LA FUSION PAR CONFINEMENT MAGNÉTIQUE.

Avant toute chose, et uniquement pour ceux qui n'ont aucune idée de ce qu'est un confinement magnétique, on en parle à cette page ci.

Il s'agit, cette fois, de déclencher une fusion nucléaire dans un plasma assez peu dense qui est maintenu "suspendu" dans un puissant champs magnétique généré par des électro-aimants, l'état de plasma étant lui-même obtenu par de puissantes décharges électriques, ou des micro-ondes.

Le plasma étant conducteur, il est possible de le chauffer par induction, (en générant un champs magnétique alternatif ou variable venant s'ajouter à celui servant au confinement) ou tout simplement par émission de micro-ondes.

La densité du plasma étant faible, il faut allonger le temps de confinement, ou atteindre des températures extraordinairement élevées (souvenez-vous du critère de Lawson).

Dans la pratique, le plasma sera donc maintenu dans une bobine générant un très puissant champs magnétique, tandis qu'une autre bobine ou un système d'antennes émetrices le chauffe par induction ou par micro-ondes.

Le problème se situe aux extrémités où le plasma peut s'échapper.

Si le plasma n'est pas correctement (et suffisamment longtemps) confiné, la réaction s'arrête immédiatement et inévitablement, car le critère de Lawson n'est plus respecté.

C'est un point qu'oublient volontiers ceux qui tentent de faire croire à quelques térrifiants dangers d'emballement des futures réacteurs thermonucléaires en général, et du prototype de recherche ITER en particulier!

Ce n'est pas le risque d'emballement des réactions qu'il faut craindre pour ITER, mais au contraire de ne pas pouvoir maintenir ces réactions suffisamment longtemps.

La meilleure méthode pour éviter les problèmes liés aux extrémités, c'est........ de ne pas avoir d'extrémités!

Comment? En refermant la bobine sur elle-même façon tore (une chambre à air de voiture est sans doute le meilleur exemple d'objet ayant la forme d'un tore).
De cette manière, le plasma peut-être presque correctement confiné.

Comme vous le voyez, une fois les deux extrémités parfaitement jointes, il n'y aura plus de perte. Le système n'est toutefois pas parfait, parceque les spires sont visiblement plus rapprochée à l'intérieur de l'anneau qu'à l'extérieur, ce qui génère une inhomogénéïté dans le champs magnétique et donc dans le confinement.

Pour obtenir une propulsion il faut obligatoirement éjecter quelque chose; dans ce cas ci, ce sera l'hélium, à l'état de plasma, formé par la réaction.

Cela pose toutefois un problème, surtout en cas de fonctionnement en continu, c'est que pour éjecter quelque chose il faut laisser une porte de sortie au plasma donc une "fuite" possible au confinement.

Si la température est suffisamment élevée, et si la densité peut être maintenue à un certain niveau grâce à un apport continu de "combustible" à fusionner (pour compenser les pertes dues à l'éjection), il est possible alors que le temps de confinement requis puisse être atteint en utilisant simplement une "chambre" magnétique assez longue. Le temps qu'il faudra au plasma pour aller de l'entrée (injection du "combustible") à la sortie (tuyère) pourra alors permettre un confinement efficace.

Le plasma ne peut s'éjecter que par la tuyère, la pression d'injection de "combustible" à fusionner l'empêche de s'échapper par l'avant.

Dans la pratique, la ou les bobine(s) qui génère(nt) le champs magnétique ne sont pas ainsi "apparentes" mais sont plutôt "noyées" dans la "paroi" du moteur.

Les spires "vues en coupe" sont ici représentées par les points noirs.

La propulsion par fusion, qu'elle soit à confinement inertiel ou magnétique, pourrait permettre des impulsions spécifiques (Isp) de plusieurs millions de secondes.

Si le confinement magnétique est une voie beaucoup plus difficile que le confinement inertiel, il permet par contre d'imaginer un système de propulsion assez exceptionnel parce que susceptible de fonctionner presqu'indéfiniment: le "statoréacteur" a fusion nucléaire de Bussard.

Imaginé par le physicien Robert W. Bussard en 1960, le système consiste en un vaisseau à fusion nucléaire qui, à partir d'une certaine vitesse, peut "récupérer" l'hydrogène naturellement présent dans l'espace interstellaire pour alimenter son moteur.

Dans l'espace, l'hydrogène est présent sous forme ionisée, ce qui permet de le canaliser grâce à un champs magnétique. Il est ainsi possible de réaliser une sorte d'entonnoir magnétique géant capable de capter l'hydrogène dans une zone s'étendant sur des centaines de kilomètres sans alourdir le vaisseau.

En mauve: les lignes de champs magnétique, en vert: une particule ionisée (un noyau d'hydrogène, par exemple) constament déviée par le champs magnétique est entrainée dans une trajectoire hélicoïdale jusqu'à l'entrée.

Dans un premier temps le moteur aurait été alimenté par un mélange deutérium/tritium ou deutérium/hélium3 (plus "facile" encore à fusionner) en provenance de ses réservoirs; dans un deuxième temps, lorsque le vaisseau a atteint une vitesse suffisante, le moteur aurait été alimenté exclusivement par l'hydrogène qu'il récupère dans l'espace.

La densité de matière dans l'espace est très variable: entre quelques milliers, et quelque centaines de millions (dans les nuages interstellaires les plus denses) de particules par m³ d'espace, et en moyenne, d'un millions de particules par m³ dans la voie lactée (*). Si une alimentation régulière est nécessaire, cela peut se faire en modifiant la puissance et donc la taille de la zone EFFICACE de l'entonnoir magnétique.

(*) Ne vous y trompez pas, cela représente une densité des milliards de milliards de fois plus petite que l'air.