Thread by @Gregdt1

Helion energy a levé 500 millions de $ pour développer un réacteur de fusion fonctionnant avec de l’hélium-3. Avec un engagement de 1.7 milliard à suivre.
Mais pourquoi l’hélium-3 et comment ça marche ?
#thread

techcrunch.com/2021/11/05/hel…

Quasiment tous les concepts de fusion se concentrent sur la réaction entre le deuterium et le tritium, car c’est celle qui a la probabilité de réaction la plus élevée- et de loin. Dans ITER il faut une température de 150 millions de degrés.

Problème : la réaction produit des neutrons très énergétiques qui endommagent les matériaux. Un réacteur de fusion aurait des niveaux d’irradiation très élevés. Cela génère des déchets (pas à vie longue) et fragilise les matériaux

D’autres réactions sont possibles. Parmi celles-ci, celles entre le deutérium et l’hélium-3 a connu son heure de gloire dans les années 1990. L’helium-3 n’existe pas sur Terre (25kg à peu près, et principalement formé par décroissance du tritium.

Certains imaginaient aller chercher de l’helium-3 sur la Lune- car le vent solaire en implante constamment dans la surface.
esa.int/Enabling_Suppo…

Un autre intérêt est que cette réaction forme de l’hélium et de l’hydrogène MAIS pas de neutron. On dit que le procédé est aneutronique. Ce qui signifie, en théorie pas de déchets ni de problème de matériaux.

Première difficulté : la température nécessaire est 4 fois supérieure à celle dans ITER, soit 600 millions de degrés. A ces températures le plasma perd beaucoup d’énergie par rayonnement.

2 types de rayonnement : le rayonnement de freinage (bremsstrahlung) dû au ralentissement des particules du plasma, et le rayonnement synchrotron créé par le mouvement déplacement des particules dans le champ magnétique

Il faut donc un plasma suffisamment chaud pour minimiser le rayonnement de freinage et pas trop chaud pour minimiser le rayonnement synchrotron. Dans tous les cas, on pert de l’énergie par rayon

Dans un plasma de fusion une valeur très importante est béta : le rapport entre la pression du plasma et la pression magnétique. Il y a une limite theorique au dessus de laquelle le plasma ne peut pas aller

Pour un réacteur D-3He, le produit de béta et du temps de confinement devra être au moins 25 fois plus élevé que dans un plasma D-T. Des performances jamais atteintes expérimentalement.

Les tokamaks ont des valeurs de béta de quelques pourcents. D’autres configurations comme les Field-Reversed Configurations qui peuvent atteindre des valeurs bien plus élevées. Les FRC confinent par deux champs magnétiques qui s’opposent au centre

Des valeurs de béta proche de 100% ont été démontrés par TAE- mais les temps de confinement sont encore bien trop faibles par rapport à ce qui est nécessaire.

nature.com/articles/ncomm…

Le fait de ne pas avoir de neutrons est un avantage mais aussi une difficulté. En effet dans la fusion D-T, les neutrons n’étant pas confinés, ils bombardent la couverture du réacteur et on récupère l’énergie thermique.
Extraction de puissance :

https://twitter.com/Gregdt1/status/1360598040755773440

On a donc génération de vapeur comme dans un réacteur nucléaire à fission :

Dans le cas de la fusion D-3He, en théorie il n’y a pas de neutron. En théorie ? Oui car on peut avoir des réaction D-D qui elles forment du tritium. Et la réaction D-T est bien plus facile, donc tout le tritium produit réagit, et on forme quelques neutrons.

Mais il y en a peu. Pour la fusion D-3He, il faudra donc de la conversion directe : convertir l’énergie cinétique du plasma directement en une tension électrique et donc en électricité. Plusieurs concepts ont été proposés

Aucun n’a jamais été démontré à l’échelle et c’est assez difficile d’un point de vue technique. Helion semble vouloir utiliser un concept de type convertisseur MHD. En théorie le rendement de conversion serait bien meilleur qu’un cycle de Carnot.

sciencedirect.com/topics/enginee…

Une autre option est d’utiliser un système de rideaux vénitiens et de séparer les ions et les électrons par des grilles à des potentiels différents. Le risque de formation d’arcs électriques est assez élevé. Mais la géométrie nécessaire s’applique bien au FRC

Reste un énorme problème : où trouver de l’hélium-3 ?
Helion propose de le fabriquer à partir de la fusion D-D. La réaction a 2 chemins equi-probables. L’une formant du tritium, l’autre de l’hélium-3

Mais dans les 2 cas, la probabilité de la réaction D-D est très faible, donc le rendement de l’opération n’est pas extra.
La Lune en contient en théorie beaucoup
usbeketrica.com/fr/article/la-…

Le FRC est le concept utilisé par TAE, qui a été fondée en 1998 (depuis 23 ans donc…). Les FRC ont des performances encore très inférieures à celles du tokamak

Helion promet de démontrer la production d’électricité par leur process en 2024… le planning le plus ambitieux.
A suivre donc…

cnbc.com/2021/11/05/sam…

@MrBidouille autre chose que ITER ça ;-)

@VLecrubier Ca devrait vous intéresser

Et rappel, tous mes threads sur la fusion sont à retrouver ici:

https://twitter.com/Gregdt1/status/1373675087543599108?s=20