Die von LTD befeuerte Z-Maschine
von Julien Geffray
- Mai 2007
L'activité und l'actualité redémarrent autour de la fusion nucléaire grâce à la Z-machine, du moins aux État-Unis. Pour la Z-machine française
Sphinx
c'est autre chose, car la DGA a bel et bien tout verrouillé comme vous pourrez le constater en lisant cet article paru dans
le journal les Echos du 16 mai 2007
:
Les Échos
du 16 mai 2007
Compétences
NUCLEAIRE
La Z machine française boude l'énergie
Petit « Sphinx ».
En plein Quercy, au Centre d'études de Gramat (CEG), la DGA exploite depuis
quelques années une petite Z machine française (2,5 millions d'ampères),
baptisée « Sphinx ». Comme sa grande soeur américaine, elle sert surtout à
tester la résistance des têtes nucléaires.
A sa différence, elle ne connaîtra
pas d'expérimentations civiles. Il y a quelques années, les chercheurs de
Gramat avaient pourtant lancé des perches à leur tutelle militaire pour
diversifier leurs études, sans succès
. Interrogé par « Les Echos »,
le très « farouche » CEG assure aujourd'hui n'avoir aucun projet énergétique
. Cette timidité d'investissement inquiète les spécialistes de la striction.
«
Les compétences françaises dans ce génie électrique de puissance sont menacées
»
,
assure l'un d'eux.
En Grande-Bretagne, une machine équivalente, la Magpie de l'Imperial College
(1,4 million d'ampères), travaille activement sur la striction magnétique,
notamment sur fonds américains. Pas assez puissante pour atteindre les
objectifs nucléaires de la Z machine, elle est utilisée par les Américains pour
compléter leurs recherches sur la striction elle-même. Les Russes seraient aussi
sur le point d'investir ce thème de recherche.
NB
: " Striction " est la traduction française de " pinch ", qui veut dire " pincer ". Ainsi la Z-machine entre dans la classe des machines à plasma dites " Z-pinch ", où l'on " pince " le plasma selon l'axe de symétrie OZ du système. Tous les Z-pinch sont aussi des
machines MHD
, discipline où la France était très en pointe il y a ... trente ans et qui a été complètement et delibérément abandonnée au milieu des années soixante-dix. Dans cette absence de réaction des services officiels entre aussi un bonne part d'incompréhension, de simple incompétence. La MHD militaire, par exemple, reste totalement inexistante en France, alors qu'aux Etats-Unis, en Russie et d'autres pays elle ... court. On pourrait résumer cela par une simple phrase :
Alors que dans d'autres pays on roule pied au plancher, les français sont debouts sur les freins
Autre remarque : Alain Juppé a été nommé "ministre de l'environnement". A ce titre ont été invités récemment nombre de représentants d'associations axées sur la préservation de l'environnement. Mais ceci est indissociable d'une action énergique en faveur de nouvelles sources d'énergie. Et là, absence totale. Absence de motivation, mais aussi d'information et ... de compétences. Mais revenons au sujet de l'article.
Aux USA, la nouvelle concernant les "générateurs LTD" de dernière génération est fascinante et les progrès plus rapides que prévu. Les laboratoires Sandia ont publié un communiqué de presse le 24 avril 2007 intitulé :
Rapid-fire pulse brings Sandia Z method closer to goal of high-yield fusion
reactor
(Des impulsions ultra-brèves rapprochent un peu plus la Z-machine d'un générateur à fusion à haut rendement)
L'article, traduit intégralement un peu plus bas sur cette page, décrit un générateur dénommé
LTD
(pour
Linear Transformer Driver
) que l'on pourrait traduire par "commutateur à transformateur linéaire" qui devrait permettre une fusion nucléaire contrôlée réellement exploitable dans la Z-machine. Le LTD rendrait celle-ci plus compacte et moins complexe, en rendant obsolètes l'énorme bassin isolant d'eau et d'huile ainsi que les "lignes à eau" qui étaient nécessaires pour moduler le pulse dans le temps.
Il va surtout permettre d'effectuer des tirs répétitifs à la fréquence de 0,1 Hertz
, là où l'actuelle Z-machine ne peut guère effectuer qu'un tir par jour !
Les générateurs LTD ne constituent pas réellement une surprise puisque
la Z-machine française Sphinx en est équipée
depuis longtemps. La nouveauté provient ici des performances atteintes par les Russes avec leur dernier modèle LTDZ :
Générateur LTDZ russe de 100 GW : 1 million d'ampères et 100 kV
Diamètre : 3 mètres - Profondeur : 22 centimètres
Expliquons simplement le générateur LTD : c'est un ensemble composé de "briques", chacune ayant la taille d'une boîte à chaussures contenant deux condensateurs et un commutateur. Interconnectées en parallèle et disposées en cercle dans la version qui nous intéresse, 40 de ces "briques" forment une seule "cavité" toroïdale.
Schéma en coupe d'une "brique" constitutive du LTDZ
1: deux condensateurs GA 31165 (100 kV, 40 nF),
2: commutateur HCEI multi gap, 3: buse de sortie,
4: noyau magnétique,
5: isolant, 6: cavité de vide ou d'huile,
7: cavité de charge, 8: tiges en caprolactone
Cette version russe, la plus élaborée actuellement, est testée au
High Current Electronics Institute
(
HCEI
) de Tomsk en Sibérie, où les laboratoires Sandia viennent d'en acquérir quatre. Notez le rapprochement américano-russe sur la fusion par z-pinch... Ce LTD russe, le plus puissant au monde (100 gigawatts) est capable de délivrer 1 million d'ampères à 100 000 volts,
dans un pulse durant
nativement
100 nanosecondes (donc sans nécessité d'en comprimer
la durée). Il est de plus conçu pour tirer toutes les 10 secondes ! Or, c'est précisément la cadence définie pour une future centrale à fusion nucléaire par striction magnétique opérationnelle, qui fonctionnerait littéralement comme un "deux-temps fusion" (compression, expansion).
Le concept semble fiable. La version précédente de ce LTD, identique mais deux fois moins puissante (20 briques générant 0,5 million d'ampères à 100 000 volts) a déjà été validée par les laboratoires Sandia suite à un cycle de plus de 11 000 tirs. À Tomsk un commutateur a tiré plus de 37 000 fois toutes les 12 secondes.
Ces cavités étant modulaires, Sandia envisage de les empiler comme des beignets sur une tige et de multiplier ensuite ces tiges. Il y aurait ainsi 70 modules cylindriques disposés radialement, contenant chacun 70 LTD empilés coaxialement. L'efficacité de cette configuration est imparable :
Dans chaque module, long d'une vingtaine de mètres, les 70 LTD internes sont connectés en série pour additionner leurs tensions. Chaque module produirait donc en sortie
une intensité d'1 million d'ampères et une tension de 7 millions de volts .
Les 70 modules seraient alors connectés en parallèle pour additionner cette fois leurs intensités, donnant au final une machine délivrant
70 millions d'ampères sous 7 millions de volts .
Projet Sandia "IFE driver" de 104 mètres de diamètre.
70 millions d'ampères, 7 millions de volts, 490 térawatts théoriques.
70 modules de 70 LTD chacun représentant au total 392 000 condensateurs.
En tenant compte des pertes inévitables entre autres le long des conducteurs MITL (
Magnetically Insulated Transmission Line
) Sandia table sur 60 millions d'ampères à 6 millions de volts exploitables. Cela représenterait une puissance avant injection sur la cible de 360 térawatts.
Ce banc de test serait disposé à plat, selon un plan comme indiqué sur le schéma. Les Russes de l'Institut Kurchatov ont suggéré d'empiler également ces modules en hauteur. On peut même imaginer une symétrie sphérique. Comme le dit un des scientifiques travaillant sur le sujet : c'est un peu comme jouer au Meccano...