Le réacteur de poche

 
On précise d'abord qu'on est dans un chapitre de science fiction. On espère que c'est de la science fiction crédible, un peu comme le serait l'idée d'utiliser l'énergie de fusion pour résoudre  la pénurie d'énergie qui s'annonce. Rien d'impossible mais seulement à un horizon lointain et selon des modalités encore à découvrir.

Jusqu'à présent on imagine la réalisation de réacteurs hybrides sous critiques. Ce sont donc des réacteurs qui contiennent des quantités importantes de combustible de façon à ce que la plupart des neutrons soient naturellement produit par le combustible. On a besoin d'un générateur de neutron seulement pour augmenter un peu la quantité des neutrons naturellement produits afin que la réaction soit auto-entretenue.

Mais en utilisant très peu de matière fissile et en produisant tous les neutrons dont on a besoin par l'utilisation d'une source séparée on pourrait faire des réacteurs beaucoup plus petits. On pourrait se limiter à des inventaires de matières fissiles qui s'expriment en grammes plutôt qu'en tonnes. On peut produire les neutrons par spallation en bombardant du plomb avec des protons qu'on a d'abord accélérés. mais jusqu'à présent les sources de protons sont quand même assez volumineuses, il existe des sources spécifiques pour la recherche, adaptée par exemple aux essais de réacteurs hybrides sous critiques et des sources pour un usage médical, proton-thérapie ou production d'isotopes ayant une utilité médicale. Les sources médicales sont les plus petites et sont quand même dans la gamme des 50 tonnes!

Pour réaliser un réacteur compact il nous faut donc une source de protons plus légère. Elle pourrait être développée sur le principe de la TNSA (Target Normal Sheath Acceleration) :

Ce mécanisme consiste à accélérer des particules en utilisant l'interaction d'un laser, ayant une impulsion intense et courte, avec la matière. En focalisant le laser sur une cible, il est possible de créer des particules et des champs électriques extrêmes atteignant des valeurs de l'ordre du TV/m. L'interaction laser-plasma permet d'accélérer les particules chargées, électrons et protons, qui sont créées sur des distances qui s'expriment en millimètres compte tenu de l'intensité gigantesque des champs créés par le laser.

Voici la description qu'en donne le CEA:
 
"Le scenario désormais consolidé pour l'accélération de protons, nommé Target Normal Sheath Acceleration (TNSA) comprends trois étapes. D'abord le piédestal de l'impulsion laser crée un petit plasma sur la surface d'une feuille mince (~µm) qui fait fonction de cible.

Ensuite, la partie principale de l'impulsion laser accélère les électrons de cette mince couche de plasma vers la cible. Enfin, la sortie des électrons sur le coté non irradié de la cible génère un intense champ électrostatique qui ionise d'abord et accélère ensuite à des très hautes énergies les ions et les protons qui se trouvent sur la surface de la cible.

Les caractéristiques de haute énergie, faible divergence, courte durée et faible emittance des paquets des protons ainsi produits les rends particulièrement intéressants" 
 
Cette approche de production de protons est sans doute viable puisqu'un consortium (SAPHIR) chargé de l'appliquer à la proton thérapie a été constitué et est soutenu par l'OSEO :
 
"Des protons accélérés par laser pour la proton thérapie: le consortium SAPHIR

Parmi toutes les applications envisageables de ces paquets des protons, la plus intéressante d'un point de vue sociétale reste, et de loin, la possibilité de les utiliser pour le traitement du cancer. Dans ce cadre, le but du consortium SAPHIR est d'étudier la faisabilité d'une source de protons compacte générée par laser qui soit plus compacte, flexible et économique des installations actuelles basées sur des accélérateurs standards. Autour de ce projet, qui a récemment reçu l'appui enthousiaste de l'OSEO, figurent des partenaires de compétence reconnue du monde de la recherche et de l'entreprise: le LOA, le CEA-DAM, Amplitude Technologies, l'Institute Gustave Roissy, l' Institute Curie, le Centre Protonthérapie d'Orsay, Propulse s.a.s, Imagine Optic et Dosisoft."

L'utilisation médicale envisagée montre qu'il est possible de maîtriser avec précision le faisceau de proton, ce qui est nécessaire aussi pour l'utiliser dans notre réacteur.

On suppose maintenant qu'on a un réacteur compact, c'est-à-dire une source de chaleur. On pourrait l'utiliser pour générer de l'électricité avec un moteur Stirling.
Ce moteur est un Stirling à piston et déplaceur libres (free piston Stirling engine) qui est complètement étanche car l'énergie électrique est produite par un alternateur linéaire. Il suffit que le réacteur le chauffe pour obtenir de l'énergie électrique.

A condition de développer une sécurité passive adéquate, la miniaturisation de ce type de réacteur pourrait d'abord permettre de l'utiliser dans un quartier, puis dans un immeuble, puis dans une maison et pourquoi pas dans une automobile.


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