Réacteur et centrale

Transcription

1 FUSION Réacteur et centrale

2 Fusion > Sections efficaces 22

3 Fusion > Taux de réaction D T 1E-20 1E-21 1E-22 <v> 1E-23 1E-24 1E-25 1E-26 1E T (kev) m 3/sec v exp 0, 476 ln T 69 2, 2 5 T en KeV 33

4 Fusion > Tokamak > impulsion TOKAMAK Charge du transformateur Chute rapide pour claquage Montée du courant plasma Chauffage Ohmic + auxiliary Plateau, Descente du courant 44

5 Bilan de puissance SOURCES (i) PERTES (o) P i Pi,i P Pi,e Ions 3/2(nT i ) Electrons 3/2 (nt e ) Po,i Po,e P o = 3 n T E P, i P, e PR alphas neutrons P Pn Pf P n a T R 2 1 / 2 P f n D n T v E 2 n nd nt 4 n f 2 v E f 55

6 Fusion > Temps de confinement > Break even Sources = Pertes «Break-even» quand la puissance dans les produits de fusion est équilibrée celle injectée P P P i o R P i P f Ceci détermine la condition de «break-even» pour le produit n T E n E 1 v E f a T 4 Q = P f / P i = 1 1 / 2 66

7 Fusion > Temps de confinement > Ignition Pour l ignition ignition, l énergie dans les particules est recyclée et chauffe le nouveau D et T injecté. La réaction de fusion est alors maintenue avec P i = 0 i P P P 2 n P v E 4 o R Q devient infini n E T v E a T 1 / 2 7

8 Fusion >Temps de confinement Ignition BreakEaven 1E+23 1E+22 ntaue 1E+21 1E+20 1E T en kev 88

9 Fusion > Résultats De «Contemporary Physics Education Project» 99

10 Fusion > JET LE TOKAMAK LE PLUS GRAND AU MONDE 10

11 Fusion > Démonstration ti Q in P fus P in 0.62 Continu Q tot P fus 0.95 P loss P Source: Pamela-Solano, l EFDA-JET Watkins, JET 11

12 Fusion > Disponibilité de Tritium La disponibilité du Tritium et l auto suffisance en approvisionnement sont aussi critiques à la fusion que la démonstration de l ignition Enjeux Go No Go pour la Fusion: Il n existe pas de sources pratique de Tritium pour plus de quelques mois d opération DT. Il n existe pas d expérience en fusion pour démontrer la viabilité du cycle DT. 12

13 Fusion > Disponibilité de Tritium n + 6 Li = He +T MeV n + 7 Li = He +T 25M 2.5 MeV + n Le tritium est produit par l interaction entre les neutrons de fusion et le lithium dans une couverture autour du plasma Le lithium est abondant dans la nature. La concentration moyenne dans la croute terrestre est ~ 0.004% (mass) Les consommables sont le deuterium et le lithium 13

14 Fusion > Disponibilité de Tritium Consommation Énorme, sans précédent: 55.8 kg pour chaque GW pendant 1 an Production et coûts CANDU: 27 kg en 40 ans: $30M/kg Réacteurs à fission: quelques kg/an, $200M/kg!! (coûts projetés après la fin du T canadien) Plusieurs dizaines de réacteurs sont nécessaires pour alimenter un réacteur à fusion. stocks militaires? Conclusions ITER nécessite la regénération de T. Les réacteurs DT devront produire leur propre T.

15 ITER > Historique 1985 Sommet de Genève 1986 début CDA (Conception) US EU(Canada) J FR intérim EDA (Ingénierie) US EU(Canada) J FR EDA 2 (Ingénierie détaillée ) EU(Canada) J FR CTA (technique, négociations) EU Canada J FR 2005 Sélection du site (Cadarache France) Construction Expérience 2036 Mise hors service Coûts 8500 M$CAD Construction 8500 M$CAD Expérience <1000 M$CAD Mise hors service aspx 15

16 ITER 16

17 ITER > Paramètres 17

18 ITER > Programme Operation à Q=10 avec fenêtre de paramètres significative pour la longueur d impulsion cohérent avec les temps caractéristiques. Operation à Q élevé pour implulsions longues. Études des opération continues à Q=5 Atteindre l ignition controllée conditions 18

19 ITER > Confinement AUG JET ITER 19

20 ITER > Diagnostics 20

21 ITER > Rétention de T Estimé éde l inventaire i de T pour différents choix de matériaux. Joachim Roth et al., Jour. Nucl. Matter., (2009)

22 ITER > Neutronique Flux de neutron ~ / m 2 s pour 500 MW sur 100 m 2 Donc: Dommage Activation LOW ACTIVATION MATERIAL CANDIDATES FOR FUSION POWER PLANTS, C.B.A. Forty and N.P. Taylor, 22

23 ITER > Érosion inp : Taux d injection de gaz P PFR : Pression dans les déflecteurs q pk : Flux de chaleur maximal sur les plaques Z eff : Charge effective Phys. Scr. T138 (2009) (4pp), V Kotov, D Reiter, A S Kukushkin and H D Pacher V out : Vitesse radial au SOL extérieur 23

24 ITER > Choix de matériaux Nombre de décharges requises pour atteindre la limite de sécurité pour l érosion, la création de poussière et l inventaire de tritium. Joachim Roth et al., Jour. Nucl. Matter., (2009)

25 ITER > aujourd hui Le 28 février 2009, «ITER Construction débutée Achats et contrats alloués Organization» compte 356 employés: 235 professionnels et 121 soutien. Les sept Parties sont représentés parmi les professionnels: 141 de EU, 10 de l Inde, 19 du Japon, 15 de la Chine, 16 de la Coré, 17 de la Russie, et 17 des États-Unis. 25

26 ITER > Défis Modélisation Matériaux Résistance aux charges et chocs thermiques Activation Couverture T Génération (breeding) > 1 (Pour toutes les filières) Manipulation robotique Assemblage Entretien Taux de répétition Confinement tinertiel : 1 à 10 coups par seconde pour Confinement magnétique: décharges de l ordre de ~1000 sec dans ITER 26

27 Fusion > «To Do List» 27

28 ITER vs DEMO 28

29 Centrale thermonucléaire Scénario de remplacement du carburant fossile liquide: Fusion fourni l électricité nécessaire à la production de l hydrogène pour les piles à combustible. De «La fusion thermonucléaire, une chance pour l humanité», J. Ongena, G. Van Oost et Ph. Mertens,