4/ Critère de Lawson

a) τ

τ est un paramètre important à ne pas confondre avec la durée d’une décharge. Il caractérise la qualité de l’isolation du plasma.
Définition : durée caractéristique pendant laquelle l’énergie demeure confinée dans le plasma. En quelque sorte c’est le temps que met un plasma a perdre son énergie.

Mathématiquement W/τ_E= P _pertes. La valeur de τ est le fruit de nombreux phénomènes complexes mal connus.  C’est la raison pour laquelle des lois empiriques ont été élaborées, ce qui permet de prévoir la valeur de τ en fonctions des paramètres de la machine.

Τ augmente avec le grand raton du tore.

Τ diminue lorsqu’on utilise un chauffage auxiliaire (autre que le chauffage ohmique).

Τ diminue quand les pertes énergétiques du plasma augmentent

Différentes sources de pertes :

-Par conductibilité calorifique du plasma

-Par transport de particules

-Par pertes par rayonnement électromagnétique

Depuis le début des Tokamak le temps de confinement a toujours été bien prédit.

b) Énoncé

Le critère de Lawson présente les conditions qu’il faut réaliser pour faire s’entretenir la réaction de fusion D+T.
Ce maintien est assuré lorsque n*T*τ > 5.10²¹ m^-3.keV.s

-n : densité du plasma (de l’ordre de 10^-5 fois celle de l’air) en particule.m^-3

-T : température du plasma (1 keV=11,6 millions de degrés)

-τ : temps de confinement (de l'ordre de la seconde sur ITER)

5/ Analyse des performances

a) n*T*τ (T)

La valeur du produit n*T*τ mesure la performance globale d’un Tokamak.

-Bremsstrahlung ou rayonnement continu de freinage

Toute charge dont la vitesse varie (en norme ou en direction) rayonne. C’est le cas ici car les particules, ralenties par les collisions, voient leur vitesse varier.

b) Progrès des performances

    D’après le document ci-contre, on observe que les performances des Tokamaks progressent plus vite que celles des processeurs et des accélérateurs de particules.

6/ Augmenter n* τ *T

         Il n’est pas aisé d’augmenter la valeur de n*T*τ

°Augmenter n

Typiquement, dans un Tokamak, la densité particulaire est de l’ordre de 10²⁰ particules.m^-3

Si on augmente n, on augmente la pression cinétique du plasma. Ainsi β augmente et les instabilités aussi. Ce qui peut mener à des disruptions.

°Augmenter T

Si T augmente (on augmente le chauffage), τ diminue.
Pour augmenter T, il faut utiliser des moyens de chauffage auxiliaire. Or ces derniers réduisent la qualité du confinement.

°Augmenter τ