La Fusion et ITER ITER. Fusion dans les étoiles. Jean Jacquinot, NT et énergies de demain 3 déc 08_

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1 La Fusion et ITER Fusion dans les étoiles ITER 1

2 L énergie Le défi du siècle!! 2006 en Chine: GW, 90% charbon! Capacité élec tot en France: 107 GW, 78% nucléaire Le gaz et le pétrole disparaissent Marché énergie Milliards par an L Europe est très dépendante pour son énergie Retour au charbon? effet de serre Maîtrise de l énergie, énergies renouvelables, fission, fusion La fusion: oui, mais elle a besoin de physique et de technologie 2

3 Fusion : l énergie du futur? D ici 2100, la part des énergies sans effet de serre ( GHG-free ) devrait augmenter par un facteur 20! Nucléaire incontournable Impact de la fusion? 20 DEMO ITER decision démarre GHG-free energy 10 CO2 2 T > 2 C? 6 milliards d habitants années Energy consumption (Gtoe) 30 8 to10 milliards d habitants

4 Fission / Fusion Fission Combustible : Uranium solide Fusion Combustible hydrogène: gaz U235 n Neutrons n + T + D ++ He n produisent les réactions en chaîne Hélium maintient la température du gaz Combustible de la fusion: deutérium et tritium Deutérium: se trouve dans les océans Tritium: fabriqué in situ à partir du Lithium 4

5 Pourquoi la Fusion? Combustible (D & Li) Abondant, bien distribué sur la planète: Deutérium: océans; Tritium: fabriqué in situ à partir du Lithium Radio toxicité Sûreté Pas d emballement Pas de matières fissiles Déchets Pas d accumulation à très long terme (faible radio toxicité après < 100 ans) 5

6 La fusion sur terre et dans les étoiles Soleil Confinement: Dimension: Durée: Pression: gravitation : m s 109 atm Tokamak JET/ITER magnétique : 10 m 400 s 2 atm Lasers sur cible inertiel : 10-2 m 10-8 s 109 atm Température ionique : 100 million deg énergie thermique = 10 kev Condition d'allumage : ntiτe ~ 1021 m-3.kev.s ~ 1 bar.seconde τe = temps de confinement de l énergie 6

7 La fusion dans les étoiles Le soleil vu par le satellite Soho Ultra violet lointain Fe XII, 195 A La gravité équilibre la pression du gaz; d= km! Le 3démon est dans le plasma! Jean Jacquinot, NT et énergies de demain déc 08_ 7

8 Le tokamak fonctionne grâce à un confinement par champ magnétique Le plasma est chauffé pour atteindre l ignition. La pression du plasma est compensée par les forces électromagnétiques. Principe du tokamak 8

9 Le réacteur à fusion Dans le coeur: D+T-> He+n Dans la parois: Li +n -> T + He 9

10 Les 26 Associations avec EURATOM sur la Fusion Entreprise commune JET ( présent) Euratom - CEA (1958) France Euratom ENEA (1960) Italy (incl. Malta) Euratom - IPP (1961) Germany Euratom - FOM (1962) The Netherlands Euratom - FZJ (1962) Germany Euratom - Belgian State Belgium (1969) (incl. Luxembourg) Euratom - RISØ (1973) Denmark Euratom UKAEA (1973) United Kingdom Euratom - VR (1976) Sweden Euratom - Conf. Suisse Switzerland (1979) Euratom - FZK (1982) Germany Euratom CIEMAT (1986) Spain Euratom IST (1990) Portugal Euratom - TEKES (1995) Finland (incl. Estonia) Euratom - DCU (1996) Ireland Euratom - ÖAW (1996) Austria Eur - Hellenic Rep (1999) Greece (incl. Cyprus) Euratom - IPP.CR (1999) Czech Rep. Euratom - HAS (1999) Hungary Euratom MEdC (1999) Romania Euratom Univ. Latvia Latvia (2002) Euratom - IPPLM Poland Euratom - MHEST Slovenia Euratom CU Slovakia Euratom INRNE Bulgaria Euratom LEI Lithuania (2005) (2005) (2007) (2007) (2007) 10

11 Progrès du produit n.t.tau gain in both n.t.tau and on discharge duration Need to gain another factor 3 à5 ITER et Demo: Physics milestone: Alpha particle heating (self heating) 11

12 Le JET Sans plasma Avec plasma 12

13 ITER : étape essentielle vers le réacteur Depuis 1970 progrès ~ sur n.t. τe et sur la durée des décharges Gagner encore un facteur 3 à 5 ITER et Démo JET 80 m3 ~ 16 MWth ITER 800 m3 ~ 500 MWth DEMO ~ m3 ~ MWth Q~1 10 sec 10 % Q ~ to CW 70 % Q ~ 30 CW 80 à 90 % Tore Supra 25 m3 ~0 Q~0 6 minutes 0% Auto chauffage

14 ITER : le cœur Environ 2 fois plus grand en taille que JET ITER JET TS R (m) MWth 500 MWth Auto- chauffage du plasma par les noyaux d hélium émis par la réaction de fusion Homo sapiens sapiens 14

15 Design validation: industrial partnership 15

16 Défis technologiques de la fusion ITER ITER cryostat Système magnétique Maintenance robotisée Réacteur Couvertures tritigènes et les matériaux de structure D+T+cendres Pompage D+T Chauffage et contrôle du plasma ITER T T Extraction des cendres et les éléments de première paroi D Li Séparation isotopique Production d électricité Cycle du He combustible D 16

17 The Nb3Sn conductors of the two ITER model coils CSMC 51 mm x 51 mmm40 ka 13 T TFMC Φ 40,7mm, 80 ka, 9.7 T 17

18 Les grandes étapes d ITER 1984 Résultats scientifiques JET, TFTR Sommets Gorbatchev-Mitterrand-Reagan-Tanaka Collaboration internationale Conception: Euratom, Japon, URSS, USA Ingénierie: 0,5 GW s, 4,5 milliards Négociations à 4 puis à 6 : Évaluations, statuts et organisation Choix entre 4 sites d implantation 28 juin 2005 Choix de Cadarache! Coût pour la France: 14% dont 10% des collectivités locales L Inde rejoint les 6 partenaires (32 pays!) Mise en place des structures. 21 nov 2006 Signature de l accord international à Paris 24 oct 2007 Traité ITER ratifié par tous. ITER IO en place 18

19 Etapes en cours Structures sur 3 niveaux: Organisation internationale siège Cadarache DG : Kaname Ikeda Directeurs personnes : fin 2008 Agences domestiques: Une agence par partenaire : fournitures en nature pour l Europe : l ELE siège Barcelone Structures françaises: Kaname IKEDA Coordination par B. Bigot Scientifique et industriel : Pôle sciences de la fusion renforcé Formation supérieure : spécialité de master co-habilitée sur 4 sites Agence ITER France : accueil, débat public, aménagement du site, licensing, démantèlement Région : transport charges lourdes, école internationale, logement Construction: revue projet, bâtiments

20 Le site de Cadarache I TE R: 2000 pers (construction) 1000 pers (exploitation) Centre CEA: 4500 pers Le site de Cadarache Site autonome d ITER Clôture du ce ntre Tore Supra CEA 20

21 Le chantier en juillet 21

22 Master Sciences de la fusion 10 universités + 5 grandes écoles

23 En résumé Paris, 21 nov 2006 L énergie : Défi majeur du siècle Nucléaire incontournable La fusion: Option énergétique attractive à long terme ITER: une étape décisive et une collaboration scientifique sans précédent 23