Les machines à fusion de paillasse

Pourquoi la bibliothèque le suggère

Les deux architectures de paillasse sont dessinées ici à côté des grandes machines, chacune en coupe à travers son propre principe et légendée avec le chiffre que son propre article rapporte.

La galerie des machines

Six façons de tenir le combustible assez longtemps pour que les noyaux fusionnent, dessinées en coupe. Choisissez une architecture et le panneau dit comment elle confine le combustible et ce que cette famille a réellement mesuré — chaque chiffre est celui que publie son propre article, et rien n'y est ajouté.

Architecture

Le pinch Z à écoulement cisailléLe focus à plasma denseLe confinement électrostatique inertielLe tokamakLe stellaratorL'entraînement inertiel par laser

Architecture sélectionnée: Le pinch Z à écoulement cisaillé

Comment elle tient le combustible. Un courant énorme descend une colonne de gaz et le champ magnétique de la colonne la comprime. Un plasma qui va plus vite sur l'axe qu'au bord — un écoulement axial cisaillé — empêche le coude de croître.

Ce qu'elle a mesuré. Sur FuZE le plasma reste calme environ seize microsecondes et les neutrons de fusion sortent régulièrement pendant cinq d'entre elles, à un courant de pinch proche de 200 kiloampères et un rayon de pinch d'environ trois millimètres. Le rendement croît comme le carré de la fraction de deutérium et disparaît sans deutérium, ce qui est la signature d'une fusion thermique et non d'un faisceau accéléré parasite.

Intervalle calme:

1,6E-5 s

Production régulière de neutrons:

5E-6 s

Courant de pinch:

2E5 A

Rayon du pinch:

3E-3 m

Rendement neutronique par impulsion:

1,25E5

Une énergie ionique de pointe n'est pas une température, et un rendement neutronique n'est pas un bilan énergétique. Chaque chiffre ci-dessous porte l'étiquette de la grandeur que publie son propre article.

Lire la fiche derrière ces chiffres (en anglais)

Un dispositif de l'Institut de technologie de Tokyo faisant tourner du deutérium à 40 kilovolts et 2 milliampères a produit dix mille neutrons par seconde de façon stable depuis une table, et les auteurs ont ensuite fait le travail plus difficile d'établir où les fusions se produisent — trouvant une anode virtuelle logée au centre, dans une mesure par sonde et une simulation qui concordent (Neutron production rate and plasma characteristics of spherically convergent beam fusion, 2001). Le mode étoile, l'anode virtuelle et la cathode virtuelle imbriquée d'un tel dispositif sont modélisés particule par particule contre des données de sonde dans Kinetic characteristics of ions in an inertial electrostatic confinement device (2020), et l'étude de l'architecture par la Defense Intelligence Agency elle-même se conclut par une proposition concrète — douze canons à ions radiofréquence visant un même cœur pour démontrer le seuil de rentabilité sur combustible hydrogène-bore (DIRD Inertial Electrostatic Confinement Fusion, 2010). Du côté du focus à plasma, un groupe chilien a montré qu'une machine stockant 32 à 98 joules pince tout de même, parce qu'elle est rapide plutôt que grande — une batterie de 160 nanofarads, 38 nanohenrys, un courant montant en environ 150 nanosecondes (Pinch evidence in a fast and small plasma focus of only tens of joules, 2004). Quelques centaines de joules avec une montée de 300 nanosecondes ont donné environ 1,06 million de neutrons par tir (Neutron emission from a fast plasma focus of 400 Joules, 2003), et une interférométrie à l'intérieur d'une machine de quelques dizaines de joules a confirmé que la dynamique, les conditions de pinch et les densités électroniques des machines de la taille d'un hangar sont toutes présentes (Dynamics and Density Measurements in a Small Plasma Focus of Tens-of-Joules-Emitting Neutrons, 2011).

L'expérience ou la construction

Construire d'abord le dispositif à confinement électrostatique inertiel : la liste des pièces est une chambre à vide, une alimentation haute tension, une cage de fil et un compteur de neutrons, et l'ensemble a déjà été vendu dans le commerce pour l'inspection de minerai. Puis construire le focus à plasma rapide et petit, qui est un exercice de puissance pulsée — la faible inductance est tout le problème de conception. La mesure qui tranche, dans les deux cas, est le rendement de neutrons deutérium-deutérium par tir ou par seconde, le rendement suivant correctement le courant et s'annulant quand le deutérium est retiré, et le compteur étalonné contre une source connue. Cette dernière clause est ce qui distingue une machine à fusion d'une machine qui projette des ions sur un mur.