Puissance et science de la fusion nucléaire

J'ai une compréhension très complète des énormes défis nécessaires pour créer une puissance de fusion nucléaire commerciale. C'est pourquoi je suis plus optimiste quant à la fission nucléaire des sels fondus. J'essaie d'expliquer cela dans deux vidéos. Cependant, il s'agit d'un sujet complexe. Je vais essayer de le dire aussi clairement et brièvement que possible ici.

À quelle distance de la fusion nucléaire commerciale ?

Je crois que des percées technologiques sont encore nécessaires. Les dernières décennies de travaux sur la fusion nucléaire ont été dominées par les projets Tokomak (ITER, JET et un Tokomak sud-coréen et un Tokomak chinois). Tokomak contient du plasma de fusion nucléaire dans un champ magnétique en forme de beignet. Il faut des années pour que les projets se développent pour tenter de créer une fusion pendant quelques secondes et la fusion est environ 1000 fois plus éloignée de l'énergie nette réelle.

Il existe de nombreuses façons d'essayer de développer la fusion nucléaire pour produire de l'électricité. Une seule valeur départs pour nous dire à quel point une expérience de fusion est proche de la puissance nette : le triple produit de fusion. Le triple produit est le produit de trois attributs d'un plasma de fusion :

n la densité des ions dans le plasma (ions/mètre cube)
T la température de ces ions (keV2)
τE le temps de confinement de l'énergie (secondes)

La réaction de fusion avec le seuil de triple produit le plus bas (c'est-à-dire le plus réalisable) est la fusion du deutérium et du tritium (DT), deux isotopes de l'hydrogène. Une centrale à fusion fonctionnant au combustible DT aura un triple produit d'environ 5 × 10 ^ 21 m-3 keV s ou plus. Il y a de nombreuses autres exigences pour une centrale électrique commercialement viable mais le triple produit est un jalon technique minimum.

Une propriété intéressante du triple produit est qu'il est indépendant du schéma particulier utilisé pour créer le plasma de fusion, de sorte qu'il peut être utilisé pour comparer les performances entre différents types d'approches de la fusion. C'est une quantité significative dans les schémas de confinement magnétique (tokamaks, stellarators), les schémas de confinement inertiel (fusion laser) et les schémas magnéto-inertiels (MagLIF, compression des FRC).

Steven Krivit de NewEnergy Times a publié un pdf de 26 pages et de nombreux autres articles qui décrivent les fausses déclarations du projet ITER de plusieurs milliards de Tokomak.

L'expérience du réacteur multimilliardaire JET (Joint European Torus) fonctionne depuis des décennies. Je pense que c'était à environ 100 millions d'euros par an ou plus pour son financement. En mars 2019, le gouvernement britannique et la Commission européenne ont signé une prolongation de contrat pour JET. Cela garantissait les opérations du JET jusqu'à la fin de 2024, quelle que soit la situation du Brexit. En décembre 2020, une mise à niveau du JET a commencé en utilisant du tritium, dans le cadre de sa contribution à ITER. Le 21 décembre 2021, JET a produit 59 mégajoules en utilisant du combustible deutérium-tritium tout en maintenant la fusion pendant une impulsion de cinq secondes, battant son précédent record de 21.7 mégajoules avec Q = 0.33, établi en 1997. Steven Krivit souligne qu'il a fallu environ 700 mégawatts de d'électricité pour produire les 59 mégajoules en cinq secondes. Le Q = 0.33 correspond à 33 % de la énergie entrant et sortant du plasma. 700 mégawatts pour alimenter cela pendant cinq secondes représenteraient environ 3.5 milliards de joules pour extraire 59 mégajoules du plasma. La puissance du mur est environ 60 fois inférieure, puis la puissance du plasma devrait être reconvertie en électricité. Cela revient aux chiffres les plus honnêtes de la fusion LPP. Les expériences de puissance de fusion sont à un millième de pour cent de l'électricité totale sortante par rapport à l'électricité entrante.

Le monde n'a que 25 tonnes de tritium. Cela ne se produit pas naturellement. Un réacteur à fusion DT (deutérium et tritium) générant un gigawatt aurait besoin d'environ 150 tonnes de tritium par an. Le tritium est actuellement produit dans des réacteurs à fission nucléaire CANDU (canadiens) à eau lourde.

Les plans du réacteur à fusion DT doivent aborder la production d'une grande quantité de tritium. Cela signifie générer beaucoup de neutrons bon marché pour convertir efficacement le lithium en tritium. C'est comme dire que nous aurions un plan de fission nucléaire pour fabriquer des quantités abondantes de plutonium. Le plutonium n'existe pas dans la nature, mais vous pouvez le fabriquer en faisant réagir l'uranium 238 avec des neutrons. L'uranium 238 représente 94 % de ce que les gens appellent les déchets nucléaires. L'uranium 238 représente environ 99.3 % de l'uranium naturel et 97 % des barres de combustible nucléaire fraîches actuelles.

Un pays qui peut générer beaucoup de neutrons bon marché pour produire beaucoup de tritium signifierait que ce pays pourrait également produire beaucoup de plutonium. Tout pays qui peut produire beaucoup de plutonium peut fabriquer beaucoup de bombes à fission nucléaire.

Je suis en fait relativement d'accord avec cela parce que je pense que les bombes à fission nucléaire deviendront obsolètes. Le monde progressera vers une bien meilleure technologie dans l'espace et l'énergie, alors la destructivité des bombes à fission ne sera plus stratégique militaire et deviendra moins importante militairement. Cela ne veut pas dire que la prolifération doit être encouragée. Des mesures doivent être prises pour ne pas être stupides, mais un monde maîtrisant le nucléaire pour l'énergie et la propulsion spatiale signifiera un monde où les armes nucléaires sont relativement triviales. Ils deviendront comme des cocktails molotov.

Le développement réussi de la fusion nucléaire pour l'énergie doit aller au-delà de tout ce petit niveau de puissance actuelle générée par rapport à la puissance utilisée et le faire de manière économique. Les projets Tokomak doivent générer implicitement cette puissance positive nette tout en conservant le plasma pendant des années au lieu de quelques secondes. J'aime les projets de fusion nucléaire qui prévoient de ne pas contenir de plasma. Ces projets utilisent la puissance pulsée. Ils créent brièvement (de minuscules fractions de seconde) des conditions de fusion et essaient d'obtenir d'énormes quantités d'énergie et de sortir l'énergie sans utiliser de turbine. Utiliser une turbine, c'est entretenir la fusion comme aujourd'hui les centrales à fission nucléaire qui fonctionnent comme les centrales à charbon. Les turbines fonctionnent avec une grande quantité de chaleur soutenue. Pensez à des incendies massifs de charbon confinés.

LPP Fusion est une petite entreprise qui essaie de se lancer dans la fusion nucléaire avancée et qui n'a reçu que quelques millions de dollars de financement. Cependant, pourcentage de puissance en pourcentage de puissance en sortie, ils sont très proches du gros JET (Joint European Torus). LPP Fusion, Helion Energy, HB11 Fusion, TAE tentent d'aller vers des formes de fusion pulsée. Voir l'image du haut dans cet article. Les points saillants du plan LPP Fusion sont présentés ci-dessous.

Je préfère aussi les projets axés sur les réactions de fusion avancées. 1 milliard de degrés au lieu de 100 millions de degrés.

Voici mon image de feuille de calcul de suivi de projet de fusion nucléaire.

Voici quelques diapositives de LPP Fusion.