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Concept
Tokamak sphérique
Résumé
thumb|Intérieur d'un tokamak sphérique.
Un tokamak sphérique est un dispositif de confinement magnétique de plasma de type tokamak permettant d'obtenir des réactions de fusions de nucléons. Un tokamak sphérique a un solénoïde central beaucoup plus fin qu'un tokamak classique. Une telle installation serait susceptible d'être utilisée pour produire de l'électricité.
Le fonctionnement se base sur le principe du tokamak traditionnel torique mais en fonction des expérimentations faites à ce jour, le rapport entre le rendement énergétique et le volume de plasma confiné serait d'un ordre supérieur et la stabilité du plasma serait aussi bien meilleure (certaines estimations évoquent un ordre 10 fois supérieur). La recherche est beaucoup plus jeune que celle sur les tokamaks toriques, les expériences sont en plus faible nombre et sur des dispositifs de plus petite taille. Les estimations sur les potentialités de ce type de tokamak restent donc à confirmer avant de pouvoir passer à l'étape de la construction d'un dispositif « démo » (préfiguration d'un réacteur produisant de l'énergie). Mais actuellement la priorité est donnée au tokamak traditionnel qui en est à l'étape de « pré-démo » avec la construction d'ITER.
Les tokamaks sphériques représentent une classe de tokamaks dont le rapport de forme est très inférieur à celui d’un tokamak torique et se rapproche le plus possible de 1. Les premiers tokamaks toriques présentaient un rapport de forme autour de 4,5, les tokamaks toriques plus récents sont autour de 3 et la prétention des tokamaks sphériques est de descendre au-dessous de 1,25.
vignette|upright=1.2|Schéma 1 : rapport de forme du tokamak sphérique comparé au tokamak torique.
Le rapport de forme se définit comme le rapport entre le « rayon majeur » (distance entre l’axe du tokamak et l’axe du champ magnétique) et le « rayon mineur » (distance entre la limite externe du flux plasmatique et l’axe du champ magnétique).
Le schéma 1 représente une coupe polaire d'un plasma d’un tokamak sphérique (en vert) et d'un plasma d’un tokamak torique (en mauve).
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Sphéromak
Un sphéromak est un arrangement de plasma prenant la forme d'un vortex toroïdal (un tube courbé refermé sur lui-même). Le terme sphéromak n'est pas un synonyme de tokamak sphérique. Le sphéromak contient de grands courants électriques internes avec les champs magnétiques associés. Ils sont disposés de manière que les forces magnétohydrodynamiques à l'intérieur du sphéromak soient presque équilibrées, ce qui permet d'obtenir des temps de confinement de longue durée (microsecondes) sans champs externes.
Bêta (physique des plasmas)
The beta of a plasma, symbolized by β, is the ratio of the plasma pressure (p = n kB T) to the magnetic pressure (pmag = B2/2μ0). The term is commonly used in studies of the Sun and Earth's magnetic field, and in the field of fusion power designs. In the fusion power field, plasma is often confined using strong magnets. Since the temperature of the fuel scales with pressure, reactors attempt to reach the highest pressures possible. The costs of large magnets roughly scales like β1⁄2.
Fusion par confinement magnétique
La fusion par confinement magnétique (FCM) est une méthode de confinement utilisée pour porter une quantité de combustible aux conditions de température et de pression désirées pour la fusion nucléaire. De puissants champs électromagnétiques sont employés pour atteindre ces conditions. Le combustible doit au préalable être converti en plasma, celui-ci se laisse ensuite influencer par les champs magnétiques. Il s'agit de la méthode utilisée dans les tokamaks toriques et sphériques, les stellarators et les machines à piège à miroirs magnétiques.