idée, la fusion de seulement 2. 10^-9% de deutérium (hydrogène avec un neutron et un proton dans le noyau)il fournirait une quantité d'énergie suffisante pour soutenir la demande mondiale d'énergie pendant un an !

C'est pourquoi le rêve de nombreux scientifiques est de pouvoir exploiter l'énergie libérée lors des réactions de fusion. Les réacteurs actuellement utilisés dans les centrales nucléaires sont la fission nucléaire, qui est le procédé anti-fusion et qui produit une plus petite quantité d'énergie.

La fusion non contrôlée a déjà été utilisée dans Bombe à hydrogène ou alors thermonucléaire, en 1952, lancé par les États-Unis sur un atoll du Pacifique. Cette bombe a été surnommée le "Mike" et avait 700 fois la puissance de la bombe d'Hiroshima.

En plus de la grande quantité d'énergie libérée, d'autres avantages d'utiliser la fusion nucléaire pour produire de l'énergie sont les matériaux utilisés dans ces réactions sont faciles à obtenir., car le deutérium se trouve dans les molécules d'eau, le tritium (isotope de l'hydrogène qui a un proton et deux neutrons dans le noyau) peuvent être obtenus à partir du lithium, et le lithium est un métal naturel.

Un autre facteur est que, contrairement à la fission nucléaire, les produits de fusion ne sont pas radioactifs et sont donc considérés comme une énergie « propre » qui ne modifie pas l'environnement.

Mais pour être utilisé pour générer de l'énergie, il doit s'agir d'une réaction contrôlée et pour cela il y a encore quelques obstacles:

• Pour que la fusion soit efficace, il faut des températures élevées, comme cela arrive dans le Soleil, qui a des régions avec des températures de l'ordre de 100 millions de degrés Celsius! Cette grande quantité d'énergie est nécessaire pour vaincre la force de répulsion résultant des charges positives des noyaux qui vont s'unir.

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Actuellement, cela est réalisé grâce à l'énergie libérée dans la réaction de fission contrôlée d'une bombe atomique, qui sert de déclencheur à la réaction de fusion nucléaire.

• Un autre problème qui se pose est: comment travailler de manière contrôlée avec des matériaux à des milliers de degrés Celsius? Quels matériaux pourraient être utilisés pour construire le réacteur qui résisterait à des températures aussi élevées ?

• Il existe également un besoin pour un flux rapide d'énergie libérée dans la réaction de fusion.

Les recherches dans ce domaine ont conduit à un type de réacteur appelé Tokamak, qui n'est utilisé aujourd'hui qu'à des fins de recherche. Le plus célèbre est celui de Princeton, aux États-Unis, qui fonctionne à une température de 100 millions de degrés Celsius. Ci-dessous, le Tokamak COMPASS à l'IPP présenté à Prague, en République tchèque, lors de la Semaine de Science et technologie organisé par l'Académie des sciences de la République tchèque le 2 novembre 2012:

Tokamak COMPASS à l'IPP présenté à Prague^[2]

Dans ces réacteurs, un champ magnétique extrêmement fort est produit. Les gaz de deutérium et de tritium sont injectés et chauffés à des milliers de degrés Celsius pour réagir. Puisqu'il y a passage de courant électrique et génération de champs magnétiques puissants, un plasma se forme, qui se trouve dans un tube à l'intérieur du réacteur, sans entrer en contact avec ses parois.

Le timbre ci-dessus, imprimé en URSS, montre un dispositif de fusion thermonucléaire tokamak vers 1987^[3]

Cependant, à ce jour, un moyen d'obtenir de l'énergie utile à partir d'un tel réacteur n'a pas encore été découvert. l'énergie dépensée pour activer le champ magnétique où le plasma est confiné est encore supérieure à l'énergie obtenue de la fusion à l'intérieur du réacteur.

_{* Crédits images :}

_{[1] Auteur: Mike Garrett/Wikimedia Commons
[2] Heure Natalia/ Shutterstock.com
[3] Jim Pruitt/Shutterstock.com}

Par Jennifer Fogaça
Diplômé en Chimie

Souhaitez-vous référencer ce texte dans un travail scolaire ou académique? Voir:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Réacteur de fusion nucléaire"; École du Brésil. Disponible en: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reator-fusao-nuclear.htm. Consulté le 27 juin 2021.