Fusion aneutronique

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On qualifie d'aneutronique toute réaction de fusion nucléaire au cours de laquelle la proportion d'énergie libérée sous forme de neutrons reste minime, typiquement inférieure au seuil d'1% de l'énergie totale. Les réactions nucléaires généralement étudiées aujourd'hui peuvent libérer jusqu'à 80% de leur énergie sous forme de neutrons. A l'inverse, à condition qu'elle puisse être maîtrisée, la fusion aneutronique serait à même de réduire considérablement les inconvénients associés au rayonnement neutronique (rayonnements ionisants, activation), le besoin d'écrans de protection ou d'équipements de télémanipulation et les problèmes de sûreté. Certains partisans de la fusion aneutronique imaginent de réduire les coûts de façon spectaculaire, en convertissant directement en électricité l'énergie des produits de fusion porteurs de charge. Cependant, les conditions requises pour déclencher une fusion aneutronique sont beaucoup plus difficiles que celles nécessaires au cycle classique du deutérium-tritium (DT). Même si la démonstration scientifique était faite que la fusion aneutronique peut être produite de façon continue, sa viabilité économique resterait à prouver.

[modifier] Réactions aneutroniques candidates

Seul un nombre réduit de réactions de fusion se produisent sans émission de neutrons. Voici celles qui présentent la plus grande section efficace:

D	+	³He	→		⁴He	(3.6 MeV)	+		p	(14.7 MeV)
D	+	⁶Li	→	2	⁴He	+ 22.4 MeV
p	+	⁶Li	→		⁴He	(1.7 MeV)	+		³He	(2.3 MeV)
³He	+	⁶Li	→	2	⁴He		+		p	+ 16.9 MeV
³He	+	³He	→		⁴He		+	2	p
p	+	⁷Li	→	2	⁴He	+ 17.2 MeV
p	+	¹¹B	→	3	⁴He	+ 8.7 MeV

Les deux premières utilisent le deutérium comme combustible, or certaines réactions secondaires D-D produisent quelques neutrons. Bien que la fraction de l'énergie portée par les neutrons puisse être limitée par le choix des paramètres de la réaction, cette fraction demeurera probablement supérieure au seuil d'1%. Il est donc difficile de considérer ces réactions comme aneutroniques.

Le rendement des deux réactions suivantes (mettant en oeuvre p, ³He, and ⁶Li) reste faible au sein d'un plasma thermique. Si en revanche on considère leur enchaînement, il est pensable d'obtenir une meilleure réactivité, pourvu que la distribution énergétique s'écarte de la statistique de Boltzmann. Le produit ³He, issu de la première réaction, peut participer à la seconde réaction avant thermalisation, et le produit p, issu de la seconde réaction, peut participer à la première réaction avant thermalisation. Hélas, les études détaillées n'ont pu démontrer une amélioration suffisante pour compenser la faible section efficace.

Le problème de la réaction ³He-³He est celui de la disponibilité du combustible. ³He n'étant présent sur Terre qu'à l'état de trace, il serait nécessaire soit de le produire par bombardement neutronique (ce qui est contradictoire avec le but poursuivi), soit de le recueillir dans l'espace. Les premiers mètres de la surface de la Lune sont relativement riches en ³He, de l'ordre de 0,01 millionième en masse^[1], mais extraire cette ressource et l'acheminer sur Terre serait très difficile et coûteux. ³He pourrait en théorie être extrait de l'atmosphère des géantes gazeuses, mais le défi est encore plus grand.

La réaction p–⁷Li ne présente aucun avantage sur la réaction p–¹¹B. Sa section efficace est même inférieure.

Pour toutes ces raisons, les recherches sur la fusion aneutronique s'orientent principalement vers la réaction p–¹¹B.

[modifier] Enjeux techniques

[modifier] Température

Malgré l'intérêt de la fusion aneutronique, l'effort de recherche en fusion est allé pour l'essentiel vers la fusion D-T, parce que les problèmes que pose le couple hydrogène-bore (p–¹¹B) ont été jugés très difficiles à surmonter. Pour commencer, la fusion hydrogène-bore exige que l'énergie ou la température des ions soit au moins dix fois supérieure à ce qui est nécessaire pour la fusion D-T. La réactivité du couple hydrogène-bore atteint son maximum aux environs de 600 keV (6 milliards de Kelvins), alors pour le couple D-T le pic est aux environs de 66 keV (730 millions de Kelvins).