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 La propulsion à fusion

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Giwa
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MessageSujet: pardon...   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMer 28 Juin 2006 - 21:57

giwa a écrit:
Socrates a écrit:
Henri a écrit:
En fait, je subodore que c'est vers le positronium que se dirigent les travaux les plus "discrets" : pas d'activation des noyaux par les photons de 512 KeV, rendement de "conversion" de l'énergie cinétique en paires e- e+ ralenties beaucoup plus élevé que pour p pbarre, stockage théoriquement possible sous forme de BEC si la luminosité de la source de positronium est suffisante, absorption des photons d'annihilation par 4 mm de Tungstène ou 90 m d'air seulement…
A suivre dans les années à venir.

C'est aussi ce que je pense. J'ai lu quelque part (difficile à retrouver) il y a quelques mois que l'alluminium serait préssenti pour constituer les parois d'un container pour positrons. Mis simplement sous H.T. (mais à seulement quelques degrés K), il laisserait peu ou pas d'électrons susceptibles de s'annihiler dans ces conditions. On se demande donc si un champ magnétique sera toujours requis pour le confinement.
Si cette solution était confirmée (absence de champ magnétique de confinement) alors la densité énergétique (relativement à la masse du dispositif de confinement) pourrait devenir vraiment très intéressante!
La plus grande difficulté résiderait alors dans les moyens de ralentir ou refroidir les positrons produits avant de pouvoir les stocker.
Les positrons sont faciles à produire (rendement énergétique pouvant atteindre 10 à 15%) et lorsque (si) nous maîtriserons un jour ces techniques
alors ça nous ouvrira des horizons dingues... comme, par exemple, la production de positrons dans l'espace à partir du photovoltaïque... et le transport de cette forme d'énergie pour usage terrestre ou autre...

Reponse lambda0 : oui le Prof Bussard… affirmait il y a à peine trois mois (dans un forum que je surveille, un forum de passionnés d’IEC) qu’il avait enfin trouvé… et être probablement le seul sur la planète Terre a savoir comment réaliser une centrale à fusion… (voir les deux liens PDF au bas de son intervention)
http://fusor.net/board/view.php?site=fusor&bn=fusor_announce&key=1143684406

Comme un de mes autres dada...çà serait de se positioner à proximité ( à quelques dizianes de millions de km) du Soleil pour lui ponctionner un peu de son énergie radiante ...ce qui m'embêter un peu...c'était comment stocker cette énergie...voilà la solution idéale!
Giwa
...pardon pour la faute de conjugaison qui m'embête un peu:
embêter...non ...m'embêtait
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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyLun 14 Aoû 2006 - 18:29

Dans cet article il est d'abord question de la "Z" machine. Mais je pense qu'il est préférable que je donne cette adresse ici dans la section "propulsion" et parce qu'il est aussi question de propulsion spatiale par fusion thermonucléaire dans cet excellent article:

http://french.epochtimes.com/news/6-7-17/4604.html
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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyLun 14 Aoû 2006 - 18:48

Excellent, excellent.. c'est vite dit !
Cet article, et le site de son auteur, est truffé d'erreurs scientifiques, de suppositions gratuites basées sur des opinions personnelles, etc.
Si tu cherches des sources fiables sur la fusion nucléaire, mieux vaut oublier ça.

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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyLun 14 Aoû 2006 - 18:56

J'ai tiré l'adresse d'un forum où ils sont plutôt bien au courant... si j'ose dire:
par exemple cet extrait:

"""Concernant le court historique de la fusion nucléaire par confinement inertiel électromagnétique (z-pinch à multifilaments métalliques), on sait que les laboratoires de Sandia ont déjà réussi à faire fusionner des cibles de deutérium-tritium dans la Z-machine, dès 2003.

En conséquence, ce laboratoire a déjà lancé un projet de centrale électrique de recherche (le programme Z-IFE)
Lien
pour tester les solutions d'ingénierie et la faisabilité de la génération d'électricité issue de la fusion par z-pinch, toutes les 10 secondes dans ce dispositif.

Vous pouvez lire un article complet de présentation du projet de fusion par striction axiale sur le site du Laboratoire de Physique des Plasmas de Princeton (PDF).

Ce projet a été initié alors qu'en 1999, les laboratoires de Sandia avaient obtenu un "fantastique" 1,6 millions de degrés, et espéraient ainsi "bientôt obtenir les 2 ou 3 millions de degrés requis pour des réaction de fusion". [source]

Mais par la suite, et de plus en plus fort entre 2003 et 2005, la température a été multipliée par un facteur mille de manière totalement inattendue car non prévue par la théorie, simplement en remplaçant les fils de tungstène par des fils en acier inox (on conjecture encore sur cette température qui auraît du être en principe 4 fois moins élevée).

Sandia a alors obtenu un plasma chauffé à un maximum de plus de 3 milliards de degrés. Cette température a été doublement confirmée :
- tout d'abord indirectement via la classique "formule de Bennet" en partant de l'énergie des rayons X émis, qui donne la vitesse d'agitation thermique des électrons, qui permet de connaître la valeur du champ magnétique (4500 teslas soit dit en passant...) et dont enfin on déduit la température ionique.
- mais aussi directement, par spectroscopie à élargissement des raies qui donne précisément la température pour chaque type d'ion (maximum de 3,94 milliards de degrés pour les ions manganèse par exemple).

Cette perspective ouvre la voie, du moins l'hypothèse, pour d'autres types de fusion, telles que deutérium-deutérium (D-D), lithium-hydrogène (Li7-p), ou bore-hydrogène (B11-p). Ces deux dernières réactions sont particulièrement intéressantes puisqu'elles génèrent uniquement de l'hélium et pas de neutrons rapides (elles sont a-neutroniques) et donc pas de radioactivité.

Ces réactions a-neutroniques n'ont pas encore été testées. Le problème étant que si la réaction LiH fonctionne, les résultats risquent forcément de ne pas être publiés, car classés secret défense. C'est en effet de l'hydrure de lithium qui est précisément le combustible utilisé dans les bombes H. D'où l'idée de monter une expérience civile ailleurs qu'à Livermore ou Los Alamos.


Mais ce n'est pas fini, parce que ZR (le successeur de la Z-machine) est prévu pour être opérationnel à Sandia au tout début 2007. ZR ira encore plus haut en température. La Z-machine débite 18 millions d'ampères, ZR en débitera 1,5 fois plus (27 MA). Comme la température dans ce type de dispositif croît en gros comme le carré de l'intensité, on peut espérer dépasser les 5 milliards de degrés d'ici 6 mois, et pourquoi pas continuer vers les 10 milliards ensuite.



Et il y a toujours un déclic de retard technologiques sur les découvertes.
Savez-vous que la Z-machine n'a jamais été conçue au départ pour faire du z-pinch ? C'était un accélérateur radial de faisceaux d'ions, convergeant vers une cible centrale. La focalisation n'étant pas satisfaisante, elle a été reconvertie au milieu des années 80. Et paf, 3 milliards de degrés, alors qu'on espérait jamais dépasser 100 millions et que ce n'était pas le but.

ZR (pour "Z Refurbishment") est en fait une mise à niveau de la Z-machine, sur le même lieu, avec un retrofit de 6 mois pour la "mettre à niveau". C'est un upgrade et pas intégralement une nouvelle machine, mais au moins elle sera prévue à 100 % pour le z-pinch. ZR est la concrétisation du "programme X-1", mais qui avait été initié avant qu'on sache pouvoir obtenir ces ultra hautes températures.

Alternativement, les Français qui bossaient sur l'ECF de Gramat (la" Z-machine française") dans le cadre des projets Sphinx et Syrinx (principalement les Dr. Jean-François Léon et Mathias Bavay), sont partis il y a un an ou deux aux USA, emportant là-bas leurs plans pour un générateur à autocompression de flux pouvant débiter 60 millions d'ampères en 100 nanosecondes dans une Z-machine. On leur a en effet refusé ici les crédits pour sa réalisation, alors qu'il était prévu à l'origine pour mettre à niveau le réacteur ECF-2, désormais quasiment à l'abandon.

Ainsi après ZR à l'horizon 2010, son successeur pour produire la fusion s'apelle Z-ETF (Z-pinch Engineering Test Facility), de classe 60 MA et 500 MJ, single-shot pour la "Phase 1" tout comme Z et ZR.

Z-ETF "Phase 2" sera par contre le modèle à tir répétitif, à 0,14 Hz, avec une puissance d'injection de 70 MW. Ce sera le dernier prototype avant la "Phase 3 Demo" démonstrateur technologique d'une véritable centrale électrique à fusion.

Gardez cependant en tête que cette roadmap concerne la fusion faisant intervenir le tritium, et qu'elle a été développée avant les 3 milliards de degrés, ce qui peu faire changer pas mal de choses."""
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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyLun 14 Aoû 2006 - 19:05

lambda0 a écrit:
Excellent, excellent.. c'est vite dit !
Cet article, et le site de son auteur, est truffé d'erreurs scientifiques, de suppositions gratuites basées sur des opinions personnelles, etc.
Si tu cherches des sources fiables sur la fusion nucléaire, mieux vaut oublier ça.
???
"""Jean-Pierre Petit est ancien Directeur de Recherche au Cnrs et spécialiste de physique des plasmas."""
quand même!...
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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyLun 14 Aoû 2006 - 19:19

Jean-Pierre Petit est une très grosse pointure qui fait de gros efforts de
vulgarisation. Loin de me détourner de ces questions, je vais bien plutôt approfondir!
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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMar 15 Aoû 2006 - 8:20

Socrates a écrit:
...Loin de me détourner de ces questions, je vais bien plutôt approfondir!

Il ne s'agit pas de se détourner de la question mais plutôt de ne pas avaler telles quelles les affirmations de quelqu'un qui ne connait rien à la fusion. Il est spécialiste des plasmas froids, ce qui n'a rien à voir avec une hypothétique fusion dans les conditions produites par le dispositif dont il parle. Il fait de gros efforts de vulgarisation sur un sujet qu'il connait assez mal et mélange des faits réels avec des opinions personnelles pour le moins douteuses.
Si tu veux en savoir plus sur ce dispositif, je te conseille plutôt de lire les articles originaux, et surtout pas les bétises et affirmations fantaisistes qui trainent sur les forums.
Si tu veux approfondir, voici un bon point d'entrée :
http://en.wikipedia.org/wiki/Z_machine
On trouve également des articles scientifiques, thèses, etc.

A+

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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMar 15 Aoû 2006 - 14:34

Oui, oui, il le dit lui-même: "à l'origine, je ne suis pas un spécialiste en plasma à fusion" ... à l'origine...
et lorsqu'ill E-mail avec Chris Deney qui est le responsable de la manip montée à Sandia c'est pour discuter de la météo locale...
enfin, le lien que tu donnes, il le donne lui-même pour des amateurs comme moi.
Mais j'ai trouvé son "reportage" tout aussi excellent que l'article précédemment cité et pour lequel je serais curieux que tu nous dises quelles sont ces énormes et impardonnables erreurs qu"il aurait faites...
Petit "reportage" bien sympa:
http://www.jp-petit.com/science/Z-machine/z_machine2.htm
Au plaisir,
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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMar 15 Aoû 2006 - 15:35

Socrates a écrit:

Mais j'ai trouvé son "reportage" tout aussi excellent que l'article précédemment cité et pour lequel je serais curieux que tu nous dises quelles sont ces énormes et impardonnables erreurs qu"il aurait faites...

Tout d'abord, il y a le titre racoleur. En réalité, toutes les réactions nucléaires envisagées pour la fusion produisent des radiations et au final des déchets radioactifs, même si certaines en produisent moins que d'autres.
Voir ici par exemple :
http://en.wikipedia.org/wiki/Aneutronic_fusion
"If we assume 0.1% of the energy is carried off by neutrons, even a "kitchen-sized" reactor with 30 kW of fusion power will produce 30 W of neutrons. If there is no significant shielding, a worker in the next room, 10 m away, might intercept (0.5 m2)/(4 pi (10 m)2) = 4×10-4 of this power, i.e., 0.012 W. With 70 kg body mass and the definition 1 gray = 1 J/kg, we find a dose rate of 0.00017 Gy/s. Using a quality factor of 20 for fast neutrons, this is equivalent to 3.4 millisieverts. The maximum yearly occupational dose of 50 mSv will be reached in 15 s, the fatal (LD50) dose of 5 Sv will be reached in half an hour. For an industrial size (100 MW) reactor under the same assumptions, the dose rate would be thousands of times higher, and anyone standing nearby would receive a fatal dose in a fraction of a second. The neutrons would also activate the structure so that remote maintenance and radioactive waste disposal would be necessary."

Mais le plus grave est qu'il est totalement faux d'écrire qu'il suffit de mettre une aiguille de lithium ou de bore au centre de la cage pour que ça marche et produise de l'énergie : les ordres de grandeur de compression et de temps de confinement n'y sont pas du tout, c'est faux dans un rapport supérieur à un million. Et quand il écrit que "tous les spécialistes du Z-pinch sont de cet avis", pour appuyer ses affirmations, c'est carrément un mensonge.
Tant qu'on parle du dispositif électromagnétique lui-même, ça va encore, c'est un domaine qu'il connait, mais pour le reste, la partie physique nucléaire, le plus important en fait, c'est n'importe quoi.
C'est truffé d'erreurs scientifiques, même sur le fonctionnement d'une bombe H (l'énergie ne vient pas du tout de la fusion du lithium).
Mais tout celà plait bien à beaucoup de lecteurs, il y a des petits dessins, des anecdotes croustillantes, même parfois de la vraie science. La technique de manipulation consiste à alterner des affirmations vraies, que chacun peut vérifier, souvent hors sujet, parfois en rapport avec l'actualité, avec des opinions personnelles et affirmations parfaitement fantaisistes.
Il se demande pourquoi il n'y a pas de réaction et imagine toute sorte de sombres complots, de presse muselée, de secret militaire, etc.
La réalité est bien plus prosaique : en l'état, l'expérience décrite a une portée très limitée pour la production d'énergie, comme j'ai pu m'en rendre compte par moi-même en étudiant plus en détail quelques centaines de pages de thèses sur la striction axiale, et en faisant des calculs.
Pour info, j'ai travaillé sur la fusion thermonucléaire.

Ce système est peut-être intéressant pour produire de l'énergie par fusion d'une capsule de D-T, et ce sera déjà pas mal, mais surement pas avec du bore ou du lithium. Mais pour l'instant, même pour D-T, on n'y est pas du tout.
Cependant, le phénomène physique responsable de cet échauffement à 2 milliards de K est intéressant à investiguer du point de vue de la recherche fondamentale, et ces expériences peuvent par exemple aider à comprendre certains phénomènes astrophysiques.

D'où mon conseil : les vraies informations et les erreurs sont tellement entremêlées qu'il vaut mieux aller chercher ailleurs, si possible à la source.

A+

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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMar 15 Aoû 2006 - 16:14

Intéressantes infos et point de vue Lamda0, et merci pour tes explications.

Cependant, le titre racoleur s'explique au point d'être justifié:
La focus fusion avait déjà permis d'atteindre il y a 5 ans des températures de deux millions de degré sans qu'aucun gouvernement n'ait jusque-là emboîté le pas en finançant des recherches dans cette direction (le sentiment (justifié) et partagé par de nombreux scientifiques est qu'ITER est une catastrophe qui draine trop d'argent) ; il s'agit donc dans l'esprit de l'auteur d'agir dans l'urgence sur le politique et d'attirer l'attention.

Ensuite, pour ce qui est du critère de Lawson, au sujet du temps de confinement, il se trouve que c'est, en l'occurence, un critère inadéquat !!!
Je viens de le lire plusieurs fois, affirmé par plusieurs auteurs (pas dans un "forum") . Donc je pense que ce point devrait t'intéresser et peut-être te motiver à y regarder de plus près (dès que je retrouve un lien qui explique cela, alors je t'en ferais part) ... et ainsi donc, il est peut-être pas tant que ça dans le faux, notre JJP.

Et je ne partage pas du tout ton point de vue comme quoi il s'agirait d'une "manipulation" mais alors pas du tout;
si manipulation il y a, c'est dans l'autre sens: cet extrait parle de lui-même sur qui manimule qui:

"""" 28 May 2002: Government Official Attempts to Suppress Alternative Energy Breakthrough

Los Alamos orders physicist to recant new fusion results that promise cheap clean energy.

Two fusion physicists have been threatened with firing and forced to recant spectacular results that promise cheap clean, non-radioactive energy. The results demonstrate the achievement of temperatures of over a billion degrees in a compact fusion device called the plasma focus.

"Our experiments achieve key conditions needed to burn hydrogen-boron fuel," said Eric J. Lerner of Lawrenceville Plasma Physics, a third member of the research team. "This opens the door to a new energy source that is environmentally clean and may be a 100 times cheaper than oil and gas. Yet instead of hailing our work, a Los Alamos National Laboratory manager has threatened my colleagues with firing if they don't repudiate our results. This is outrageous"
Mr. Lerner announced the results May 28 at a scientific conference in Banff, Albert, Canada, but the scientific paper describing the results has been posted to an online physics archive for three weeks.

On May 23rd Dr. Richard Seimon, Fusion Energy Science Program Manager at Los Alamos demanded Dr. Hank Oona, one of the physicist involved in the experiment, dissociate himself from comparisons that showed the new results to be superior in key respects to those of the tokamak and to remove his name from the paper describing the results. The tokamak, a much larger and more expensive device, has been the centerpiece of the US fusion effort for 25 years.

Seimon did not dispute the data or the achievement of high temperatures. He objected to the comparisons with the tokamak, arguing that it was biased against the tokamak. In addition, Siemon pressured Dr. Bruce Freeman, another co-author of the paper, to advocate the removal of all tokamak comparisons from the paper.

"Both of my colleagues in this research have been threatened with losing their jobs if they don't distance themselves from the comparisons with the tokamak," says Lerner who is lead author on the paper. "Both of them had carefully reviewed and approved the paper originally and had endorsed its conclusions. For them to be forced to recant under threat of firing is outrageous. It undermines the very basis of scientific discourse if researchers are not allowed by their institutions to speak honestly to each other. Los Alamos has no more right to tell scientists what to think or way than the Catholic Church had to tell Galileo. I cannot stand by and allow my colleagues, who did tremendous work on this experiment, to be coerced. I strongly protest Dr. Siemon's behavior."

The new results are highly important since they show that the extremely high temperatures needed for hydrogen boron fuel can be reached. Plasma focus reactors using hydrogen born fuel would be an almost ideal source of energy. No radioactive byproducts are produced and the fusion energy is released in the form of a beam of charged particles, which can be converted directly to electricity, without the use of expensive steam turbines. Plasma focus devices cost less than $500,000 to build. Once fully developed, focus-based fusion reactors would also be small, making possible decentralized sources of power. Since the reactors would be so economical, the successful development of plasma focus hydrogen boron reactors would eventually make oil and gas nearly worthless as a source of energy (although they would still be extremely valuable for other uses).

In contrast, tokamak devices cannot lead to drastically cheaper energy. Tokamaks use deuterium tritium fuel, which creates high-energy neutrons. These neutrons would then be used for conventional steam turbine generators. Most of the cost of electricity comes from the steam cycle, not the energy source, so a drastic reduction in energy costs is not possible with the tokamak.

"Dr. Seimon's actions are clearly an attempt to suppress scientific results that are important for the development of new alternative energy sources," said Mr. Lerner "The plasma focus poses a threat to existing energy sources like oil and gas."

Since funding for plasma focus research has been highly inadequate, Mr. Lerner and some colleagues have recently set up the Focus Fusion Society, which raises money from the general public for plasma focus research. "I think that the energy question is too important to leave in the hands of government funding agencies," says Lerner. "The public is vitally interested in the need for new clean and cheap energy. So we hope we can raise some of the money needed for this research through the new Society."
""""
from:
http://www.focusfusion.org/news/news.html

Au plaisir,
P.S. bien sûr, on voit tout l'intérêt que ces questionq présentent pour la propulsion spatiale!
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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMar 15 Aoû 2006 - 16:19

oups... un milliard de degrés et non pas "deux millions"... désolé
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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMar 15 Aoû 2006 - 17:04

Peut-être que les gens de Los Alamos sont bornés et protègent leur pré carré, peut-être aussi qu'ils sont compétents et ont essayé en vain de montrer à Lerner que son système ne pouvait pas fonctionner, et que celui-ci ne veut pas l'admettre. Je ne sais pas qui a raison.
A part ça, il est totalement faux de dire que le LANL ne travaille que sur le tokamak : ils évaluent en permanence toute sorte de dispositifs, décident d'approfondir les recherches sur certains, en rejettent d'autres.

Mais bon, 500000$, c'est peanuts pour la plupart des investisseurs, n'importe quel constructeur de centrales énergétiques, par exemple, peut prendre le risque et mettre ça sur la table, si le concept est réellement porteur.

A+

PS:
Socrates a écrit:

...
Ensuite, pour ce qui est du critère de Lawson, au sujet du temps de confinement, il se trouve que c'est, en l'occurence, un critère inadéquat !!!
Je viens de le lire plusieurs fois, affirmé par plusieurs auteurs (pas dans un "forum") . Donc je pense que ce point devrait t'intéresser et peut-être te motiver à y regarder de plus près (dès que je retrouve un lien qui explique cela, alors je t'en ferais part) ...
...
Euh, il est tout à fait correct que le critère de Lawson n'est pas toujours pertinent, mais pas dans le sens auquel tu penses : il n'est pas toujours pertinent dans le sens qu'il s'agit d'une condition nécessaire, mais pas suffisante.
Autrement dit : si le critère de Lawson n'est pas satisfait, on est certain que ça ne marchera pas. Par contre, ce n'est pas parce qu'il est satisfait que ça marchera forcément.

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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMar 15 Aoû 2006 - 17:58

J'ai compris qu'ils disaient qu'avec des températures et des densités aussi hautes, le temps de confinement peut être de l'ordre de seulement quelques ns(!) et que donc un échantillon de matière fusible au centre de la "Z cage" pourrait aisément trouver les conditions pour fusionner (et c'est aussi ce que disait JJP)
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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMer 16 Aoû 2006 - 18:13

A Sandia ils ont ensuite atteint non pas 2 mais 3,77 milliards de degrés !
Ils expliquent que les électrons sont jusqu'à 140 fois moins chauds que les noyaux d'atomes de fer (si j'ai bien compris, ce serait probablement à cause, principalement, du champ magnétique qui limiterait la mobilité des électrons).
@+
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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyVen 18 Aoû 2006 - 14:37

Tout d'abord j'informe ici que les recherches d'Eric Lerner sur la focus fusion sont financées en partie par la NASA (si ça marche alors la propulsion spatiale par ce procédé ce serait TOP) ... focus fusion qui est liée à la "Z" machine (cf. ci-dessous)

lambda0 a écrit:

Mais le plus grave est qu'il est totalement faux d'écrire qu'il suffit de mettre une aiguille de lithium ou de bore au centre de la cage pour que ça marche et produise de l'énergie : les ordres de grandeur de compression et de temps de confinement n'y sont pas du tout, c'est faux dans un rapport supérieur à un million. Et quand il écrit que "tous les spécialistes du Z-pinch sont de cet avis", pour appuyer ses affirmations, c'est carrément un mensonge.

Dans un premier temps j'ai été surpris par ta réponse que j'ai trouvé quelque peu "autoritariste" ( "j'ai travaillé sur la fusion thermo.) et j'ai pensé qu'il était inutile de relever. Mais puisque je lis et relis le contraire à longueur de journées... finalement j'ai pensé que je me devais de rémédier à tes affirmations:

"""""Sandia Reports Achieving 2 billion-degree ion temperatures in Z-Pinch

Hydrogen-boron fuel requires high ion energies or temperatures for fusion reactions. Significant burn only starts at one billion degrees or 100keV and the highest rate of burn is at 600keV. While Eric Lerner reported achieving ion energies above up to 210 keV in a plasma focus device at Texas A&M university in 2001, these results have remained controversial, with some critics thinking that they were too good to be true.
Now a second experiment, at Sandia National Laboratories, has achieved the same and even somewhat higher ion energies, up to 3 billion degrees. The Sandia results were reported in Physical Review Letters, Feb 24 (96, 075003). In the Sandia experiment, as with the plasma focus, the plasma was confined by the pinch effect—the tendency of large currents in plasma to create magnetic fields that compress or pinch them together.
However, there were significant differences from the Texas plasma focus experiments. First, a much larger machine was used. The Z-machine has a peak current and total energy 15 times larger than the Texas DPF—20 mega-amps and 2 mega-joules vs. 1.4 MA and 0.12 MJ. Also, the pinch was formed differently. In the Z-machine, a cylindrical array of fine steel wires is vaporized by the huge pulse of current. The resulting plasma, now with a 20 MA current coursing through it, then contracts toward the axis, compressed by the current's powerful magnetic field. In the DPF in contrast, the electrodes are not destroyed and the pinch gives rise to a tiny plasmoid, only microns across with high density and very high magnetic fields.
At Sandia, no plasmoids or hot spots were reported (although it is not entirely clear from the published paper that the instruments could have seen such plasmoids if they had formed). Instead, the plasma, which was 2 cm long, contracted to a minimum radius of 750 microns (0.75 mm). The peak density was 2 x10^20 ions/cm^3 and was maintained for about 5 ns (billionths of a second) while the peak ion energy reached 320 keV. The experimenters measured the ion temperature by detecting the width of certain lines in the optical spectrum. These lines were broadened by the Doppler shifts of the ions traveling at high speed. The higher the speed and thus the broader the lines, the higher the ion energy. The maximum magnetic field reached was around 50 MG (million gauss).
By comparison, the Texas DPF experiments achieved in the best shot a much higher field (400 MG), a higher ion density (3x 10^21/cm^3), and longer confinement time (55ns), but not as high an ion energy (55keV). (Other shots had less density but higher ion energies, up to 210 keV.) The temperature-density confinement time product, often considered a “figure of merit” for fusion devices, was 9x10^15 sec-keV/cm^3 for the Texas DPF and 3.2x10^14 sec-keV/cm^3 for the Sandia experiment. In addition, the confinement at Texas was fairly stable, with an average ion making thousands of orbits during the lifetime of the plasmoid, while the much larger Sandia pinch lasted only about a single orbit. However, the Sandia experiment had a far greater portion of the total input energy in the pinch—nearly 25%, as compared with only 0.0017% for Texas.
The iron plasma was able to radiate nearly all the energy in the pinch rapidly as X-rays, since X-ray production increases as the square of the atomic charge. As a result of the fast ion heating and electron cooling, the electrons were much cooler than the ions, reaching temperatures of only around 3.6keV.
The high ion energies surprised the Sandi researchers. M.G. Haines of the Imperial College, London, and colleagues at Sandia, interpreted the high ion energies as resulting from microturbulent heating in the plasma. Whether or not this is true, some process seems to be very efficiently converting magnetic field energy to thermal energy.
The Sandia machine could potentially be used to burn pB11 fuel, if a pellet containing the fuel were placed at the center of the array. However, there are serious obstacles to a Z-Pinch being used as a practical fusion reactor. For one thing, the giga-gauss fields needed for generating practical amounts of fusion energy are not achievable with the Z-Pinch unless it can be used to form plasmoids. Second, the Z-Pinch destroys the electrodes with each shot, so rapid pulsed operation is precluded.
The Sandia result does confirm two important conclusions of focus fusion research—that high ion temperature can be obtained from a pinch machine, and that huge differences between ion and electron temperatures are possible.""""
from : (à droite en haut: la newsletter du 10 mars 2006)
http://www.focusfusion.org/news/news.html

Si j'avais été celui que tu as traité de menteur... ça l'aurait pas fait...
mais puisque c'est pas moi... Wink
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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyVen 18 Aoû 2006 - 15:39

Je crois qu'il y a une grosse confusion dans les termes : par "produire de l'énergie", j'entend évidemment "produire plus d'énergie que ça n'en consomme". Pour l'instant, ces dispositifs consomment des millions de fois plus d'énergie qu'ils n'en produisent par fusion, et il n'y a, à ma connaissance, aucune évidence que ça change l'année prochaine. C'est tout.
Et ton copier-coller ne "remédie" à rien du tout : ça dit juste qu'on a généré des températures de plusieurs milliards de degré dans la Z, et que ça pourrait potentiellement fusionner p-B11. Que du conditionnel, aucune justification théorique dans le cas de la Z. De plus, il parle bien aussi de "serious obstacle" pour produire plus d'énergie que ça n'en consomme
En fait, pour l'instant, on en est très loin, et il manque plusieurs ordre de grandeur sur le critère de Lawson : densité et temps de confinement sont beaucoup trop faibles.
Et ne me fais pas non plus dire ce que je n'ai pas dit : ma critique que tu as citée ne visait pas Lerner, qui semble compétent sur son sujet (la Focus, mais qui ne connait pas forcément les détails de la Z), mais l'auteur d'un site français dont tu relaies des affirmations non fondées et/ou non justifiées, et qui, lui, n'est pas spécialiste de la fusion. Je t'ai seulement conseillé de laisser tomber cette source douteuse, en expliquant pourquoi, et de te raccrocher aux articles scientifiques originaux. Trouve moi un vrai article scientifique sur la fusion de p-B11 dans une Z et on pourra discuter sur une base sérieuse. De mon côté, je n'en ai trouvé que pour la fusion de D-T, et même là, ce n'est pas gagné d'avance.

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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyVen 18 Aoû 2006 - 15:52

D'accord lambda0, vu comme ça, pas de problème.
T'es un copain :drunken: (même si j'ai trouvé que t'as été plutôt dur avec ce cher JPP)
Cela dit je viens de lire une super doc sur la PROPULSION SPATIALE qui me met de fort bonne humeur pour la journée et peut-être pour plus longtemps... Qui sait?:

from: http://users.erols.com/iri/FocusFusion-Ver6.htm

"""""
Space Propulsion

Another market that is available to this product is the space propulsion market. Nuclear propulsion is a hot subject, recently reviewed in New Scientist magazine (Jan. 20 & 23, 2003) with NASA’s Nuclear Systems Initiative being renamed "Project Prometheus" and an increased budget recently approved by the White House. NASA explains that 600 million degrees was a prerequisite for this modality but that 6-8 weeks may be possible for a trip to Mars with a tripling of the space travel speed. As a result, NASA’s JPL recently funded Eric Lerner’s LPP dense plasma focus fusion project for that purpose and should acknowledge the billion degree achievement of the experiment.

The development of thermonuclear fusion for space propulsion has been, for many years, a long term goal of the space program. However, the difficulty of achieving fusion power generally, the very low thrust-to-weight rations of most fusion propulsion designs and the difficulties of dealing with neutrons, induced radioactivity and radioactive materials like tritium in space has made this goal appear impracticable.

But in the past few years, there has been a growth of interest in the dense plasma focus (DPF) device, used with aneutronic fuels, as a possible space propulsion system. This approach was proposed by the present PI, among others, in 1987 and has more recently been the subject of extensive analytical studies funded by the Air Force Systems Command, Phillips Laboratory (Edwards AFB). These more recent studies concluded, as did the earlier ones, that DPF used with advanced fuels, such as dHe3 and pB11, had the potential to be the basis of very attractive space propulsion systems, with high thrust to weight ratios, extremely high specific impulse, and negligible neutron production.

In the DPF, energy is released in the form of directed kinetic energy, suitable for producing thrust. No nozzle or magnetic focusing is needed to form a directed beam for thrust, since the ion beam is formed by the device itself. An advantage of using the DPF for propulsion as compared with energy applications, is that for propulsion, only a portion of beam energy need be converted to electricity to sustain the process, with the rest directly generating thrust.

Potentially focus fusion thrusters will have very high specific impulse, compared to chemical rockets which have very low exhaust velocities of only 2 km/sec that are obtainable in this manner. To achieve minimal space velocities above 25 km/sec need for interplanetary travel, far more fuel than payload is required. In contrast, the beam from a focus fusion device exits at over 7,000 km/sec. (Higher estimates of 11,800 km/sec exhaust speed is reported for p + 11B, which also has a mass conversion fraction of 1287 and 7 x 1013 J/kg. (Bussard and Jameson, "Design Considerations for Clean QED Fusion Propulsion Systems" 11th Symposium on Nuclear Power and Propulsion, Jan., 9, 1993)) This means that very little fuel, less than the mass of the payload, is required to achieve very high velocities.

For example, for a p-B11 thruster made up of 100 individual electrodes each producing 3 kJ of net energy per pulse with a repetition rate of 4x104Hz, a thrust of 200 kg is possible with 12 GW total power. The thrust would be supplied exclusively by the ion beam of 3 Mev alpha particles (4 kA beam). Energy storage weight would be at most about 1 ton per thruster. For a 30-ton payload with ten thrusters a thrust to weight ratio of 0.04 would be attained. This would allow a reduced trip time to Mars (200 million km) of about 16 days, with a round trip fuel consumption of only 7 tons.

Such fusion-propelled ships would be far smaller and less expensive than existing chemical rockets and would greatly reduce the cost of interplanetary travel. By mixing in additional propellant with the beam, higher thrusts can be obtained, making possible fusion rockets that could take off directly from the Earth's surface.

Over time, fusion rockets could make possible robotic interstellar probes. While fusion rockets would be limited to about one third the speed of light, even if they were large with many stages, a space effort willing to sustain projects of over several decades (the cathedrals took far longer) could undertake 60-70 year missions to nearby earth-like planets, once they had been identified by astronomers. Such identification could happen in the next 10-15 years using instruments already being developed by NASA.

This new propulsion generation market may yield an additional income stream of $25 M per year, depending on the thruster price that the market may bear. This excludes income that may be generated from the initial sale of the licenses themselves and the distributed generator income cited above.""""

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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyVen 18 Aoû 2006 - 16:24

Socrates a écrit:
D'accord lambda0, vu comme ça, pas de problème.
T'es un copain :drunken: (même si j'ai trouvé que t'as été plutôt dur avec ce cher JPP)
Cela dit je viens de lire une super doc sur la PROPULSION SPATIALE qui me met de fort bonne humeur pour la journée et peut-être pour plus longtemps... Qui sait?:

from: http://users.erols.com/iri/FocusFusion-Ver6.htm
...

Oui, c'est vrai, on va quand même pas se chamailler pour si peu entre passionnés Very Happy
Désolé de m'être emporté comme ça, mais ton jpp traite assez facilement les autres d'imbéciles (traduction: ceux qui ne sont pas d'accord avec lui) tout en disant assez souvent des bêtises, alors forcément, ça incite pas à la tolérance, et avec ses histoires de complots, d'E.T., etc. il est parfois difficile de savoir ce qu'il faut prendre et ce qu'il faut laisser.

Concernant Lerner : c'est très intéressant, mais je pense qu'il faut faire très attention aux dates. Par exemple, la NASA finance assez souvent des études pour évaluer de nouveaux concepts, tout comme le LANL, mais Lerner reçoit-il des financements NASA actuellement ?
Ce qui me met un peu la puce à l'oreille est que maintenant il a besoin de chercher des financements extérieurs. Tu ne penses pas que si son concept était si révolutionnaire et sur le point de marcher, la NASA, le LANL, la défense, etc. lui auraient mis le grapin dessus et qu'il n'aurait aucun besoin de recourir à une souscription sur Internet ? Surtout pour quelques millions de dollars, vraiment une misère pour la défense US par exemple.
Donc : affaire à suivre, mais pas de quoi crier au miracle pour l'instant.

Sinon, pour les applications, au cas où ça marche, aucun problème : tu peux relire les différents fils de discussion, où on parle déjà de la Focus, du moteur de Bussard pour les voyages interstellaires, etc., j'ai donné pas mal de doc sur ces sujet.
Quand on aura acquis la maîtrise de la fusion nucléaire, on pourra atteindre les planètes les plus proches en quelques semaines, les plus lointaines en quelques mois, lancer des sondes d'explorations vers d'autres étoiles, et tutti quanti. Tu peux aller voir nos délires sur le vol interstellaire par exemple.

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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMar 22 Aoû 2006 - 21:00

Voilà le lien qui montre qui finance:
http://www.focusfusion.org/research/funding.html
et l'on voit que le JPL finance à hauteur de 14%
et aussi que les "T-shirts" représentent 0% Very Happy

quant à expliquer pourquoi la NASA, le LANL ou la défense etc... n'ont pas mis le grapin dessus... rares sont ceux qui doivent en connaître les vraies raisons. Si tu émets l'hypothèse comme quoi c'est donc que leur procédé est bidon, pourquoi pas. Mais moi j'émettrais d'autres hypothèses:

- l'argent pour ITER est pris aux autres groupes de recherche sur la fusion (ce n'est pas une hypothèse mais bien la réalité)
- à force de crier au loup... (combien de chercheurs ont juré que leur domaine de recherche était très prometteur ? Alors comment un simple fonctionnaire fera-t-il le tri?)
- la psychologie humaine est ainsi faite que si un fonctionnaire a dit deux ans plus tôt que c'était sans intérêt alors la probabilité qu'il change d'avis est faible...
- puisque les travaux de Lerner conduiraient à un coût du KWheure 100 fois plus faible que tout autre procédé... ET que les économistes expliquent que ce serait, de leur point de vue, une catastrophe... ça pourrait expliquer.
-ce pourrait être une catastrophe à moyen terme et selon d'autres points de vue (par exemple, avoir conscience que si l'énergie est chère actuellement, cela limite la croissance des autres pays, du point de vue US, et limite un peu la détérioration de leur balance commerciale etc... )
- les chercheurs russes, chiliens, asiatiques et italiens qui en réalité travaillent sur CE procédé de focus fusion ne seraient pas aussi avancés que Lerner.
- c'est justement en ne montrant aucun intérêt qu'ils peuvent s'y intéresser le plus (et non pas le moins) et sans attirer l'attention... d'ailleurs, ils ont peut-être des équiipes en interne qui travaille précisément la-dessus (qui sait ? )
- et toutes les raisons qui nous échappent et sans pour autant croire à l'intervention des petits hommes verts...

Alors ?
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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMar 22 Aoû 2006 - 21:09

lambda0 a écrit:
Je crois qu'il y a une grosse confusion dans les termes : par "produire de l'énergie", j'entend évidemment "produire plus d'énergie que ça n'en consomme".

Loin de moi de vouloir m'imiscer dans votre dispute (au sens 'noble' du terme) mais ceci est-il théoriquement possible ?

Car ceci serait la source d'une énergie infinie et eternelle, et cela doit violer quelques principes fondamentaux non ? J'ai vu ca une fois dans Stargate Atlantis ... ce pauvre Mc Kay a failli y rester Wink
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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMar 22 Aoû 2006 - 21:55

Siddus a écrit:
lambda0 a écrit:
Je crois qu'il y a une grosse confusion dans les termes : par "produire de l'énergie", j'entend évidemment "produire plus d'énergie que ça n'en consomme".

Loin de moi de vouloir m'imiscer dans votre dispute (au sens 'noble' du terme) mais ceci est-il théoriquement possible ?

Car ceci serait la source d'une énergie infinie et eternelle, et cela doit violer quelques principes fondamentaux non ? J'ai vu ca une fois dans Stargate Atlantis ... ce pauvre Mc Kay a failli y rester Wink

Bonjour Siddus,
La masse c'est de l'énergie : E=mc2
Pratiquement, le problème est de maîtriser un procédé permettant d'opérer la transformation d'une quantité de masse en énergie. Mais le procédé ne doit pas être lui-même trop couteux en énergie pour réussir à en produire.
Le bilan doit être largement positif.
On connaît quatre procédés permettant de transformer masse en énergie: la fission, la fusion, la radioactivité et l'anhilation de matière avec de l'antimatière.
L'antimatière ne se trouve pas au coin de la rue: il faut la fabriquer à partir de grandes quantités d'énergie.
La radioactivité est une opération naturelle.
La fission demande de réunir de la matière fissile en quantité suffisante (centrales électriques nucléaires actuelles et bombes nucléaires à fission)
La fusion est ce qui se produit à l'intérieur des étoiles ou dans les bombes H ou encore en laboratoire et gràce à de nombreux procédés qui sont étudiés (la focus fusion dont nous discutons est l'un de ces procédés qui occupent les chercheurs)
J'espère avoir été clair.
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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMar 22 Aoû 2006 - 22:37

J'entends bien ! mais je faisais la remarque par rapport a une transformation qui aurait un rendement supérieur a 100%. Nous sommes bien d'accord que cela ne serait pas possible ?
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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMer 23 Aoû 2006 - 8:04

Siddus a écrit:
J'entends bien ! mais je faisais la remarque par rapport a une transformation qui aurait un rendement supérieur a 100%. Nous sommes bien d'accord que cela ne serait pas possible ?

Question de point de vue, ça dépend ce qu'on compare. Il y a évidemment conservation de l'énergie globalement, mais ce n'est pas celà qui nous intéresse pour une centrale énergétique. Le rendement dont on parle est le rendement de récupération d'une énergie interne, chimique ou nucléaire, c'est à dire le rapport entre l'énergie récupérée et l'énergie nécessaire pour faire fonctionner le dispositif.

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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMer 23 Aoû 2006 - 8:10

Socrates a écrit:
Voilà le lien qui montre qui finance:
http://www.focusfusion.org/research/funding.html
et l'on voit que le JPL finance à hauteur de 14%
et aussi que les "T-shirts" représentent 0% Very Happy
quant à expliquer pourquoi la NASA, le LANL ou la défense etc... n'ont pas mis le grapin dessus... rares sont ceux qui doivent en connaître les vraies raisons.
...
Alors ?

Ben alors, ...on verra bien. Je ne pense pas que leur procédé est bidon (ni que c'est la solution miraculeuse), mais plutôt qu'il s'agit d'une expérience très amont où tout reste à démontrer.
Ce serait un peu l'équivalent de la recherche sur le tokamak ...dans les années 60 : à l'époque, ça ne coûtait pas encore trop cher, ça tenait sur une table, et ça produisait ...des milliwatts.
Par contre, il n'est pas juste de dire que ITER aspire tout aux Etats-Unis : les Etats-Unis y participent à hauteur de 1 milliard de dollars (sur plus de 20 ans!), ce qui ne représente qu'une fraction de leurs investissements en recherche sur la fusion. Ils étudient aussi bien d'autres concepts : d'autres configurations de confinement magnétique (FRC, spheromak, etc.), confinement inertiel.

Mais je suis d'accord sur le fait qu'en Europe, ITER aspire presque toute les ressources, et qu'il est un peu regrettable qu'on ne garde pas un peu de budget pour explorer plus d'autres voies.
Par contre, il faut se méfier des comparaisons de coûts : on compare des choses qui n'ont rien à voir, des expériences de laboratoire avec un système en vraie grandeur. Peut-être que ITER coûte 1000 fois plus cher que d'autres dispositifs, mais c'est pour un rendement un million de fois supérieur, et ça produit des mégawatts.
J'ai l'impression que c'est assez à la mode en ce moment de critiquer ITER, mais on oublie facilement que tout celà est justifié par les résultats des systèmes précédents : le tokamak est le seul dispositif à être proche du break-even, et de loin. Le JET était déjà à Q > 0.6, et le break-even a même été atteint dans un réacteur japonais (même si c'est par extrapolation d'une expérience de fusion D-D).
Alors faut-il donner un coup de collier pour franchir les dernières étapes de la mise au point du tokamak, ou disperser les financements dans une multitudes de manips de laboratoire et repartir encore pour 30 ans ?
Les "fusors", c'est bien sympathique, mais c'était déjà connu dans les années 60, et ça n'a pas progressé beaucoup depuis.
La Focus Fusion : c'est aussi connu depuis longtemps, et comme tu le rappelles, il n'y a pas que Lerner qui travaille dessus.

Pour en revenir aux applications spatiales : le problème est un peu différent, il ne s'agit pas vraiment de produire de l'énergie électrique, et même des systèmes sous-critiques (Q<1) peuvent être intéressants.
De plus, pour ces applications, le tokamak est assez mal placé, à cause de la masse importante des aimants créant le champ de confinement, et du coup, j'ai plutôt une préférence pour la fusion inertielle.
Et comme on ne cherche pas à avoir un bilan énergétique globalement positif, on peut se permettre, par exemple, d'utiliser des antiprotons pour amorcer la réaction, ce qui n'aurait probablement aucun sens pour la production d'énergie (étant donné le coût énergétique de fabrication des antiprotons).

C'est ce qui m'a fait écrire quelque part qu'il ne me semble pas strictement impossible qu'on fasse fonctionner un moteur spatial à fusion avant qu'il y ait des centrales énergétiques commerciales à fusion sur Terre...

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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMer 23 Aoû 2006 - 14:02

lambda0 a écrit:

Pour en revenir aux applications spatiales : le problème est un peu différent, il ne s'agit pas vraiment de produire de l'énergie électrique, et même des systèmes sous-critiques (Q<1) peuvent être intéressants.
De plus, pour ces applications, le tokamak est assez mal placé, à cause de la masse importante des aimants créant le champ de confinement, et du coup, j'ai plutôt une préférence pour la fusion inertielle.
Et comme on ne cherche pas à avoir un bilan énergétique globalement positif, on peut se permettre, par exemple, d'utiliser des antiprotons pour amorcer la réaction, ce qui n'aurait probablement aucun sens pour la production d'énergie (étant donné le coût énergétique de fabrication des antiprotons).

C'est ce qui m'a fait écrire quelque part qu'il ne me semble pas strictement impossible qu'on fasse fonctionner un moteur spatial à fusion avant qu'il y ait des centrales énergétiques commerciales à fusion sur Terre...

Tout à fait d'accord. Aujourd'hui, si nous comparons les différents procédés pour propulsion par fusion alors la fusion inertielle pulsée (mini-orion) semblerait être la meilleure idée (les autres concepts sont trop immatures ou lourds etc...)
Cependant, le programme d'expérimentations de Lerner qui devait commencer en mi-juillet 2006 semble prévoir une rapide et passionnante progression: (il me tarde de connaître les résultats... j'en perds même le sommeil!!!) Suspect
http://www.focusfusion.org/news/news.html#31406
http://www.focusfusion.org/what/speed2.html
Je pense qu'il s'agit DU procédé, THE winner, et parce qu'il existe plusieurs moyens d'augmenter l'intensité (déjà phénoménale) du champ magnétique et parce que le procédé est si simple et si beau... Mon dieu! Mais comme ce concept est beau!
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MessageSujet: Re: La propulsion à fusion   La propulsion à fusion - Page 2 EmptyMer 23 Aoû 2006 - 14:34

Socrates a écrit:

Cependant, le programme d'expérimentations de Lerner qui devait commencer en mi-juillet 2006 semble prévoir une rapide et passionnante progression: (il me tarde de connaître les résultats... j'en perds même le sommeil!!!)
Fô pas être émotif comme ça Wink
Et les résultats, c'est dans 3 ans !

Socrates a écrit:

http://www.focusfusion.org/news/news.html#31406
Chili, Argentine, université de Buenos Aires...
Assez amusant comme coïncidence, une sorte de retour aux sources en quelque sorte, dans l'histoire de la fusion contrôlée.
Pour la petite histoire, tout a commencé au printemps 1950, avec des savants nazis qui avaient fuit en Argentine, et une annonce du président Peron révélant l'existence d'un programme de recherche secrêt grâce auquel l'Argentine serait le premier pays à maitriser la fusion nucléaire.
C'est aussitôt le branle-bas de combat aux Etats-Unis et en Union Soviétique, qui lancent leur programme de recherche...

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