Introduction  (page 1, 2, 3, 4 , 5)  

8 - Le chauffage du plasma

Quelle que soit la façon dont on a créé le plasma à l'intérieur d'une structure de confinement, il n'a jamais d'emblée la température requise pour les réactions de fusion. Trois méthodes sont possibles pour chauffer un plasma :

• le courant qui circule dans le plasma sert également à chauffer le plasma par effet Joule. Ce dernier reste efficace jusqu'à une température de l'ordre de 10 millions de degrés. Au delà, la résistivité du plasma devient trop faible et l'efficacité de cette méthode décroît. Dans un Stellarator, il n'y a pas de courant central et donc pas de chauffage ohmique.
  
  

• le chauffage par injection de neutres consiste à créer et accélérer un faisceau d'ions, en dehors de la machine de confinement. Ce faisceau est ensuite neutralisé avant de pénétrer dans le plasma où les particules sont ionisées et confinées par le champ magnétique. Les collisions redistribuent l'énergie et la température du plasma augmente.

Dans un réacteur de fusion thermonucléaire à confinement magnétique, la température du plasma pourrait être amenée au niveau adéquat par une combinaison des méthodes ci-dessus. Lorsque les réactions de fusion sont en nombre important, l'énergie portée par les noyaux d'hélium reste confinée dans le plasma et contribue à son chauffage. Si cette contribution devient égale à l'énergie perdue par le plasma, alors les méthodes de chauffage ci-dessus ne sont plus nécessaires. Le plasma thermonucléaire est alors autoentretenu : on dit qu'il est en ignition. Si l'on définit le facteur d'amplification comme étant le rapport entre la puissance totale générée par le plasma et la puissance de chauffage injectée dans le plasma, alors ce facteur d'amplification est infini si le plasma est autoentretenu. Lorsque ce facteur est égal à l'unité, le plasma fournit autant d'énergie qu'on lui en injecte. Cette dernière condition s'appelle le "break even". Le tokamak européen JET a réalisé des plasmas proches du "break even".

L'animation ci-dessus montre les séquences de d'amorçage du plasma

9 - Les grands résultats

Depuis l'avènement des tokamaks vers 1970, la puissance de fusion des plasmas générés par les diverses installations de par le monde a été multipliée par 10 000 millions. De nombreux et importants résultats ont été obtenus dans tous les domaines, que cela soit au niveau de la physique ou des technologies utilisées. 

 
Progression de la puissance fusion au cours du temps

Si l'on ne devait retenir que deux grands résultats, ce serait :

Pour obtenir un plasma performant, celui-ci doit satisfaire à des critères de densité (il doit y avoir un nombre suffisant de noyaux) et de température (ces noyaux doivent être à des températures de plusieurs millions de degrés). Il faut aussi que l'énergie portée par les noyaux d'hélium reste confinée dans le plasma suffisamment longtemps. La durée pendant laquelle l'énergie reste confinée dans le plasma est appelée "temps de confinement de l'énergie" et elle varie avec le carré du grand rayon du plasma. Cette effet de taille est une des caractéristiques (intrinsèques) des installations de fusion : les plasmas performants sont obtenus dans des installations de grande taille. 

Les critères ci-dessus (densité, température, temps de confinement) ont été obtenus de façon non simultanée dans les installations expérimentales actuelles. La communauté des chercheurs et ingénieurs impliqués dans les études sur la fusion contrôlée magnétique est maintenant prête à effectuer un pas supplémentaire : démontrer la maîtrise de la combustion entretenue d'un plasma deutérium-tritium sur des temps longs. Ce sera l'étape suivante et le principal objectif de la prochaine machine expérimentale internationale (ITER).