C- Chauffage du plasma 

 1/ Effet Joule

Le plasma possède une résistance de l’ordre de quelques ohms. Par conséquent, le courant Ip (de l’ordre du million d’Ampère) génère du chauffage par effet joule (P=R.Ip²). Cette méthode est efficace jusqu’à 10 à 20 millions de degrés environ.
En effet, au delà, la conductivité du plasma est dix fois plus élevée que celle du cuivre à température ambiante. Donc P _Joule devient négligeable.
Il est important de noter que le chauffage ohmique n’engendre pas d’instabilités.

2/ Injection de neutres

a) Principe

Des particules neutres (d’hydrogène ou de deutérium) sont injectées à haute vitesse dans le plasma (de l’ordre de quelques km.s^-1) pour y pénétrer au cœur. Ces particules, au contact du plasma, s’ionisent et délivrent de l’énergie (par collisions).
Un tel dispositif peut délivrer une puissance qui se chiffre en MW.

b) L’injecteur

Le schéma montre les divers éléments de l’injecteur. C’est un dispositif de haute pression car il faut injecter des glaçons
-sans les briser
-à forte vitesse (de l’ordre de quelques km.s^-1)
-sans injecter autre chose (air ou autre)

c) Fonctionnement

Le fonctionnement est réalisé par étapes :
1-On produit des ions H⁺ et O⁺
2-On accélère ces ions (par de tension pouvant atteindre 150 000 V)
3-On fait passer ces ions à travers un gaz neutre (d’H ou de D) pour les neutraliser
4-On les injecte dans le plasma & on dévie les ions non neutralisés (avec un déflecteur)

d) Résultats expérimentaux

Décharge sur Tore Supra réalisée en 2004 : injection de 155 glaçons en 2mn
Problème rencontré : les glaçons ne pénètrent pas assez profondément dans le plasma. Ce qui réduit l’efficacité d’un tel dispositif.

3/ Par ondes

Il existe deux mécanismes pour fournir au plasma de l’énergie via des ondes.
-Absorption de type cyclotronique
-Absorption de type Landau
Dans ces deux cas, l’interaction entre l’onde et la particule est dite résonante. (Toutes deux vibrent à la même fréquence).

a) Effet Landeau

Principe : coupler une onde avec une population de particules de telle sorte qu’elles aient toutes deux (onde et population de particules) des vitesses de propagation les plus proches possibles.

b) FHI

f_H=3,7 GH_Z

Ce système permet aussi de générer du courant de façon non inductive. Ce qui est utile sur des décharges longues.

c) FCI

f_FCI=30 à 80 MH_Z

Les ondes à la fréquence cyclotronique ionique entrent en résonance avec les ions.

Démonstration : cg d) en remplaçant m _électron par m _ion

d) FCE

         F _FCI=118 GH_Z (Sur Tore Supra)

Les ondes à la fréquence cyclotronique électronique entrent en résonance avec les électrons. Plus précisément, la fréquence de l’onde la couple à la fréquence de rotation des ions au cours de leur trajectoire hélicoïdale autour des lignes de champ.

Démonstration : v=vo.cos(ωo’.t) x_ + vo.sin(ωo’.t) y_ + v_// z_

Fréquence de rotation autour des lignes de champ : 2*π/ωo’
Avec ωo’=ω/γ=|e|*B/γ*m et γ=(1-v/c)^^(-1/2)
Pour m=9,1.10^-31 kg, e=1,6.10^-19 C et B=4,2 T sur Tore Supra
fo~fo’=2*π/ωo’=118 GH _Z (

4/ Par particules alpha

C’est le chauffage par les HE²⁺
Rappel : D+T = ⁴He (3,52 MeV) + n (14,1 MeV)
Les He²⁺ sont chargés (donc confinés par B_) et 1000 fois plus énergétiques que les autres constituants du plasma. Ils délivrent donc au plasma une grande partie de leur énergie. On dit qu’ils « dégradent » leur énergie.

A l’heure actuelle le chauffage alpha représente 10 à 20 % du chauffage. Pour un réacteur il faudra qu’il représente 90%