Deutérium un don précieux du Big Bang
A Tore Supra, des expériences avec des plasmas de deuterium sont en cours pour les vingt-deux dernières années. L'installation consomme en moyenne trois kilos de deuterium par an.
Deuterium est né dans les premières minutes qui ont suivi le Big Bang, lorsque des protons et des neutrons frénétiquement dans la soupe appairés primordiale, un milliard degré qui allait devenir l'Univers.
Comme la soupe refroidit légèrement, puis les noyaux de deutérium appariés pour devenir l'hélium (deux protons, deux neutrons), tandis que les protons simples vivaient sur des noyaux d'hydrogène isolés. Primordial matière a donc été séparé en deux parties inégales: l'hélium d'un quart; les trois quarts de l'hydrogène.
Le processus, cependant, n'a pas été complètement approfondie; un petit pourcentage de noyaux de deutérium, aussi appelé deutérons, est resté comme ils l'étaient-apparié et solitaire et ont ensuite été brûlés dans les étoiles avec l'hydrogène.
Les deutérons qui ont survécu aux fours stellaires éventuellement deux-à-un combinées pour des atomes d'oxygène et se trouvent maintenant dans l'eau de mer dans la concentration de 33 milligrammes par litre.
L'hydrogène, deutérium et de tritium sont très proches cousins. D'un point de vue chimique, ils sont assez similaires. En ce qui concerne la physique cependant, leurs propriétés sont très différentes.
Ce deuterium de l'extraction d'eau de mer est un procédé industriel simple et bien fait ses preuves. « L'eau lourde », ou D2O (eau dans laquelle les substituts du deutérium de l'hydrogène), est d'abord séparé de l'eau ordinaire par des procédés d'échange chimique, et est ensuite soumis à une électrolyse pour obtenir du gaz de deutérium.
De toutes les réactions de fusion possibles, celle qui implique le deuterium (D) et l'autre isotope lourd de l'hydrogène tritium (T) est le « plus facile » à réaliser dans l'état actuel de la technologie. Malgré quelques inconvénients tels que la production de neutrons très énergétiques, et le fait que le tritium est une réaction d'élément radioactif légèrement le DT restera probablement pendant longtemps à venir, la seule façon de produire de l'énergie de fusion viable.
À ce jour, seulement JET et TFTR tokamak américains ont brûlé les « combustibles de fusion réelle » (deutérium et tritium) et produit des niveaux significatifs de l'énergie de fusion. tokamaks actuels ou stellarators toutes leurs expériences avec conduisent « deuterium seulement », dont le comportement des plasmas en termes de confinement, de chauffage et générale « la technique du plasma » est très proche de celle d'un plasma DT.
de l'autre côté de la clôture du CEA, des expériences avec des plasmas de deuterium sont en cours pour les vingt-deux dernières années. L'installation consomme en moyenne 3 kilos de deuterium par an, remis à Cadarache sous la forme de réservoirs 50 litres à une pression de 200 bars (
10 mètres cubes à la pression ambiante). Deuterium est acheté auprès d'une société commerciale et coûte environ 4.000 euros par kilo.
« Contrairement à de nombreux pays, et contrairement aussi à l'AIEA, la France considère deuterium comme matière nucléaire », explique François Saint-Laurent, un physicien de fusion à l'Institut de recherche du CEA sur la fusion magnétique (IRFM) et l'un des cinq Tore pilotes Supra. « Cela implique un suivi très strict des quantités de deuterium que nous stocker et à utiliser dans la machine. »
François Saint-Laurent, l'un des cinq Tore Supra « » pilotes « », tient un décompte minutieux de chaque noyau de neutrons et de tritium produit par l'installation.
La vitesse des réactions de fusion dans un plasma de deutérium-seulement est si faible qu'il est presque insignifiant: à une température donnée, il est de 1.000 à 10.000 fois inférieure à celle d'un plasma DT.
« Cependant, certaines quantités infinitésimales de neutrons, le tritium et l'hélium-3 sont produites dans des installations comme Tore Supra. (DD réactions présentent une 50/50 probabilité de générer soit un proton et un noyau de tritium, ou un neutron et un noyau d'hélium-3 ).
Par conséquent, François Saint-Laurent conserve un compte méticuleux de chaque noyau de neutrons et le tritium produit. « L'activation qui s'ensuit est très faible, si faible, en fait, que nous pouvons entrer dans l'enceinte à vide un jour ou après que nous accomplissons une campagne. »
Deuterium a fait de la recherche de fusion possible. En combinaison avec le tritium, celui-proton / élément d'un neutron primordial sera bientôt ouvrir la voie à la production de l'énergie de fusion.
Deuterium est en effet l'un des dons les plus précieux du Big Bang.