MÉMOIRE — ÉTUDE DE LA FUSION PAR CONFINEMENT DANS LA STRUCTURE CRISTALLINE

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ABSTRAIT

Mon objectif était de déterminer si la fusion par confinement dans la structure cristalline fournit sufisamment de qualité pour remplacer les générateur thermoélectrique à radioisotope en tant que source d’énergie dans un véhicule spatial.

J’ai utilisé différents modèles pour déterminer différentes valeurs importantes pour un véhicule spatial. Notamment, la capacité énergétique ou j’ai calculé la densité d’énergie et l’énergie spécique. J’ai aussi déterminé la abilité, la disponibilité des composantes ainsi que la sécurité du processus.

J’ai trouver les valeurs suivante: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑒 𝑑’𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒 = 7. 459 × 1014𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠 · 𝑚−3, 𝑙’é𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒𝑠𝑝é𝑐𝑖𝑓𝑖𝑞𝑢𝑒=1.72117×1011𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠 · 𝑘𝑔−1. La durée de vie est le quotient du nombre de réactions possibles et du taux d’utilisation. Le réacteur est très able. Les carburants sont accessibles comme vu par leurs abondance: 21𝐻: 0. 015% et 𝐸𝑟: 0. 000018%.

Finalement, la sécurité est la même que pour le Générateur Thermoélectrique à Radioisotope(GTR) puisqu’il émet les mêmes particules: neutrons, alpha, bêta et gamma.

Comparées aux statistiques des GTR, les statistiques du réacteur de fusion par connement dans la structure cristalline sont équivalentes ou supérieures dans toutes les qualités. Par conséquent, il a été déterminé que le réacteur de fusion est capable de remplacer les GTR.

INTRODUCTION

L’exploration spatiale est une étape essentielle au développement humain. Le fait de devenir une race interplanétaire nous permettra d’acquérir une deuxième chance au cas où nous faisons face à une catastrophe mondiale similaire à l’astéroïde qui a éliminé les dinosaures. Ceci était l’opinion de Elon Musk, propriétaire de Tesla, The Boring Company et SpaceX à la raison pour laquelle il a commencé la compagnie d’exploration spatiale SpaceX et pourquoi c’est obligatoire ainsi que urgent que l’humanité accroît son développement interplanétaire. Ces mots exacte était:

Un astéroïde ou un supervolcan pourrait certainement nous détruire, mais nous sommes également confrontés à des risques que les dinosaures n’ont jamais vus : un virus articiel, une guerre nucléaire, la création par inadvertance d’un micro-trou noir ou une technologie encore inconnue pourrait signier notre n. — Elon Musk

Évidemment, Elon Musk n’est pas le seul; le gouvernement américain, propriétaire de la NASA, est d’accord avec les idées du multimilliardaire en publiant des plans similaires dans l’article: Le voyage de la NASA vers Mars : les prochaines étapes pionnières de l’exploration spatiale. Eh bien, les plus riches du monde Elon Musk et Jeff Bezos, même le gouvernement des Etats-Unis, le pays le plus développé sont impliqués, alors qu’est-ce qui les arrête de développer une navette spatiale et coloniser différentes planètes?

La réponse la plus apparente est l’habitabilité de la planète. Cependant, avant même d’arriver à la planète il existe un autre problème qui n’est pas bien connu. Notamment, c’est une source d’énergie plausible et utilisable à une grande échelle. Les systèmes de production électrique qui fonctionnent dans le vide sont rares, sans même ajouter la condition qu’ils doivent fonctionner pour une dizaine d’années. De nos jours, les sources d’énergie sont centrées sur les panneaux solaires ainsi que sur l’énergie nucléaire par désintégration radioactive. Notez qu’il y a plusieurs missions spatiales d’où les panneaux solaires ne sont pas ou sont peu pratiques, et donc inutilisables. Dans ce cas, il faut utiliser l’énergie nucléaire par la désintégration radioactive, et la technologie qui mène dans ce sujet est les générateurs thermoélectriques à radioisotope. Pourtant, les GTR ne sont pas utilisables à grande échelle à cause de la source des produits radioactifs. Le carburant qu’utilisent les GTR sont des produits récupérés du combustible des réacteurs nucléaires de recherche ou des cibles spéciales, dans les réacteurs de recherche. En bref, sa production est extrêmement minime et très difcile à augmenter, ce qui est un grand problème à l’idée de l’expansion interplanétaire.

Une nouvelle source d’énergie a attiré l’attention de nombreux chercheurs, gagnant la première place dans Physical Review C, une revue renommée pour la physique nucléaire. Elle est centrée sur une source d’énergie générale et extrêmement prometteuse, la fusion et elle se nomme la fusion par connement dans la structure cristalline. L’objectif de cette étude sera de déterminer la viabilité de la fusion par connement de réseaux dans le contexte d’un véhicule spatial. L’étude va répondre à la question suivante:

Est-ce que la fusion par connement dans la structure cristalline fournit sufsamment de qualité obligatoire pour remplacer les générateur thermoélectrique à radioisotope en tant que source d’énergie dans un véhicule spatial?

Pour y répondre, il faut démontrer des preuves concrètes fournies par des statistiques quantitatives relier au context. Mon approche est constituée de trois étapes englobantes. Premièrement, déterminer quelques critères qui sont essentiels à la production d’énergie pour un véhicule spatial. Ensuite, calculer les statistiques représentatives des critères. Enn, les résultats seront discutés face aux autres sources d’énergie.

PREMIÈRE ÉTAPE

L’espace est un environnement hostile et les planètes sur lesquelles atterrissent certains véhicules spatiaux ne sont guère meilleures. An qu’une source d’énergie soit utilisable dans l’espace, elle doit:

● avoir une résistance aux extrêmes de température

● avoir la protection contre les rayonnements

● avoir une bonne absorption des chocs due aux secousses perpétuel

● avoir aucune dépendance sur la force de gravité

Ces exigences constituent le minimum pour être considéré comme source d’énergie dans l’espace. Les critères qui décrivent la qualité d’une source d’énergie sont la densité d’énergie, l’énergie spécique, la abilité, la disponibilité des composantes, la sécurité du processus ainsi que la durée de vie. Alors, la fusion par connement de réseaux en plus que d’autres sources d’énergie.

DEUXIÈME ÉTAPE

Chacun des critères qui décrivent la qualité d’une source d’énergie sera calculé. La densité d’énergie, l’énergie spécique, la abilité, la disponibilité des composantes, la sécurité du processus ainsi que la durée de vie. Voici la méthodologie globale de l’investigation de mon étude.

Méthodologie:

Densité d’énergie: Rendement Théorique, Densité atomique dans un mètre cubique, Potentiel d’énergie chimique(Densité d’énergie)

Energie Spécique: Rendement Théorique, Densité atomique dans un kilogramme, Potentiel d’énergie chimique(Énergie Spécique)

Fiabilité: Notes Externes

Disponibilité: Abondance naturelle des carburants, Abondance articielle des carburants

Sécurité: Relâche radioactive, Produits radioactifs

Durée de vie

Rendement Théorique

Le rendement théorique est utilisé pour calculer la densité d’énergie et l’énergie spécique. Le rendement est une mesure d’énergie par réaction. Pour calculer le rendement théorique ils faut suivre les étapes ci-dessous:

A- La relâche d’énergie de toute réaction primaire de la fusion par connement

B- La probabilité que chaque réaction primaire se produise.

C- Appliquer la conversion d’énergie en électricité

Étape A: Pour cette étape, nous devons calculer l’énergie de chaque type de réaction nucléaire. Dans la fusion par connement dans la structure cristalline, il y a trois types de réaction nucléaires, la standard, le capture de neutron et le capture de proton.

La Fusion Standard: Je la nomme ainsi puisqu’elle est simple ainsi que ce que la plupart des gens s’attend à une réaction nucléaire. Ce type de fusion se trouve dans toutes autres réacteurs de fusion, magnétique des Tokamaks ou Stellarators. Cela consiste à donner un montant d'énergie géant pour surmonter la force de Coulomb. On note qu’elle ne doit pas être surmonté, après tout, la force de Coulomb est inverse au carré de la distance. Simplement dit, le plus près que les charges sont, la force augmentera exponentiellement. Nos créations ne doivent pas toute la surmonter, mais seulement jusqu’au point où la force nucléaire forte est supérieure à la force Coulomb qui apportera les deux noyau ensemble. La raison pour laquelle la fusion par connement dans la structure cristalline fonctionne sans un géant montant d'énergie comme les températures incroyables dans les Tokamaks et Stellarators est par le concept de “electron screening”. Puisque toute la construction, les carburant et le réseau sont super proches. Et bien, à cause des grands nombres d'électrons dans la région, la force Coulomb est éparpillé au lieu de xe qui la fait plus facile à surmonter. A la n de la journée, l'énergie relâche de l'équation de fusion est calculée par le défaut de mass et la formule d’Einstein, ensemble, elle est: ∆𝐸 = (𝑚𝑟é𝑎𝑐𝑡𝑖𝑓 − 𝑚𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑖𝑡)𝑐2 = ((𝑚1 + 𝑚2) − (𝑚3 + 𝑚4)𝑐2.

Capture de neutron: Le capture de neutron est une réaction fusion sous la catégorie de “Screened Oppenheimer-Phillips”. Dans ce type de réaction, un deuteron a haute énergie s’approche à un atome d’Erbium. Ce qui différencie la capture de neutron et la capture de proton est l'orientation de la molécule. Pour la capture de neutron, le neutron est plus proche à l'Erbium que le proton. La molécule s’approche au noyau d’Erbium, a un point, la force nucléaire forte du noyau d’Erbium est supérieure à la force de Coulomb qui les sépare. Cette force fait que la molécule de deutérium se dissocie, le neutron s’incorpore dans le noyau d’Erbium tandis que le proton est repelé à haute vitesse a une direction opposée. Puisque le neutron s’incorpore dans le noyau de l’atome d’Erbium, c'est une réaction de fusion et donc l'énergie relâche de l'équation de fusion est calculée par le défaut de mass et la formule d’Einstein, ensemble, elle est: ∆𝐸 = (𝑚𝑟é𝑎𝑐𝑡𝑖𝑓 − 𝑚𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑖𝑡)𝑐2 = ((𝑚1 + 𝑚2) − (𝑚3 + 𝑚4)𝑐2.

Le capteur de proton: Identique a la capture de neutron, sauf l’orientation initiale est opposee.

En suivant la formule d’Einstein nous avons maintenant toutes les énergies relâcher pour chacune des réactions primaires trouver dans la fusion par connement dans la structure cristalline.

Étape B: Cette étape a été essayée deux fois puisque la première méthode ne me laissait pas continuer avec mes connaissances limitées.

Méthode A:

La méthode A est basée sur un modèle développé par l’imagination. Il faut visualiser la fusion par connement par structure cristalline pour comprendre les conjectures. On commence avec un deuteron excité à un point dans l’espace trois dimensional nommer A. Si ce deuteron excite traverse une distance r dans toutes les trois directions, la forme construite par tous les chemins possibles est un sphère. Ensuite, nous voulons savoir la quantité de molécules dans ces chemins possibles, donc dans la sphère. Le volume de la sphère est alors multiplié par la densité. Prochainement, du point de vue du deuteron, les atomes ne sont pas des sphères eu même mais des cercles. Alors, on multiplie le nombre de molécules avec l’aire de la surface respective. Ceci nous donne l’aire qui sera possiblement mise en collision. Dernièrement, on suppose que ce deuteron va toujours rentrer dans un des atomes près et ne va pas sortir de notre réseau. Par conséquent, on peut calculer la probabilité de collision avec chaque type d’atome en le comparant à l’aire totale des surfaces de toute atome. L’équation nale de probabilité de collision pour chaque atome est.

Limitations:

1-Ce modèle ne prend pas en compte la distance entre le Point A et la molécule. Ceci est super important puisque les neutrons sont gardés en connement dans la structure cristalline, donc ils sont très près l’un à l'autre tandis que les molécules d’Erbium sont, en comparaison, distant. Ceci est peut-être une des raisons pour les résultats inattendu qui favorise l’interaction entre le deuteron et l’Erbium quand cela n’est pas le cas.

1-La deuxième limitations, et peut-être la plus importante, ce modèle ne prend pas compte de la possibilité de réaction qui est une mesure incroyablement importante dans tous réacteurs de fusion. C’est-à-dire, même s’il y a la collision entre un deuteron et une autre molécules, ce n’est pas certain du tout qu’une réaction se produit. En fait, il est fort probable que cela n’arrivera pas.

Ces limitations font que la Méthode A n’est pas utilisable pour arriver au but de cette partie de notre étude, qui est de déterminer la probabilité de collision entre chaque molécule.

Méthode B

Pour contourner ces limites, j’ai utilisé une base de données expérimentale. Le laboratoire est une reproduction de la fusion par connement dans la structure cristalline. Le but de leur laboratoire est de déterminer la meilleure combinaison de matériaux pour construire le réacteur. L’expérience elle-même est de faire la fusion par connement, et entourer le tout dans un spectromètre de neutron. Un spectromètre de neutron est un dispositif électronique qui va capturer les neutrons en fuite(celles qui sortent du réacteur). Il indique le nombre de neutrons capturés en fonction de leurs niveaux d’énergie. Sur l’axe-y, on trouve “neutron uence” qui est le ux de neutron. Puisque le spectromètre encercle le réacteur, le ux de neutron est le nombre de neutrons qui rentrent dans leur zone. Sur l’axe-x, on trouve “neutron energy” qui est l’énergie des neutrons qui sont contenus dans son ux. La mesure d’énergie est le méga-électron volt. Note que ces l’énergie des neutrons et non l’énergie relâchée par la réaction. Donc la première chose à faire est de calculer le montant d’énergie que chaque particule parte avec et le repérer dans le graphique. On traite l’énergie de relâche comme énergie totale et ensuite on peut dire que l’énergie totale est égale à l’ajout des énergies cinétique.

𝑄𝑟𝑒𝑙â𝑐h𝑒𝑟 = 1/2 𝑚(𝑎)𝑣(a)² + 1/2 𝑚(𝑏)𝑣(b)²

Alors la relation entre la masse et l’énergie peut-être écrit par:

1/2 𝑚(𝑎) 𝑣(a)² /1/2 𝑚(𝑏)𝑣(b)²= 𝑚(𝑏)/𝑚(𝑎)

Finalement, avec l’énergie du neutron pour chacune des réactions qui relâche un neutron, on peut la repérer dans le graphique qui nous donnera un montant de neutron éjecté. A partir de cette quantité on peut établir la probabilité que chacune des réactions primaires possibles se produise.

Étape C: Le rendement théorique est l’énergie total produite par le réacteur pour un nombre 𝑛 de déclenchement selon les calculs théoriques précédents. L’équation sera:

𝑟𝑒𝑛𝑑𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 ≈ 𝑛((𝑃𝑟𝑜𝑏𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡é 𝑑𝑒 𝑟é𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 × 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒 𝑅𝑒𝑙â𝑐h𝑒𝑟) + (𝑃𝑟𝑜𝑏𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡é 𝑑𝑒 𝑟é𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 × 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒 𝑅𝑒𝑙â𝑐h𝑒𝑟)…)

Ou on fait le produit entre la probabilité de réaction et l’énergie relâchée par cette réaction. Ensuite le 𝑛 qui represente la quantite de réaction totale multiplie le tout, pour une énergie approximative relâcher par la reacteur. Enn, la dernière étape est de multiplier le tout par un facteur approximatif de l’énergie qui sera perdu tout au long du fonctionnement du réacteur. J’ai utilisé le même facteur que celle du générateur thermoélectrique à radioisotope puisque la forme d’énergie produite est similaire: neutron ou autre particule excite.

Densité d’énergie

La densité d’énergie représente l’énergie par unité de volume, le mètre cube(nous utiliserons les mesures du système international). Donc, nous devions calculer l’énergie potentielle de la fusion par connement dans la structure cristalline ainsi que celle du générateur thermoélectrique à radioisotope, théorique, avec un mètre cube de carburant.

Densité atomique dans un mètre cubique: Pour calculer la densité, il y a eu plusieurs implications de la chimie physical, notamment les structures cristallines et ces cellules unitaires et primaires. Le réseau d’erbium est de forme hexagonal compact[Figure __]. Une cellule unitaires de cette structure cristalline a comme équation pour volume de 24 2𝑟3(La variable 𝑟 est le diamètre de l’atome). Elle incorpore un total de 6 atomes d’Erbium. Pour calculer l’espace entre les atomes d’Erbium, on fait:

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑙𝑒𝑠 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑠 𝑑𝑢 𝑟é𝑠𝑒𝑎𝑢 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑑𝑢 𝑟é𝑠𝑒𝑎𝑢 − 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑑𝑒𝑠 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑠 𝑑’𝐸𝑟𝑏𝑖𝑢𝑚

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑙𝑒𝑠 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑠 𝑑𝑢 𝑟é𝑠𝑒𝑎𝑢 = 391 788 385. 249𝑝𝑚3 − 290 111 655. 366𝑝𝑚3

= 101 776 729. 883𝑝𝑚3

Ensuite le Volume est multiplié par le montant d’atome dans un volume carrée avec accordance a la pression du gaz.

Nombre d’atome de Deuterium = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑙𝑒𝑠 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑠 𝑑𝑢 𝑟é𝑠𝑒𝑎𝑢 × Nombre d’atome/Volume

= 10. 177 672 988 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒 ≈ 10 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒

Maintenant qu’on a le nombre d’atome de deutérium et d’erbium dans un volume, on prend 1 mètre cube et on divise par le volume du réseau. Ceci nous donne le nombre d’atomes de deutérium et d’erbium dans ce volume, le mètre cube.

1 𝑚è𝑡𝑟𝑒 𝑐𝑢𝑏𝑒 / 391 788 385.249𝑝𝑚3 = 1×1036𝑝𝑚3/391 788 385.249𝑝𝑚3 = 2. 55 × 10²⁷

Alors la quantité d’atome sera:

2. 55 × 1027 × 6 = 1. 53 × 1028𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒 𝑑’𝐸𝑟𝑏𝑖𝑢𝑚

2. 55 × 1027 × 10 = 2. 55 × 1028𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑢𝑡é𝑟𝑖𝑢𝑚

Potentiel d’énergie chimique dans 1 mètre cube de carburant(Densité d’énergie) : A partir de la quantité d’atome de deutérium, on peut établir une énergie potentielle dans un mètre cube de carburant. On peut utiliser le deutérium comme facteur limitant puisque toute réactions l'inclut, donc le nombre de deutérium est aussi le nombre de réactions possibles. Ainsi, on multiplie le nombre de deutériums avec le rendement théorique pour établir la densité d'énergie.

𝑟𝑒𝑛𝑑𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 ≈ 𝑛(0.1825747𝑀𝑒𝑉)et2.55×1028𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑑𝑒𝑑𝑒𝑢𝑡é𝑟𝑖𝑢𝑚 2. 55 × 10^28(0. 1825747 𝑀𝑒𝑉)
= 4. 65565 × 10^27𝑀𝑒𝑉

4. 65565 × 10^27𝑀𝑒𝑉 × 1. 6021 × 10^−13 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠 = 7. 459 × 10^14𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠 𝑀𝑒𝑉

Donc, dans 1 mètre cube de carburant, ils se trouve 7. 459 × 10^14𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠 d'énergie. La densité d'énergie est de 7. 459 × 10^14𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠 · 𝑚−3.

Energie Spécifique: L'énergie spécique représente l'énergie par unité de masse, le kilogramme. On utilise le même modèle que celui de la densité d'énergie pour le calculer. C’est-a-dire, on utilise le rendement théorique multiplié par le montant d'atome de deutérium dans 1 kilogramme de carburant pour trouver le potentielle d'énergie.

Densité atomique dans un kilogramme de carburant: Pour calculer la densité atomique dans un kilogramme de carburant nous allions tout d’abord calculer la masse d’une cellule du carburant. Ensuite on divise 1 kilogramme par la masse trouver qui nous donnera le nombre d’atome d’Erbium et de Deutérium dans 1 kilogramme de carburant.

Pour calculer la masse d’une cellule, on constate qu’il y a 6 atome d’Erbium et 10 atome de Deutérium. L’Erbium a une masse molaire de 167. 259𝑔 · 𝑚𝑜𝑙−1 et la masse de Deutérium est 2. 014𝑔 · 𝑚𝑜𝑙−1. On peut utiliser la formule de la Loi d’Avogadro pour calculer la masse des atomes individuels.

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑑’𝐸𝑟𝑏𝑖𝑢𝑚 = 1. 666 × 10−21𝑔𝑟𝑎𝑚𝑚𝑒 = 0. 001666 × 10−21𝑘𝑖𝑙𝑜𝑔𝑟𝑎𝑚𝑚𝑒

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝐷𝑒𝑢𝑡é𝑟𝑖𝑢𝑚 = 3. 344 × 10−23𝑔𝑟𝑎𝑚𝑚𝑒 = 0. 003344 × 10−23𝑘𝑖𝑙𝑜𝑔𝑟𝑎𝑚𝑚𝑒

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑑’𝑢𝑛𝑒 𝑐𝑒𝑙𝑙𝑢𝑙𝑒 = 1. 69944 × 10−24𝑘𝑖𝑙𝑜𝑔𝑟𝑎𝑚𝑚𝑒

Alors, dans un kilogramme de carburant nous allons avoir: 1 𝑘𝑖𝑙𝑜𝑔𝑟𝑎𝑚𝑚𝑒 . Le nombre 1.69944×10−24𝑘𝑖𝑙𝑜𝑔𝑟𝑎𝑚𝑚𝑒 de cellule dans 1 kilogramme de carburant est: 5. 88429 × 1023. Alors, dans ce kilogramme de carburant, il y a 3. 53057 × 1024 𝐸𝑟𝑏𝑖𝑢𝑚 et 5. 88429 × 10^24 𝐷𝑒𝑢𝑡𝑒𝑟𝑖𝑢𝑚.

Potentiel d’énergie chimique dans 1 kilogramme de carburant(Energie Spécique) : Maintenant que nous avons calculé le nombre d’atome dans un kilogramme de carburant. On peut calculer le potentiel d'énergie chimique en multipliant le rendement théorique calculé précédemment par le nombre de deuterium:

Durée de vie

La durée de vie d’un réacteur de fusion par connement dans la structure cristalline dépend fortement de son taux d’utilisation. La duree de vie serait calculer en divisant le nombre de réaction possible par le taux d’utilisation(𝑟é𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑝𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒). Puisque le taux d’utilisation est ajustable, une durée de vie ne peut pas être déterminée.

Fiabilité

La fusion par connement dans la structure cristalline ne comporte aucune pièce mobile, ce qui lui confère une abilité incroyable. Elle est donc beaucoup plus able qu’une source d’énergie comme l’énergie solaire, d’où ces panneaux doivent bouger pour ce placer proprement, mais ne peut être comparée aux générateurs thermoélectriques à radioisotopes(aussi aucune pièce mobile), qui ont été testés et éprouvés, et dont la abilité est donc beaucoup plus crédible.

Disponibilité

Pour évaluer la disponibilité, nous regardons à l’abondance naturelle des carburants. L’accessibilité est extrêmement importante si nous voulons accroître le programme spatial.

Les carburants de la fusion par confinement dans la structure cristalline: Deuterium: 2,1 𝐻, 𝑎𝑏𝑜𝑛𝑑𝑎𝑛𝑐𝑒 = 0. 015%

Erbium: 𝐸𝑟, 𝑎𝑏𝑜𝑛𝑑𝑎𝑛𝑐𝑒 = 0. 000018%
Les carburants des générateurs thermoélectriques à radioisotope:

Plutonium: 238𝑃𝑢, 𝑎𝑏𝑜𝑛𝑑𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑒𝑙𝑙𝑒 = 0% 94

Curium:244𝐶𝑚,𝑎𝑏𝑜𝑛𝑑𝑎𝑛𝑐𝑒𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑒𝑙𝑙𝑒= 0% 96

Le Plutonium, : 238𝑃𝑢, est le carburant le plus commun dans les GTR, et est souvent sous forme d’oxyde de plutonium(IV). Tristement, il est aussi le seul qui n’est pas abondant comme déchets nucléaires des réacteurs nucléaires autour du monde et doit être spéciquement synthétisé. Ceci est non seulement coûteux mais aussi extrêmement difcile à développer. Seule la Russie a une production à haut volume, tandis que les autres pays, comme les Etats-Unis, non pas plus de 50 grammes produits entre 2013 et 2018(5 ans).

Sécurité

La fusion par connement dans la structure cristalline, comme la majorité des sources d’énergie nucléaires, souffre en ce qui concerne la sécurité. Les possibilités créées par la chaîne d’activation d’un gros atome comme l’Erbium fait qu’en tant que scientique, nous devons être près pour toute. L’emissions de neutron ou proton par la dissociation de deuteron… l’émission gamma des noyaux excités comme le Tritium… l’émission de désintégration alpha et beta par les produits instable… L’étude de la défense contre les rayonnements radioactifs est l’étude de la manière d’arrêter l’impact de ces rejets. Presque tous les matériaux peuvent servir d’écran de protection contre ces émissions surtout s’ils sont utilisés en quantité sufsante. Alors, l’étude est plus spécialisé vers comment le faire d’une façon efcace.

De la même manière, les générateurs thermoélectriques à radioisotope sont aussi une source d’énergie nucléaire, et donc souffrent des mêmes problèmes. La différence sont les proportions, la fusion par connement dans la structure cristalline eject en majorité des neutrons de différente vitesse: thermique(<0.025eV), épithermique(>0.025eV-1 eV), lent(1 eV-1 keV), intermédiaire(1 keV-1 MeV), rapide(1 MeV-100 MeV), tandis que les GTR relâche plutôt des produits de désintégration: alpha(α), beta(β), gamma(γ).

TROISIÈME ÉTAPE

La densité d’énergie, l’énergie spécique seront discutées ensemble en raison de la relation entre leurs constituant. Les statistiques de production d’énergie des deux sources d’énergie ne montrent rien qui puisse déterminer une réponse dénitive quant à quelles sources seraient la meilleure. Les statistiques sont similaires, par exemple, l’énergie spécique de la fusion par confinement dans la structure cristalline est de 1. 72117 × 1011𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠 · 𝑘𝑔−1, tandis que pour le générateur thermoélectrique à radioisotopes, elle est de 8. 5616 × 1010𝐽 · 𝑘𝑔−1 en utilisant du plutonium-238 comme combustible, et de 9. 3607 × 1010𝐽 · 𝑘𝑔−1 en utilisant du curium-244. Cela montre que la fusion par connement peut contenir près de 2 fois plus d’énergie que le générateur thermoélectrique à radioisotope. Cependant, cette statistique n’est pas signicative puisque ce double de capacité à contenir de l’énergie joue seulement un rôle après la durée de vie du générateur. Bien sûr, lorsque les humains cherchent à aller de longue distance pour un grand montant de temps, cette statistique sera beaucoup plus significative, mais pour le moment, la durée de vie d’un vieux GTR de 45 ans, note le GTR du Voyager 1&2. Et je suis certain que nous ne ferons pas de missions spatiales qui dureront plus longtemps que cela dans les prochaines années. Pour répondre à la question de recherche: la fusion par connement dans la structure cristalline a une énergie spécique sufsante pour remplacer les GTR comme sources d’énergie, mais pas assez pour mettre toutes nos ressources dans le développement de la technologie.

La durée de vie d’un réacteur de fusion par connement dans la structure cristalline est à la discrétion du créateur puisqu’elle est directement liée à l’utilisation des atomes de deutérium dans sa structure. Similairement au GTR, la fusion par connement dans la structure cristalline devient de moins en moins efcace au fur et à mesure que le nombre de deutérium dans le combustible diminue. Ceci est quelque chose dont je n’ai pas pu tenir compte à cause de mes connaissances limitées. Mais, la conjonction que la durée de vie est dépendante à l’utilisation du deutérium est certaine. La réaction est basée sur le deutérium, donc, il est interchangeable avec le nombre de réactions potentielles. Ceci est a dire, la durée de vie d’un réacteur de fusion par connement est supérieure à celle d’un GTR puisque les scientiques ont plus de contrôle à son utilisation, tant qu’avec un GTR le tout est fixe. Pour répondre à la question de recherche: la fusion par connement dans la structure cristalline peut remplacer les GTR en ce qui concerne la durée de vie.

La abilité des deux sources d’énergie sont identiques. Cependant les GTRs on déjà été testé et utilisé dans l’espace, donc ils sont plus crédible en regard de leur abilité. Leurs abilité sont identiques puisque tous les deux on aucune pièce mobile qui est ce qui se brise le plus souvent dans l’espace. De plus, la méthode pour convertir l’énergie en électricité est la même puisque la relâche est faite sous des manières très similaires: l’émission de neutron, d’alpha, de bêta ou même de gamma. Donc, pour répondre à la question de recherche: on peut dire que les deux sources d’énergie sont ables mais la fusion par connement dans la structure cristalline doit être testé et utilisé pour être comparable au générateur thermoélectrique à radioisotope.

La disponibilité est un sujet qui cause beaucoup de problèmes pour les RTG. On peut voir que leurs combustibles on aucune abondance sur terre. Il n’existe pas naturellement! En plus, celle la plus utilisée, le plutonium 238, n’est même pas abondante dans les déchets nucléaires. Ils doivent être spéciquement créés, et c’est évident que cela coûte cher et n’est pas efcace. Le plutonium 238 est créé quand les réactions nucléaires ne sont pas en train de bien fonctionner, comme le réacteur de Tchernobyl, cet accident a relâché beaucoup de plutonium 238 qui a été ramassé par la Russie. Durant le 20ème siècle, beaucoup de texte pour des armes nucléaires ont été faites. Ceci est l’endroit d’où le combustible est produit et collecté, mais de nos jours, 2021–2022, les stockages faits durant le passé se terminent alors un alternatif doit être mis en place bientôt. D’une manière complètement opposée, les combustibles pour la fusion par connement dans la structure cristalline sont abondants et ne sont pas cher. Deuterium: 21𝐻: 0. 015% et l’erbium: 𝐸𝑟: 0. 000018%. Alors, pour répondre à la question de recherche: la fusion par connement dans la structure cristalline est complètement prête à prendre le relais en ce qui concerne la disponibilité de ces matériaux.

Finalement, la sécurité pour les deux sources d’énergie sont très similaire. Ils sont tous les deux des sources d’énergie nucléaire qui font qu’il y aura des problèmes. Les deux sources d’énergie émettent des neutrons des particules alpha, bêta, gamma. Donc, comme il est possible de garder l’environnement sauf avec les GTR comme sources d’énergie, la même chose peut-être dit par le réacteur de fusion par connement dans la structure cristalline. Pour répondre à la question de recherche: les réacteurs de fusion par connement dans la structure cristalline peuvent remplacer les GTR en ce qui concerne la sécurité.

CONCLUSION

Les réacteurs de fusion par connement dans la structure cristalline peuvent remplacer les GTR dans toutes les statistiques calculées. La capacité d’énergie, la durée de vie, la abilité, la disponibilité des matériaux, la sécurité; dans chacune de ses catégories, le réacteur de fusion est égal ou meilleur que celui du générateur thermoélectrique à radioisotope. Mais, ce type de réacteur a quand même besoin de beaucoup d’innovation avant qu’elle vienne en réalité. De plus, il ne faut jamais oublier qu’il y a aussi un grand nombre de chercheurs qui étudient les générateurs thermoélectriques à radioisotope, eux-aussi peuvent améliorer leurs statistique pour que la fusion par confinement dans la structure cristalline ne peut plus être en avance.

Les annexes sont seulement sur le PDF.