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1 • Électrons, ions et plasmas
Tableau 1.9
Excitation/Réaction
Énergie
Ordre de grandeur
eV
Nucléaires
2
mna 2
n
∼ 10 6
Rotationnelles
2
Ma 2
0
∼ 10 −3
Vibrationnelles
2
√
Mma 2
0
∼ 10 −1
Électroniques
2
ma 2
0
∼ 1 − 10
Ionisation
e 2
4p´ 0 a 0
∼ 10 − 10 2
de kelvins, il n’existe aucun matériau pouvant supporter de telles températures. Il est
donc nécessaire d’utiliser le principe du confinement magnétique qui sera étudié dans
les chapitres cinq et dix. Le mouvement d’une particule chargée interagissant avec
un champ magnétique statique est la combinaison d’une rotation autour des lignes de
champ et d’une translation le long des lignes de champ ; ce comportement des systèmes de charges est à la base du principe du confinement magnétique : si les lignes
de champ sont fermées ou restent dans un volume fini, comme c’est le cas dans la
configuration tokamak, alors les particules restent confinées dans ce volume fini.
La réalité est plus complexe pour les configurations de type tokamak, car, en repliant
des lignes de champ magnétique se créent nécessairement des inhomogénéités qui
engendrent des dérives perpendiculaires aux lignes de champ (chapitre cinq et dix) ;
il faut donc compenser ces dérives afin d’assurer un confinement orbital. Pour cela,
un champ, dit poloïdal, généré par un courant (I) traversant l’anneau de plasma
(quelques millions d’ampères dans un réacteur) est superposé au champ toroïdal
(B) créé par le système de bobines distribuées autour du tore de plasma. Le résultat est donc une structure de champs complexes où les lignes de champ sont des
hélices s’appuyant sur des tores emboîtés. La configuration tokamak, illustrée par la
figure 1.11, offre ainsi un exemple de champs complexes où les différentes dérives
sont compensées et le confinement orbital assuré. Afin de garantir la stabilité du tore
de plasma des bobinages verticaux sont aussi nécessaires. Le confinement orbital est
une condition nécessaire, mais ne constitue pas une condition suffisante pour assurer un bon confinement global du plasma ; en effet, le plasma génère des champs
électrique et magnétique qui ont tendance à détruire le confinement. Ainsi, le tore
de plasma d’une configuration tokamak doit être contrôlé en permanence, car il est
l’objet de nombreuses instabilités et d’une intense activité turbulente résultant de
couplages non-linéaires entre les champs et les particules.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
1 • Électrons, ions et plasmas
Tableau 1.9
Excitation/Réaction
Énergie
Ordre de grandeur
eV
Nucléaires
2
mna 2
n
∼ 10 6
Rotationnelles
2
Ma 2
0
∼ 10 −3
Vibrationnelles
2
√
Mma 2
0
∼ 10 −1
Électroniques
2
ma 2
0
∼ 1 − 10
Ionisation
e 2
4p´ 0 a 0
∼ 10 − 10 2
de kelvins, il n’existe aucun matériau pouvant supporter de telles températures. Il est
donc nécessaire d’utiliser le principe du confinement magnétique qui sera étudié dans
les chapitres cinq et dix. Le mouvement d’une particule chargée interagissant avec
un champ magnétique statique est la combinaison d’une rotation autour des lignes de
champ et d’une translation le long des lignes de champ ; ce comportement des systèmes de charges est à la base du principe du confinement magnétique : si les lignes
de champ sont fermées ou restent dans un volume fini, comme c’est le cas dans la
configuration tokamak, alors les particules restent confinées dans ce volume fini.
La réalité est plus complexe pour les configurations de type tokamak, car, en repliant
des lignes de champ magnétique se créent nécessairement des inhomogénéités qui
engendrent des dérives perpendiculaires aux lignes de champ (chapitre cinq et dix) ;
il faut donc compenser ces dérives afin d’assurer un confinement orbital. Pour cela,
un champ, dit poloïdal, généré par un courant (I) traversant l’anneau de plasma
(quelques millions d’ampères dans un réacteur) est superposé au champ toroïdal
(B) créé par le système de bobines distribuées autour du tore de plasma. Le résultat est donc une structure de champs complexes où les lignes de champ sont des
hélices s’appuyant sur des tores emboîtés. La configuration tokamak, illustrée par la
figure 1.11, offre ainsi un exemple de champs complexes où les différentes dérives
sont compensées et le confinement orbital assuré. Afin de garantir la stabilité du tore
de plasma des bobinages verticaux sont aussi nécessaires. Le confinement orbital est
une condition nécessaire, mais ne constitue pas une condition suffisante pour assurer un bon confinement global du plasma ; en effet, le plasma génère des champs
électrique et magnétique qui ont tendance à détruire le confinement. Ainsi, le tore
de plasma d’une configuration tokamak doit être contrôlé en permanence, car il est
l’objet de nombreuses instabilités et d’une intense activité turbulente résultant de
couplages non-linéaires entre les champs et les particules.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit