Réacteur nucléaire à fusion par confinement inertiel

La problématique de la production d’énergie par fusion nucléaire

OptiFluides participe au projet HiPER dont l’objectif est de construire un prototype de réacteur nucléaire à fusion. Deux méthodes sont envisagées à l’heure actuelle pour la production d’énergie par fusion nucléaire :

• La première voie est la fusion magnétique, dans laquelle le confinement du plasma se fait à l’aide de puissants champs magnétiques au sein d’un réacteur torique sous vide. Le plasma est porté à de très hautes températures (environ 150 millions de degrés Celsius) pour amorcer la réaction de fusion. Cette méthode est celle du projet ITER, plus connu, et de tous les tokamaks.
• La seconde voie est la fusion par confinement inertiel, utilisée pour le projet HiPER. Dans cette approche, les combustibles (deutérium et tritium) sont enfermés sous forme de granules de quelques millimètres de diamètre, et sont comprimés par de puissants lasers. Le plasma, atteint par ces faisceaux, atteint instantanément une densité et une température très élevées. Les conditions pour la production des réactions de fusion sont alors réunies et de l’énergie est libérée.

L’objectif de l’étude est de modéliser les mouvements de convection naturelle au sein de la cible du réacteur. Cependant, compte tenu des phénomènes physiques en jeu,  il est nécessaire d’atteindre des niveaux de précisions extrêmes.

Notre solution pour la simulation de fusion par confinement inertiel

Pour atteindre ces niveaux de précision, nous utilisons le code de calcul Nek5000 qui s’appuie sur la méthode des éléments spectraux. Les résultats obtenus démontrent que ces méthodes permettent d’atteindre une précision suffisante pour les applications de simulation en fusion nucléaire.

Globalement, la simulation CFD pour le nucléaire trouve de nombreuses applications, que ce soit pour les technologies de fusion en développement ou celles de fission déjà en service. Les applications de la simulation CFD au secteur nucléaire sont nombreuses, de l’étude des turbulences fondamentales dans le plasma à des sujets plus triviaux comme le refroidissement des différents organes (exemple : refroidissement des transformateurs).