Pour tirer parti l'énergie thermonucléaire, il faut non seulement produire des réactions de fusion, mais il faut en plus que ces réactions produisent plus d'énergie qu'elles n'en ont demandé, ce qui n'est pas si simple.
La fusion nucléaire suit une logique de probabilité, comme un tirage de loterie, faisons donc un parrallèle.
- Pour augmenter les chances de trouver un bon numéro, on peut augmenter le nombre de joueurs.
Pour augmenter les chances d'une fusion on peut augmenter le nombres de particules (densité du plasma). - Pour augmenter les chances de trouver un bon numéro, on peut augmenter le nombre de numéros gagnants.
Pour augmenter les chances d'une fusion, on peut augmenter la température (les particules ont plus d'énergie, c'est comme si la courbe pénétrait plus loin dans la barrière de potentiel, laissant une plus grande zone au delà de la barrière, donc une plus grande probabilité de présence de l'autre côté). - Pour augmenter les chances de trouver un bon numéro, on peut jouer plus de fois.
Pour augmenter les chances d'une fusion, on peut allonger le temps de confinement (temps pendant lequel les réaction peuvent se produire).
Les réactions de fusions sont donc favorisées si:
- la densité (en particules par m³) du plasma est plus élevée.
- la température du plasma est plus élevée.
- le temps de confinement de l'énergie dans le plasma est plus long.
En
désignant par n la densité du plasma, par T la température du plasma,
et par t le temps de confinement, on peut calculer le produit n*T*t.
Lorsque ce produit atteint un certain seuil, la réaction de fusion peut
s'auto-entretenir ou même devenir "bénéficiaire". Ce seuil, c'est lecritère de Lawson.
Il y a plusieurs méthodes pour provoquer la fusion nucléaire; les principales sont:
1) Utiliser la fission nucléaire pour produire les conditions nécessaires à la fusion.
C'est
le principe de la bombe H.
Une bombe H ou bombe thermonucléaire est une
bombe dans laquelle la réaction de fusion est "allumée" par une
explosion nucléaire "classique" utilisant la fission.
Dans la pratique, la bombe se compose de deux étages (au moins); le premier étage ou étage primaire est une bombe nucléaire à fission, le deuxième étage contient le "combustible" qui doit entrer en réaction de fusion.
Le deutérium et le tritium étant des gaz extrêmement légers (peu denses) (normal, c'est de l'hydrogène) susceptible d'occuper un volume important pour une faible masse, on utilise plutôt le deutériure de lithium, mais cela ne change rien au principe.
L'explosion de la bombe à fission produit une température d'environ 100 millions de degrés, et une compression énorme sur le deutériure de lithium. Cette compression influence évidemment la densité.
Le temps de confinement a beau être extrêmement court, avec une telle température et une telle densité, le produit n*T*t est certainement suffisant pour dépasser le critère de Lawson. La preuve: la bombe H marche très (trop) bien, mais ce n'est pas un moyen retenu pour la propulsion spatiale.
2) Utiliser l'énergie produite par des rayons LASER (ou des faisceaux d'électrons) pour provoquer la fusion nucléaire d'une petite quantité de deutérium-tritium contenue dans une bille. (Confinement inertiel).
Sous l'impulsion des lasers, la périphérie de la bille de deutérium et de tritium se transforme brutalement en un plasma à plusieurs millions de degrés, qui en se dilatant très violemment exerce ainsi une énorme pression implosive sur l'intérieure de la sphère de deutérium et de tritium.
Sous l'effet conjugé des lasers ET de l'énorme compression une réaction de fusion nucléaire s'amorce au centre de la sphère.
Puis s'étend rapidement en une petite explosion thermonucléaire.
Le temps de confinement est extrêmement bref, mais la densité énorme et la température, elle aussi très élevée, permettent au produit n*T*t de dépasser facilement le seuil nécessaire (critère de Lawson).
Pour utiliser ce système dans le cadre d'une propulsion spatiale, on reprend tout naturellement une disposition comparable à la propulsion par bombe, puisque l'on se sert aussi d'explosions dans ce cas ci.
Il s'agit donc d'envoyer les billes les unes après les autres dans une sorte de cloche protégée des particules ionisées (noyaux, électrons) par un champs magnétique, du rayonnement thermique par une couche ablative (et/ou réfléchissante), et des neutrons par blindage "traditionnel".
Le champs magnétique est représenté par les lignes vertes.
Les billes sont envoyées "en rafale" (plusieurs par secondes) pour obtenir une poussée aussi "continue" que possible.
Ce système de propulsion fut évoqué dans le projet Daedalus (Dédale); il s'agissait de propulser, de cette façon, une sorte de super sonde (plus de 50.000 tonnes!) en direction de l'étoile Barnard.
Pour assurer la propulsion, 250 "pastilles" de deutérium/hélium3 auraient été envoyées chaque seconde dans la "cloche" pour y fusionner sous l'effet de faisceaux d'électrons (une alternative possible aux lasers).
3) Chauffer un plasma assez peu dense, et confiné par un champs magnétique, grâce à de très, très puissantes émissions d'ondes électromagnétiques, ou par INDUCTION.
C'est la fusion nucléaire par confinement magnétique, et on en parle à la page suivante.
