#Fusion101
Le lithium est un métal critique pour la transition énergétique, notamment pour les batteries. Mais c’est aussi un métal très important pour la fusion, pour 2 raisons.
#Thread
Sur Terre, la réaction de fusion la plus simple à réaliser est celle entre 2 isotopes de l’hydrogène : le deutérium et le tritium
« Simple » est un euphémisme puisqu’il faut tout de même une température de 150 millions de degrés. Mais on sait faire de façon routinière (on a atteint plus de 500 millions à la fin des années 1990s)
Le deuterium est naturellement présent sur Terre, son abondance est d’environ 1 atome de deuterium pour 6500 atomes d’hydrogène dans l’eau de mer. Ou : 33g de deutérium pour 1m3 d’eau de mer
iter.org/fr/sci/fusionf…
Le tritium lui est radioactif est a une durée de demi-vie de 12.3 ans. Il n’en existe donc que très peu sur Terre : on estime à environ 25kg la quantité présente sur Terre (principalement produit par des réacteurs à eau lourde)
Un réacteur de fusion de 500 MWth aura besoin d’environ 30kg de tritium par an, ce tritium devra donc être produit, directement dans le réacteur lui-même (tritium breeding en anglais)
Pour ce faire, on utilisera du lithium. Le lithium absorbe les neutrons formés par la réaction de fusion et forme du tritium, qu’on peut récupérer et réinjecter dans le réacteur.
Le lithium sera présent dans la « couverture » qui entoure le plasma. Voir ici le design considéré pour DEMO, le démonstrateur européen.
sciencedirect.com/science/articl…
La production de tritium n’a jamais été démontré à l’échelle. ITER testera des modules (Tritium Breeding Modules) de production de tritium basés sur différents concepts- mais ils produiront des quantités très faibles
Mais le lithium a aussi des propriétés remarquables pour la fusion : sa très forte réactivité avec les impuretés (oxygène, carbone) permet de maintenir un plasma très propre et d’améliorer les performances.
Les effets ont été découverts dans le tokamak TFTR aux USA. Couvrir les parois d’une couche très fine de lithium (dizaines de nanomètres) permettait d’augmenter de façon très significative les performances
Pourquoi ? Car dans une enceinte de fusion il y a beaucoup plus de particules sur les parois que dans le plasma. Changer les conditions sur les parois affecte fortement les performances…
De plus le lithium fond à 180 degrés, une température très basse surtout au vu des conditions d’un plasma de fusion. L’endommagement des matériaux est d’ailleurs un défi de taille.
Du coup, pourquoi ne pas utiliser directement un métal liquide (comme dans Terminator) ? On peut continuellement remplacer ce qui est perdu, et l’endommagement est supprimé. Beaucoup de concepts sont à l’étude, notamment avec du lithium
Le tokamak EAST en Chine a déjà testé plusieurs concepts de composant à base de lithium liquide. Cela pose pas mal de soucis de stabilité : un fluide métallique qui bouge dans un champ magnétique fort en présence de courants électriques…
sciencedirect.com/science/articl…
D’autres métaux (Etain, comme pour la soudure) sont à l’étude, mais ils ne possèdent pas les propriétés magiques du lithium- ce sera le sujet d'un autre thread.
Merci d'être allé au bout
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