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.
- le plasma peut absorber l’énergie d’ondes électromagnétiques aux fréquences caractéristiques du milieu. Ce chauffage par ondes électromagnétiques est transmis au plasma par des antennes qui tapissent une partie de l’enceinte de confinement. Le choix de la fréquence permet de définir l’espèce de particules (ions ou électrons) qui sera chauffée et la région où se fera l’absorption de l’onde et donc le chauffage.
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 ».
The above animation shows plasma start-up sequences