La Fusion Nucléaire
La fusion nucléaire est un phénomène très présent dans la nature. Chaque étoile produit son énergie par des réactions de fusion nucléaires. Il s'agit d'assembler des petits atomes, comme des isotopes de l'hydrogène, et d'obtenir des atomes plus lourds.
Cette réaction libère de l'énergie et permet à l'étoile de survivre.
Sur Terre, nous maitrisons en tout point la fission nucléaire, qui permet de casser des atomes lourds. La fusion nucléaire est à l'état de recherche pour l'instant. Le laboratoire ITER à Cadarache a pour objectif de comprendre les mécanismes de ce phénomène.
La fusion nucléaire est aujourd'hui d'une grande importance car il s'agit d'une source d'énergie inégalable pour
permettre de fournir notre planète en électricité.
Pour pouvoir utiliser la fusion nucléaire, il faut pourvoir confiner les éléments. Nous traitons de la fusion par confinement magnétique (FCM).
Il existe une structure précisément choisie pour pouvoir confiner cela. Il s'agit du Tokamak.
Le principe d'un Tokamak
Un Tokamak est une structure géométrique en forme torique. La section n'est pas un cercle parfait mais plutôt en forme de D (cf. image à gauche).
Le principe est de confiner la matière à l'intérieur. Pour cela, un champ magnétique principal traverse le tokamak. Mais, comment cela permet-il de confiner les éléments ?
Les réactifs sont chauffés à des températures extrêmes. Les atomes se dissocient laissant à la place des charges puis deviennent des plasmas. Nous avons donc deux plasmas : un d'électrons et un d'ions positifs.
Nous considérons dans notre approche du problème que ces plasmas sont simplement des fluides chargés.
Le champ magnétique a un effet important sur tout élément chargé. Une charge a une trajectoire hélicoïdale autour du champ. On peut confiner nos fluides dans une région de l'espace autour du champ magnétique. D'autres champs magnétiques, qu'on ne traitera pas, maintiennent les charges à une certaine hauteur.
La forme géométrique parfaite pour minimiser les pertes lors de ce confinement est le Tokamak.
Objectif du projet
Nous avons consacré tout notre projet sur l'étude d'un fluide sous l'effet d'un champ magnétique. Nous avons comme base les outils de l'hydrodynamique comme description du fluide et de l'électromagnétisme pour le champ magnétique.
En premier lieu, le but était d'écrire les équations qui régissent les fluides dans le tokamak. Les comprendre et les analyser sont une partie majeure de notre étude. Cliquez ici
En second lieu, nous avons perturbé les équations d'un modèle qui est équivalent au modèle final. Cela simplifie les calculs mais l'analyse et les phénomènes observés sont analogues. Cliquez ici