Partie C
: 2-2ème temps : l'éventualité d'une application
industrielle
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Partie C
: 2-2ème temps : l'éventualité d'une application
industrielle
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D’importants problèmes supplémentaires devront être surmontés en vue de la construction d’un réacteur : récupération d’énergie, fréquence de tirs, production du tritium…Le seul fait qu’il existe déjà des idées et des projets (parfois d’envergure) de réacteurs prouve s’il en est encore besoin tout l’intérêt porté à cette nouvelle énergie à bien des égards révolutionnaire.
Deux problèmes interviennent dans la limitation de la fréquence de tirs et donc de la rentabilité d’un éventuel réacteur . En premier lieu, comme on l’a étudié dans la partieC 1.1., les vecteurs d’énergie doivent pouvoir être utilisés à pleine puissance une dizaine de fois par seconde. On a vu que cela mettait définitivement hors course le laser au verre ; quant au laser au Kr ,il pourrait devenir très intéressant à condition qu’il bénéficie du même type d’investissements que le premier. Enfin, de récents rapports aux USA ont mis en évidence tout l’intérêt de développer la technologie des réacteurs d’ions lourds qui permettrait d’atteindre sans problème des cadences acceptables.
Deuxième problème : si l’on veut imploser 10 cibles par seconde, il faut:
La solution serait sans doute d’irradier les cibles en vol, mais comment ? Voilà toute la question !
La totalité de l’énergie dégagée étant dissipée dans la chambre, celle ci devra être refroidie par un fluide caloporteur qui transportera cette chaleur à l’extérieur jusqu’au générateur d’éléctricité. La température du fluide en sortie de chambre résultera d’un compromis entre la valeur maximale admissible pour la résistance des matériaux et un rendement énergétique le plus élevé possible.
2.3.Quelques projets de réacteurs : les idées directrices
Plusieurs structures de chambres ont été proposées pour satisfaire à ces contraintes. Le problème crucial et le seul à vrai dire sérieusement étudié à l’heure actuelle, est celui de la première paroi matérielle en vision directe de la micro explosion.
HYLIFE : Le vecteur d’énergie est un laser (4.5 MJ) mais le principe pourrait fonctionner avec des faisceaux d’ions lourds. Les gains de cibles sont escomptés à 400 (ce qui est peut être un peu optimiste vu les résultats actuels de recherche sur le transfert de l’énergie à la cible).
La chambre est protégée par un rideau de fluide de 74 cm d’épaisseur constitué de 175 jets de lithium liquide, de 20 cm de diamètre chacun se propageant à une vitesse de 13 m/s. La chambre se trouve ainsi refroidie par la circulation du lithium qui cède la chaleur reçu à un fluide secondaire lequel échange avec de la vapeur surchauffée qui fait tourner les turbines des alternateurs (rendement de conversion de 39% et de 32% en comptant l’énergie réinvestie dans le vecteur).
Deuxième idée porteuse : des réflecteurs en graphite situés sur les parois de la chambre permettrait de renvoyer des neutrons lents sur le lithium générant ainsi du tririum selon la réaction vue au début de ce dossier. En fait, on fait passer le lithium liquide sur un mélange de sels fondus dans lequel se dissout le tritium formé. Le taux de régénération pourrait atteindre 1.7, ce qui peut être utile dans la phase de démarrage d’un réacteur.
TANAKA : L’idée dans ce projet japonais est de ne pas utiliser de lithium dont l’exploitation ets dangereuse et coûteuse. Il utiliserait donc peu de tritium, ce qui présente l’avantage de minimiser les risques dûs à la présence de matière hautement radioactive. Les cibles serait mixtes : un cœur de DT dont la fusion dégagerait suffisamment d’énergie pour faire fusionner une enveloppe en DD ou D- 3He . Cela nécessiterait un vecteur d’énergie beaucoup plus puissant (30 MJ), d’où l’intérêt encore des accélérateurs d’ions lourds..
La chambre serait protégée par un rideau de plomb liquide.
Ce projet un peu fantaisiste avec les moyens actuels présente des concepts intéressants au niveau de la sécurité et des manipulations liées à la régénération du tritium.
CASCADE : C’est le projet le plus soigné actuellement et l’un des plus séduisant à tous les niveaux.
Le matelas protecteur de la chambre est un matelas de granules d’une céramique à base de lithium qui est maintenu contre la paroi par une force centrifuge : la chambre tournerait donc sur elle même à raison de 50 tours par minutes.
Le matelas est constitué de trois couches : une en carbone de 10 mm en vue directe de la cible et dont le but est la protection des granules de céramique dont la résistance aux flux neutroniques n’est pas très bien connue, mais sans doute pas excessivement élevée ; une intermédiaire en oxyde de bérylium de 90 mm ; et une très épaisse (900mm) de LiAlO2 qui glisse sur la paroi interne de la chambre et dans laquelle s’effectue la régénération du tritium. De plus il s’établit des gradients de température dans ces 3 couches permettant par leur circulation dans un échangeur de chaleur granules-hélium puis le passage dans des turbines à gaz d’obtenir des rendements de conversion chaleur-électricité de plus de 50% !
La sécurité de ces réacteurs est particulièrement bonne en comparaison des réacteurs à fission actuels : en cas d’incidents il suffit d’arrêter l’irradiation des cibles pour que la radioactivité chute rapidement ; des quantités de matière nucléaire faibles ; des rendements énergétiques de l’ordre de 50% induiraient une pollution thermique plus faible que pour les centrales actuelles. Le seul problème pourrait résider dans la forte inflammabilité du lithium liquide (projet HYLIFE) au même titre que le sodium liquide ; problème inexistant dans les 2 autres projets.
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