Scrisoare deschisă către Georges Charpak, despre ITER

Scrisoare deschisă domnilor Charpak, Balibar,

Treiner

21 august 2010

Jean-Pierre Petit

Ex-director de cercetare la CNRS

specialist în fizica plasmei (încă în activitate)

BP 55, 84122 Pertuis

Pertuis, 21 august 2010

către domnii

Georges Charpak

, laureat al Premiului Nobel pentru Fizică

(
Academia Științelor din Paris)

Jacques Treiner

(Universitatea Pierre și Marie Curie)

Sébastien Balibar

(Școala Normală Superioară)

Anexă:

scrisoarea profesorului Valentin Smirnov din 2007,

director al Institutului de Fuziune Nucleară de la Institutul Kurtchatov al Temperaturilor Înalte din Moscova,

încă fără destinatar.

Domnilor,

Am citit în presă pozițiile voastre împotriva proiectului ITER.

În treizeci de ani, când eșecul proiectului va deveni evident, va fi ușor pentru acești oameni să se pensioneze spunând „ne pare rău, ne-am înșelat”, lăsând acest copil, devenit un monstru neviabil, în urma unei nașteri grele și costisitoare, generațiilor următoare.

Într-adevăr, așa cum subliniați, costul acestui proiect va deveni atât de mare încât va reprezenta întregul buget de cercetare pentru următoarele douăzeci de ani.

Revenind la o imagine transmisă de presă, simplificată pentru ca publicul larg să o înțeleagă, totul pare ca și cum ni s-ar promite că vom închide soarele într-un tăiței, dar că nu avem acel tăiței, iar acest „detaliu esențial” ar fi amânat pentru mai târziu, când viabilitatea unei fuziuni capabile să producă mai multă energie decât consumă va fi demonstrată, timp de câteva minute.

Unul dintre cei care au semnalat aspectul problematic al acestei căutări a materialului magic din care ar trebui să fie făcut acel tăiței a fost cel din urmă Gilles De Gennes, care era extrem de sceptic în privința posibilității ca un magnet supraconductiv să reziste prea mult timp la un flux neutronic atât de dăunător.

JET a produs reacții de fuziune timp de o secundă, acest lucru este un fapt.

A produs 15 megawatt energie de fuziune, cu un raport

Q = energie produsă / energie injectată = 0,65

Se așteaptă ca ITER să producă 500 MW, cu un randament mai mare decât unitatea (Q=10), asigurând o funcționare de șase minute. Presupunând că acest obiectiv va fi atins, ce interes ar avea această demonstrație în acele șase minute dacă nu s-a găsit o soluție pentru a preveni o degradare rapidă și extrem de costisitoare a sistemului esențial de confinare magnetică? Cum ar putea fi un astfel de generator profitabil dacă ar trebui să înlocuim magnetul supraconductiv săptămânal sau lunar?

Presă a evocat problema pereților și a rezistenței lor problematice. Știm că aceștia nu suferă doar bombardamentul neutronilor emiși în reacțiile de fuziune. În plus, intră și ioni de hidrogen corespunzători „coadă distribuțiilor de viteză Maxwell-Boltzmann”, în acest plasma la 100 de milioane de grade. Plasma de fuziune este coliziuneal și aceste coliziuni tind să stabilească, în jurul unei viteze termice medii, o distribuție a vitezelor în formă de curbă Gauss, cu ioni lenti și ioni rapizi la ambele extremități. Acești ultimi vor trece bariera magnetică și vor detensiona ioni de pe perete, de pe „first wall”. Aceștia vor polua plasma și vor provoca răcirea acestuia prin radiație de frânare, radiație care crește ca pătratul sarcinii ionice implicate (efect dezastruos dacă acest first wall este din tungsten!). Această poluare cu ioni grei ar fi inevitabilă.

O decontaminare a plasma de fuziune a fost prevăzută și ar trebui să fie asigurată de-a lungul „rigolelor” bine vizibile la baza camerei toroidale, care corespund unei tehnici numite „divertor”. Un astfel de sistem nu a fost niciodată testat la scară reală și nu se știe dacă va fi eficient. Un alt problemă.

Sistemul de decontaminare al lui ITER („divertors”)

În fața acestei polemici în curs de dezvoltare, domnul

Bernard Bigot

, administrator al CEA, ne declară:

• Dacă nu facem ITER, prin ce mijloace 9 miliarde de oameni, în anul 2070, vor putea obține energie pentru a-și acoperi nevoile? ... Cum vom asigura pentru întreaga planetă, la sfârșitul secolului, o energie durabilă? .... Dacă vom reuși să controlăm fizica, vom găsi materiale capabile să reziste unui flux de neutroni cu energie de 14 milioane de electron-volți. ... Abandonarea ar fi irezonabilă. Obstacolele vor fi controlate.

Citesc că sugerați, în același timp cu oprirea pură și simplă a acestui proiect ITER, revenirea la tehnica reactorilor de tip „surgénérateurs” cu neutroni rapizi, ca Superphénix, și în general la centralele numite de generația a patra. Tehnica reactorului de tip „surgénérateur” cu neutroni rapizi este o variantă a nuclearei clasice, bazată pe fisiunea plutoniului 239. Utilizând un fluid termic ca sodiul, care lasă mai ușor să treacă neutronii rapizi, în contrast cu apa (sub presiune), care îi oprește. Se operează prin bombardament neutronic o transmutație a unei acoperiri fertile de U238, care se transformă în Pu 239, cu un raport de 1,25, acest reactor „producând mai mult plutoniu decât consumă”.

Această opțiune, despre care s-au făcut critici din cauza periculozității, până la oprirea proiectului, nu elimină problema activării structurilor și a producției masive de deșeuri.

Îmi pare rău că nu menționați, printre alte opțiuni posibile, cea a

fuziunii aneutronice

, (de fapt foarte slab neutronigene, din cauza reacțiilor secundare, de importanță minoră), unde amestecul cel mai potrivit este combinația

Bor 11

• Hidrogen

1

, care dă trei Heliu

4

și ... niciun neutron

Până când temperatura de aprindere de o sută de milioane de grade nu a fost atinsă (în JET, Anglia), extragerea energiei de fuziune dintr-un amestec de deuteriu-tritiu rămânea în afara oricărei posibilități. Pătrunderea realizată cu mașina engleză JET a schimbat situația în 1991 (primele reacții de fuziune) - 1997 (obținerea unui randament Q = 0,64 cu 15 MW de putere dezvoltată de reacțiile de fuziune).

În cazul acestei reacții bor-hidrogen, temperatura de aprindere este de un miliard de grade. Totuși, cum s-a raportat de profesorul Malcolm Haines în 2006, o temperatură care a atins în vârf 3,7 miliarde de grade a fost atinsă în 2005 în Z-machine-ul de la Sandia, conceput de profesorul Gerold Yonas la începutul anilor 70, conducerea acestor cercetări fiind ulterior încredințată profesorului Deeney.

Încălzirea vizcoasă a ionilor într-un pință magnetohidrodinamic instabil la peste 2 x 10^9 Kelvin

M. G. Haines, P. D. Le Pell, C. A. Coverdale, B. Jones, C. Deeney, și J. P. Apruzese

REVISTA FIZICĂ 24 februarie 2006

descărcați articolul

Analiza mea a acestui articol

O temperatură mult mai mare a fost probabil atinsă deja în 2008 în mașina ZR (Z-machine-ul „reînnoit”, unde intensitatea descărcării a fost crescută de la 18 la 28 de milioane de amperi). Deoarece temperatura atinsă crește în principiu ca pătratul intensității, o temperatură de câteva miliarde de grade ar fi putut fi atinsă potențial cu acest nou montaj. Dar, cum am putut observa, din gura lui Matzen și Mac Kee, cei doi responsabili administrativi ai proiectului, care au venit să raporteze doar aspectele tehnologice la congresul de la Vilnius despre Puteri Pulsate Mari (septembrie 2008), unde prezint trei comunicări de MHD, aceste probleme par astăzi de tot evident a intra în sfera securității naționale și chiar a fi obiectul unor tentative de dezinformare, pe care le-am văzut cu uimire, pentru a acoperi cât mai mult posibil noile progrese realizate.

O simplă mențiune pe margine: lipsa unei limite teoretice a temperaturilor mașinilor de acest tip permite, în principiu, o posibilă reînnoire a deșeurilor, chiar și sinteza de elemente grele, căutate, aceste Z-machines putând într-o zi apropia condițiile din centrul ... supernovelor (mii de miliarde de grade).

Desigur, un astfel de număr pare a fi din domeniul science-fiction, dar cine, cu excepția câtorva fizicieni viziuni, s-ar fi gândit în anii 30 la zeci de milioane de grade ale bombelor A, în anii 40 la sute de milioane de grade ale bombelor H, și la începutul secolului al treilea la miliarde de grade ale mașinii Z?

Cum m-a confirmat Malcolm Haines într-un e-mail, ceea ce iese acum din Sandia este acoperit. Fuziunea unui amestec de litiu-hidrogen (explosivul standard al bombelor numite „hidrogen”) necesită doar 500 de milioane de grade. Un compresor MHD derivat dintr-o mașină Z ar putea înlocui echipamentul esențial de fisiune, imposibil de miniaturizat din cauza restricției masei critice, care limitează puterea la un minim de 300 hectotone echivalente TNT. Această fuziune pură deschide calea unei posibile miniaturizări a echipamentului. Mai mult, producând doar heliu, este „bomba verde”, care poate fi în sfârșit utilizată. Puterile mici pe care le-am putea visă ar face posibilă utilizarea sa fără ca cel care o manipulează să se rănească de urmări neplăcute, la distanțe nelimitate, din cauza dispersiei lor de către jeturile de aer.

Dar, se va obiecta, cum se poate imagina o secundă că s-ar putea încălzi o mașină Z de treizeci de metri diametru în corpul unei bombe?

Compresorul MHD magneto-cumulativ inventat în 1954 de Andrei Sakharov, unde energia primară este doar cea a unui exploziv chimic, a permis în acea vreme producerea a 100 de milioane de amperi în ... câteva milisecunde.

Trebuia doar să reducem timpul în care această intensitate electrică era livrată. Aceasta era direct legată de timpul necesar pentru a realiza comprimarea, cu ajutorul unui exploziv chimic, a unei cavități unde se crea un câmp magnetic puternic. Rusul Chernyshev (încă ei!) a rezolvat problema într-un mod foarte ingenios, dând camerei forma unui ... acordeon în jurul căruia era turnat explozivul. Puterea produsă depindea direct de volumul magnetic comprimat, această geometrie nouă făcea ca această comprimare să poată fi realizată la scări ... milimetrice, deci să ofere cele 100 nanosecunde necesare.

Știm că aceste „bombe de fuziune pură”, infinit de miniaturizabile, până la scara unei simple ... bile, sunt în studiu în SUA și în Rusia, conform principiului bine cunoscut:

Bombele întâi, energia apoi....

În Franța, atitudinea DGA ne-a fost imediat transmisă:

• Nimic nu se va face fără aprobarea armatei.

ceea ce nu era de natură să ușureze lucrurile. Chiar dacă atitudinea constă în a rămâne cu arma la picioare, din lipsă de competențe. Alt aspect, și nu cel mai puțin important: această tehnologie este

potențial proliferantă,

deoarece ar permite oricărui stat să se dotzeze cu arme de fuziune pură, fără a trebui să treacă prin drumul lung, costisitor și puțin discret al îmbogățirii izotopice a uraniului.

Nu ignor că atingerea acestei temperaturi-limită nu este suficientă pentru ca aceste reacții de fuziune să se producă și că trebuie realizate și condiții minime de confinare (criteriul Lawson). Dar deja în 2005 au fost obținute reacții de fuziune, în ținte D-T, la Sandia, cu o eliberare puternică de energie.

Aș putea spune: pentru a face o nouă bombă, de ce nu? Dar cum se poate imagina un generator de fuziune pură?

Sursele de descărcare LTD, inventate de ruși (din nou ei!), permit o repetabilitate la un ritm ridicat, precum și o creștere aproape nelimitată a intensităților electrice implicate prin multiplicarea acestor unități de bază, de dimensiunea unei cutii de pantofi. Al doilea punct: producția de energie de către aceste sisteme este echivalentă cu o explozie și se pretează, cu un randament de 70 %, la o conversie MHD directă, operând această expansiune într-un câmp magnetic (comprimarea acestui câmp magnetic în condițiile unui Reynolds magnetic ridicat).

Utilizăm vehicule care ard combustibili fosili. Dacă mașina cu abur a fost timp de decenii motorul de bază al navelor, trenurilor și mașinilor agricole, acestea au dispărut azi, chiar dacă supraviețuiesc sub forma turbinelor cu abur. Prin mașini cu abur înțelegem sisteme unde fluidul din care extragem energia este la o temperatură aproape constantă. Motoarele mașinilor noastre sunt „motoare cu explozie”, unde arderea combustibilului are loc la temperatură ridicată, timp de o perioadă foarte scurtă. Să le numim motoare cu combustie impulsivă, deoarece nu este, strict vorbind, o explozie. Într-o descriere schematică, acestea au două timpi:

• Comprimarea

• Combustia impulsivă

• Expansiunea, unde o parte din energie, stocată într-un volant de inerție, asigură comprimarea următoare

ITER, cu temperatura sa constantă, nu este altceva decât mașina cu abur a secolului al treilea.

Sistemele de compresie MHD reprezintă sisteme cu fuziune impulsivă.

Asta este viitorul,

nu în proiecte precum ITER, care în esență nu pot fi extinse la o fuziune nepoluantă, pentru a asigura cel miliard de grade necesare.

Complementul compresorului MHD este un „volant”, un sistem de stocare. Acesta poate fi dezvoltarea tehnicii condensatoarelor, chiar și volanți de inerție simpli (reamintesc că aceste sisteme mecanice reprezintă sursa stocării energiei necesare pentru tokamakurile actuale, ale căror solenoide ne-supraconductoare produc un câmp magnetic pulsator). Totul duce la schema de mai jos:

• Compresie MHD

• Fuziune

• Generarea energiei în timpul expansiunii plasma, prin „conversie directă”

• Stocarea unei părți din această energie

• Și așa mai departe...

Costul scăzut al acestor instalații ar impune ca aventura să fie încercată imediat. Dar ar implica crearea unui proiect european, care ar include obligatoriu rușii, care dominesc fără îndoială de la post-război în domeniul MHD, în timp ce acest domeniu a intrat în desuetudine în Franța de-a lungul ultimelor trei decenii. O situație greu de recuperat.

Implicațiile în domeniul științei pure se situează într-o adevărată tera incognita, în plasme în stare „de echilibru invers”. Într-un tub fluorescent, gazele de electroni sunt la zece mii de grade, iar gazele de „grele, ioni” rămân la temperatura obișnuită: stare clasică de neechilibru.

În Z-machines, ioni sunt la 3,7 miliarde de grade, iar electronii la zece milioane.

Forțele Laplace fac ca ioni și electroni să convergă pe axă la 400 km/s. Forțele electrostatice puternice împiedică îndepărtarea sarcinilor la o distanță (mică) mai mare decât distanța Debye. În momentul impactului pe axă, această energie cinetică se transformă, din cauza coliziunilor, în energie termică. Dar teoria cinetică a gazelor ne învață că transferul de energie este proporțional cu raportul maselor celor două particule în interacțiune. Astfel, timpurile de relaxare sunt considerabil diferite.

• Un quasi-stare de echilibru termodinamic se stabilește în câteva nanosecunde (așa cum a calculat Malcolm Haines) în interiorul ionilor, respectiv al electronilor.

• Dar transferul de energie