Magnetic Fusion Basics
Les principes de base de la fusion par confinement magnétique
DSM/DRFC/SCCP, Association Euratom CEA, Cadarache (France)
At the core of the sun and stars, light nuclei combine - or fuse - to create heavier nuclei. This process releases a significant quantity of energy and is the source of the heat and light that we receive. Harnessing this type of reaction on earth for the purpose of generating energy would open the way to almost unlimited resources. This is the aim of fusion research undertaken by the leading industrial nations.
The main principles for mastering fusion energy on earth will be described in this paper. After a reminder of the main fusion reactions and the conditions to obtain fusion, this document will focus on the magnetic fusion based concepts. The magnetic confinement principles (particle trajectories, confinement time, Q factor, particles and heat transport, confinement methods, stability limits …) will be exposed with a special emphasis on the Tokamak configuration. The role of the main components of such device will be described: magnetic system, plasma facing components including divertor, fuel injection, heating systems, diagnostics …
Methods for creating, heating and mastering plasma inside a tokamak will be explained and specifi cities due to long plasma duration capabilities will be pointed out (plasma wall interactions…).
Résumé
Au coeur du soleil et des étoiles, les noyaux légers se combinent - ou fusionnent - pour créer des noyaux plus lourds. Ce processus libère de l’énergie et il est la source de la chaleur et la lumière que nous recevons. Maîtriser ce type de réaction sur Terre afin de produire de l’énergie ouvrirait la voie à des ressources presque illimitées. C’est le but des recherches sur l’énergie de fusion menées par les principales nations industrielles.
Les principes de base permettant la maîtrise de l’énergie de fusion sur Terre sont décrits dans cet article. Après un rappel des principales réactions de fusion et des conditions pour obtenir la fusion, l’article se focalise sur la fusion par confinement magnétique. Les principes du confinement magnétique (trajectoire des particules, temps de confinement, le facteur Q, le transport des particules et de la chaleur, les méthodes de confinement, les limites de stabilité…) sont exposés avec une attention spéciale portée à la configuration “tokamak”. Le rôle des composants principaux d’un tel dispositif est décrit : système magnétique, composants face au plasma incluant le “divertor”, injection de combustible, systèmes de chauffage, diagnostics…
Des méthodes pour créer, chauffer et maîtriser le plasma au sein d’un tokamak sont expliquées et les spécificités dues aux décharges plasma de longue durée sont précisées (interactions du plasma avec les composants du premier mur…).
© SFEN 2007