Tritium: changer le plomb en or

MAG MAG 8

-Robert Arnoux

pour produire de l’énergie à partir de la fusion d’atomes légers, la nature offre une douzaine de combinaisons possibles. Un seul est accessible dans l’état actuel de la technologie: la fusion des isotopes de l’hydrogène(1) deutérium et tritium.,

alors que « l’ordinaire » de l’hydrogène (H) contient un proton, son isotope 3H (tritium) contient un proton et deux neutrons. Le Tritium est un élément radioactif avec une demi-vie de 12,3 ans et une désintégration bêta de faible énergie. Sa radioactivité est si faible qu’il peut être arrêté par la peau ou un simple morceau de papier. Le Tritium ne présente un danger pour la santé que s’il est ingéré ou inhalé après association avec d’autres éléments (eau tritiée, par exemple). La gestion du Tritium chez I fera l’objet d’une réglementation et de procédures strictes.,

Mais voici le défi. Alors que le deutérium peut être facilement extrait de l’eau de mer, qui contient 33 milligrammes par mètre cube, le tritium est beaucoup plus difficile à s’approvisionner.
dans la nature, le tritium ne se trouve qu’à l’état de traces. L’effet des rayons cosmiques sur les couches les plus externes de l’atmosphère terrestre produit de quelques grammes à quelques kilogrammes chaque année (les estimations varient). Quelques dizaines de kilogrammes sont également dissous dans les océans à la suite d’essais nucléaires atmosphériques effectués entre 1945 et 1980.,
de petites quantités de tritium sont également produites par les réacteurs nucléaires de type CANDU-de l’ordre de 100 grammes par an pour un réacteur de 600 MW, soit environ 20 kilogrammes par an à l’échelle mondiale. Ce stock, inutilisé aujourd’hui, suffira à alimenter I pour les quinze années de sa campagne deutérium-tritium.
À plus long terme, cependant, il sera nécessaire de développer des solutions pour la production à grande échelle de tritium. On estime que chaque réacteur de fusion nécessitera de l’ordre de 100 à 200 kilogrammes par an.,
La Nature, comme si elle anticipait le problème, offre une solution qui allie élégance et efficacité—la réaction de fusion elle-même peut produire le tritium qui à son tour alimentera la réaction. De plus, le processus se déroule dans la cuve à vide dans un cycle continu et fermé.
Lorsqu’un noyau de deutérium fusionne avec un noyau de tritium à l’intérieur du plasma de fusion, les protons et les neutrons sont recombinés en un atome d’hélium et un neutron. La charge électrique de l’atome d’hélium le fait rester piégé dans la cage magnétique qui confine le plasma., Le neutron, quant à lui, s’échappe à grande vitesse et heurte les parois de la cuve à vide, chauffant l’eau qui circule sous pression et initiant un processus qui—dans les futurs réacteurs—créera de l’électricité.

Six modules de couverture d’essai expérimental contenant du lithium seront montés à L’intérieur de la cuve à vide I pour tester les concepts de reproduction du tritium.

Le neutron peut servir un autre but, cependant., Lorsqu’il frappe un atome de lithium-6(2), il perturbe ses éléments constitutifs (3 protons et 4 neutrons) et les réorganise en un atome d’Hélium (2 protons, 2 neutrons) et un atome de tritium (1 proton, 2 neutrons) tout en libérant de l’énergie.
du point de vue de la physique, alors, le problème est résolu—le tritium peut être produit dans le tokamak si le lithium est inclus dans les parois du navire., Il s’agit maintenant de développer les solutions technologiques qui permettront aux scientifiques et aux ingénieurs de traduire les principes de la physique en un cycle productif d ‘ « autosuffisance en tritium » dans les réacteurs de fusion de demain.
Luciano Giancarli s’intéresse à la question depuis près de 30 ans. Chez I, il dirige la section chargée de la mise en œuvre du programme test Blanket Module (TBM)—modules de blanchet expérimentaux contenant du lithium qui seront montés à l’intérieur de la cuve à vide I pour tester les concepts de sélection du tritium., « Le premier défi est le rapport entre les neutrons générés par la réaction de fusion et les atomes de tritium réellement produits », explique-t-il. « Pour que le système fonctionne, le rapport doit être supérieur à 1, ce qui signifie que—entre le neutron et sa cible au lithium—nous aurons besoin d’un « multiplicateur de neutrons » comme le plomb ou le béryllium.(3) « 
les membres D’I ont développé un certain nombre de concepts qui seront testés dans des conditions à l’échelle des réacteurs dans I., Bien que les modules TBM soient tous basés sur le même principe (la réaction entre le neutron et le lithium-6), chacun est unique par son architecture, ses matériaux structurels, son système de refroidissement, la forme de son lithium (solide ou liquide) et la manière dont le tritium sera extrait.
a L’intérieur du Tokamak I, six espaces ont été réservés aux modules d’élevage. L’Europe prévoit deux systèmes TBM; la Chine, L’Inde, le Japon et la Corée sont responsables des quatre autres., (Quant aux États-Unis et à la Russie, ils participent au programme en fournissant des données importantes pour la réalisation des systèmes.)

I offrira une occasion unique de tester des couvertures de reproduction expérimentales, appelées modules de couverture de Test, dans un environnement de fusion réel.

bien que les résultats des expériences de sélection du tritium soient ouverts à tous les membres, chaque fournisseur gardera les détails de fabrication secrets en raison des enjeux commerciaux élevés liés à la production de tritium.,
 » Nous estimons que, dans les conditions de fonctionnement D’i, la capacité de production maximale de chacun des modules d’essai sera de l’ordre de 20 milligrammes par jour. Dans un tokamak commercial, cette production sera à égalité avec la puissance de la machine—de l’ordre de 150 grammes par jour et par gigawatt », explique Luciano.
la phase de conception de chacun des systèmes TBM est maintenant terminée. Tout comme les autres éléments de la machine I, ces concepts de sélection du tritium seront disséqués, analysés et examinés par un comité spécial avant approbation formelle., Les activités de Fabrication devraient commencer en 2020.
Pour atteindre les objectifs D’I et ceux, dans un sens plus large, pour l’avenir de la fusion, les six modules TBM joueront un rôle fondamental. En démontrant leur capacité à transformer un élément aussi commun que le plomb sur Terre (le lithium) en tritium plus rare et précieux, ils ouvriront la voie à l’exploitation industrielle et commerciale de l’énergie de fusion.
1-la plupart des éléments du tableau périodique existent sous différentes formes appelées isotopes. Les isotopes d’un même élément diffèrent dans la composition de leur noyau atomique., Dans une réaction chimique, ils agissent de manière identique; dans une réaction nucléaire, les isotopes peuvent agir de manières très différentes.
Le 2-Lithium-6 est un isotope de lithium stable présent dans le lithium naturel au niveau de 7,5%.
3-lorsqu’un neutron frappe un atome de plomb ou de béryllium, sa structure atomique est perturbée. Après avoir absorbé le neutron, l’atome perturbé éjecte deux neutrons-ce qui augmente le nombre de neutrons disponibles pour générer, dans un deuxième temps, du tritium à partir du lithium-6 contenu dans les modules.