Applications des supraconducteurs
LES TOKAMAKS
- Intérieur d’un tokamak -
Aujourd’hui, toute l’électricité produite par l’énergie nucléaire résulte de la fission de noyaux d’atomes, c'est-à-dire que l’on utilise l’énergie libérée par le cassage d’un atome, ici de l’uranium enrichi. Mais le rendement n’est pas excellent comparé à ce que permet la fusion. Le principe de la fusion réside dans le fait que la fusion de deux atomes légers en un seul atome plus lourd libère beaucoup plus d’énergie que la fission. On peut ainsi se servir de cet excédent pour produire encore plus d’électricité avec un meilleur rendement car la fusion fournit de l’énergie au lieu d’en consommer, ce qui permettrait de faire des économies.
Malheureusement, les conditions propices à la réalisation de la fusion nécessitent des températures de l’ordre des dizaines de millions de degrés. Il est évident que les atomes portés à cette température ne peuvent toucher aucune paroi : on doit les conserver à l’état de plasma, sorte de « soupe » d’atomes, confiné dans un réacteur. Le tokamak permet de réaliser cette prouesse. On obtient le confinement total du plasma via de forts champs magnétiques dans un anneau torique entouré d’énormes aimants produisant un champ de plusieurs dizaines de Teslas. Au vu de l’importance des champs demandés ainsi que des dimensions, le choix des supraconducteurs s’impose.
Le matériau supraconducteur choisi pour l'aimant du champ toroïdal (ou torique) généré par les bobines est l'alliage niobium-titane refroidi dans un bain d'hélium superfluide (1.8 K, 1 bar). Ce bain ayant des propriétés remarquables permet d’assurer efficacement la réfrigération du supraconducteur sans circulation de fluide.
- Vue des bobines d’un tokamak –
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Principales caractéristiques des bobines du champ toroïdal |
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Section du supraconducteur NbTi |
2.8 x 5.6 mm2 |
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Courant nominal dans le supraconducteur |
1400 A |
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Nombre de spires par bobine |
2028 |
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Solénation d'une bobine |
2.84 MA |
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Nombre de bobines de l'aimant |
18 |
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Énergie magnétique de l'aimant |
600 MJ |
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Champ magnétique maximum sur le conducteur |
9.0 T |
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Diamètre moyen d'une bobine de l'aimant |
2.60 m |
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Poids du supraconducteur |
~40 t |
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Poids total de l'aimant |
~160 t |