Qu’est-ce que le plasma ?
Le plasma est un état de la matière au même titre que les solides, les liquides et les gaz. Il consiste en un gaz partiellement ionisé, contenant des ions, des électrons et des atomes neutres.
Alors, qu’est-ce que cela signifie ?
Dans un plasma, certains électrons sont libérés de leurs atomes, ce qui permet au courant et à l’électricité de circuler. En fait, l’un des rares plasmas naturels que l’on trouve ici sur Terre est la foudre !
Pouvez-vous penser à d’autres plasmas ?
- Les ampoules fluorescentes contiennent du plasma de mercure.
- Les étoiles, comme le soleil, sont des boules chaudes de plasma.
- L’aurore boréale et l’aurore australe
- Les réacteurs à fusion, comme le NSTX-U, utilisent le plasma pour fusionner les atomes et produire de l’énergie.
- Les écrans à plasma utilisent de petites cellules de plasma pour éclairer les images.
Qu’est-ce que la fusion ?
Les atomes légers comme l’hydrogène (un proton et un neutron) peuvent fusionner si étroitement qu’ils libèrent de l’énergie. Cela ne se produira que si les deux noyaux chargés positivement se rapprochent suffisamment pour surmonter la force électrique qui les sépare. Lorsque les noyaux se rapprochent suffisamment, la force qui lie les protons et les neutrons entre eux, la force forte, prend le dessus et tire les noyaux encore plus près les uns des autres.
Le noyau du soleil est un réacteur de fusion naturel. Avant sa formation, le soleil était un nuage de gaz composé principalement d’hydrogène et d’un peu d’hélium. A un moment donné, le nuage est devenu si massif que la gravité l’a fait s’effondrer sur lui-même et il a formé une étoile. De nombreuses collisions dans le noyau du soleil ont libéré les électrons des ions, formant ainsi un état de plasma. La fusion a commencé dans le soleil lorsque les collisions entre les ions sont devenues si fréquentes que les ions se sont suffisamment rapprochés pour fusionner ensemble.
Le soleil utilise la gravité pour que ses noyaux soient suffisamment proches et chauds pour démarrer la fusion. Sur Terre, les chercheurs tentent de construire leurs propres réacteurs de fusion. Ils essaient de rapprocher suffisamment les atomes en maximisant le nombre d’ions dans une petite région et le temps pendant lequel ils restent proches les uns des autres. Pour ce faire, les réacteurs sont chauffés à des températures bien plus élevées que le noyau du soleil (>100, 000, 000 °C), ce qui transforme l’hydrogène gazeux en un plasma d’hydrogène. Des champs magnétiques puissants ou des lasers de grande puissance confinent ensuite le plasma dans une petite région contrôlable où la fusion peut se produire.
Les réacteurs de fusion de type Tokamak, comme le NSTX-U, pompent la majeure partie de l’énergie extraite dans des neutrons rapides. L’énergie de ces neutrons peut être collectée dans une couverture qui entoure le plasma et peut être constituée d’un mélange fondu de lithium et de plomb. L’excès de chaleur dans cette couverture peut alors être utilisé pour fabriquer de la vapeur afin d’actionner des turbines et de produire de l’électricité.
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