vignette|Un fusor d'amateurblogspot.com - Will's Amateur Science and Engineering: Fusion Reactor's First Light!, Feb 2010 (from blog) Un fusor est un dispositif qui utilise un champ électrique pour chauffer des ions à des conditions appropriées pour la fusion nucléaire. La machine génère une différence de potentiel électrique entre deux cages en métal à l'intérieur d'une enceinte vide. Les ions positifs descendent cette différence de tension en accélérant. S'ils entrent en collision dans le centre, ils peuvent éventuellement fusionner. Ce dispositif est du type à confinement inertiel électrostatique (CIE).
Un fusor de Shuttleworth–Hirsch est le type le plus commun de fusor"Biography of Philo Taylor Farnsworth".. Cette conception est le résultat du travail de Philo T. Farnsworth, en 1964, et de Robert L. Hirsch en 1967Robert L. Hirsch, "Inertial-Electrostatic Confinement of Ionized Fusion Gases", Journal of Applied Physics, v. 38, no. 7, October 1967P. T. Farnsworth (private communication, 1964). Une variante de fusor avait été proposée précédemment par William Elmore, James L. Tuck, et Ken Watson au Laboratoire National de Los Alamos"On the Inertial Electrostatic Confinement of a Plasma" William Elmore, James Tuck and Ken Watson, The Physics of Fluids, January 30, 1959 sans qu'ils aient jamais construit de machine.
Des fusors ont été construits par différentes institutions. Cela inclut des institutions académiques comme l'Université de Wisconsin–MadisonIon Flow and Fusion Reactivity, Characterization of a Spherically convergent ion Focus., l'Institut de Technologie du MassachusettsImproving Particle Confinement in Inertial electrostatic Fusion for Spacecraft Power and Propulsion. et des entités gouvernementales, telles que l'organisation de l’énergie atomique d'Iran"Preliminary Results of Experimental Studies from Low Pressure Inertial Electrostatic Confinement Device" Journal of Fusion Energy, May 23, 2013"Experimental Study of the Iranian Inertial Electrostatic Confinement Fusion Device as a Continuous Neutron Generator" V. Damideh, A. Sadighzadeh, Koohi, Aslezaeem, Heidarnia, Abdollahi, Journal of Fusion Energy, June 11, 2011. Des fusors ont également été développés, comme sources de neutrons par DaimlerChrysler Aerospace"The IEC star-mode fusion neutron source for NAA--status and next-step designs". et comme méthode pour produire des isotopes médicaux"Phoenix Nuclear Labs meets neutron production milestone", PNL press release May 1, 2013, Ross Radel, Evan Sengbuschhttp://shinemed.com/products/, SHINE Medical Technologies, accessed 1-20-2014.. Ils sont devenus très populaires dans les milieux amateurs pour leur relative simplicité de fabrication. Un nombre croissant d'amateurs ont réalisé la fusion nucléaire à l'aide de simples machines fusorHull, Richard.http://discovermagazine.com/2010/extreme-universe/18-do-it-yourself-basement-fusion "How to Build a $1000 Fusion Reactor in Your Basement" Discovery Magazine March 2010http://spectrum.ieee.org/energy/nuclear/fusion-on-a-budget "Fusion on a Budget" IEEE Specturm March 2009https://www.bbc.co.uk/news/10385853 "Extreme DIY: Building a homemade nuclear reactor in NYC" BBC June 2010http://robofusor.aditl.com/ "THE HAYLETT NUCLEAR FUSION PROJECT" Accessed 9/15/2014http://www.cnet.com/news/13-year-old-builds-working-nuclear-fusion-reactor/ "13-year-old builds working nuclear fusion reactor" CNET news, March 2014.
Mécanisme Pour toute chute de potentiel de 1 volt à travers laquelle un ion est accéléré, il gagne 11604 kelvins en température. Par exemple, un plasma typique de fusion par confinement magnétique chute de , ce qui augmente sa température d'environ 174 mégakelvins. Parce que la plupart des ions tombent sur les fils de la cage, les fusors souffrent de fortes pertes par conduction. Au plus fort du fonctionnement, ces pertes peuvent être au moins de cinq ordres de grandeur plus élevées que l'énergie de fusion, même lorsque le fusor est en mode étoile"Fusion in a Magnetically Shielded grid interial electrostatic fusion device" J Hedditch, Physics of Plasmas, 2015. Par conséquent, aucun fusor n'a jamais approché l'équilibre de production/consommation d'énergie. centré|vignette|400x400px|Illustration du mécanisme de base de la fusion en fusors. (1) Le fusor contient deux cages métalliques concentriques. La cathode est à l'intérieur de l'anode. (2) les ions Positifs sont attirés à l'intérieur vers la cathode. Ils sont accélérés dans la chute de tension. Le champ électrique assure le chauffage des ions du plasma jusqu'aux conditions de fusion. (3) Les ions manquent la cage interne. (4) Les ions entrent en collision aux centre et peuvent fusionner"Ion flow and fusion reactivity characterization of a spherically convergent ion focus" Thesis work, Tim Thorson, December 1996, The University of Wisconsin–Madison.
Historique vignette|Le Brevet AMÉRICAIN 3,386,883 - fusor — Schéma du brevet Farnsworths, le 4 juin 1968, l'appareil dispose d'une cage intérieure qui produit le champ électrique, et de quatre canons à ions à l'extérieur.
Le fusor a été conçu à l'origine par Philo T. Farnsworth, mieux connu pour son travail de pionnier dans la télévision. Au début des années 1930, il a étudié un certain nombre de tubes à vide destinés à une utilisation dans la télévision, et parmi eux il en a trouvé un présentant un effet intéressant qu'il a nommé « multipactor ». Dans ce dispositif, les électrons se déplaçant d'une électrode à l'autre étaient arrêtés à mi-vol par l'application d'un champ magnétique haute-fréquence approprié. La charge s'accumulait alors au centre du tube conduisant à une forte densité. Malheureusement, il se produisait aussi une forte érosion des électrodes sous l'impact des électrons. De nos jours l'effet multipactor est considéré comme nuisible.
Ce qui intéressa particulièrement Farnsworth dans l'appareil est sa capacité à focaliser les électrons en un point particulier. L'un des problèmes les plus importants dans la recherche sur la fusion est d'empêcher le combustible chaud de heurter les parois du conteneur. Si cela se produit, alors le combustible refroidit et la fusion ne peut pas avoir lieu. Farnsworth fit le raisonnement qu'il pouvait construire un confinement du plasma électrostatique, un système dans lequel la paroi du réacteur serait faite d'électrons ou d'ions maintenus en place par effet multipactor. Le combustible pourrait alors être injecté à travers la paroi, et une fois à l'intérieur, il serait incapable de s'échapper. Il a appelé ce concept une électrode virtuelle, et l'ensemble du système le fusor.
Conception Les modèles d'origine des fusors de Farnsworth étaient basés sur des arrangements cylindriques des électrodes, comme l'original multipactor. Le combustible était ionisé puis tiré ensuite par de petits accélérateurs à travers des trous dans l'électrode physique externe. Il était alors accéléré à haute vitesse vers la zone de réaction intérieure. La pression électrostatique exercée par les électrodes positives était suffisante pour maintenir le combustible à l'écart de la paroi de la chambre et les impacts des ions entrant maintenait chaud le plasma central. Farnsworth parle de confinement inertiel électrostatique, une expression qui continue à être utilisée aujourd'hui.
Les laboratoires Farnsworth Television Tous ces travaux avaient eu lieu aux laboratoires Farnsworth Télévision qui avait été achetés en 1949 par la société ITT Corporation, dans le cadre de son plan pour devenir le prochain RCA. Cependant, une recherche sur la fusion n'était pas considérée comme immédiatement rentable. En 1965, le conseil d'administration a commencé à demander la vente de la Farnsworth division, même si son budget pour 1966 a été approuvé, avec un financement jusqu'à mi-1967. Tout financement ultérieur fut refusé, ce qui mit fin à l'aventure de ITT dans la fusion.
Les choses ont changé de façon spectaculaire avec l'arrivée de Robert Hirsch, et l'introduction du brevet du fusor modifié Hirsch-Meeks. Ces nouveaux fusors ont été construits entre 1964 et 1967. Hirsch publie son modèle dans un article de 1967. Sa conception inclut des faisceaux d'ions pour injecter des ions dans la chambre à vide.
L'équipe s'est ensuite tournée vers la Commission de l'énergie atomique des États-Unis AEC, alors chargée du financement des projets de recherche sur la fusion et leur a fourni un démonstrateur qui a produit plus de fusion que les appareils « classiques ». Les observateurs ont été surpris, mais le moment était mal choisi; Hirsch lui-même avait récemment révélé les grands progrès réalisés par les Soviétiques à l'aide du tokamak. En réponse à cet étonnant développement, la CEA a décidé de concentrer le financement sur des projets de grands et de réduire son soutien à d'autres concepts.
Développements récents Au début des années 1980, déçu par la lenteur des progrès sur les grosses machines, un certain nombre de physiciens reconsidérèrent d'autres conceptions. George H. Miley à l'Université de l'Illinois s’intéressa au fusor provoquant un regain d'intérêt pour le concept qui bien que faible a persisté jusqu'à aujourd'hui. Un développement important a été le succès du lancement commercial de générateur de neutrons à base de fusors. De 2006 jusqu'à sa mort en 2007, Robert W. Bussard a donné des conférences sur un réacteur de conception similaire à celui du fusor, maintenant appelé le polywell, qui serait capable de produire de la puissance utile"The Advent of Clean Nuclear Fusion: Super-performance Space Power and Propulsion", Robert W. Bussard, Ph.D., 57th International Astronautical Congress, October 2–6, 2006. Plus récemment, les fusors ont gagné en popularité parmi les amateurs, qui les choisissent comme projet personnel en raison de leur faible demande d'espace, d'argent, et de puissance. Une communauté en ligne de « fusioneurs », L'Open Source Fusor Consortium de Recherche, ou Fusor.net, est destiné à la diffusion des développements dans le monde des fusors et à l'aide à d'autres amateurs dans leurs projets. Le site comprend des forums, des articles et des documents sur le fusor, y compris le brevet original de Farnsworth et le brevet de Hirschfusor.net.
La fusion dans les fusors
La base de la fusion vignette|Variation de la section-efficace de différentes réactions de fusion. La fusion nucléaire se réfère à des réactions dans lesquelles des noyaux légers sont fusionnés pour former des noyaux plus lourds. Ce processus change de la masse en énergie, qui peut être capturée pour fournir l'énergie de fusion. De nombreux types d'atomes peuvent être fusionnés. Les plus faciles à fusionner sont le deutérium et le tritium. Cela se produit lorsque les ions ont une température d'au moins (kiloelectronvolts), soit environ 45 millions de kelvins. La seconde plus simple réaction de fusion est celle du deutérium avec lui-même. Comme ce gaz est moins cher, c'est le carburant couramment utilisé par les amateurs. La facilité de faire une réaction de fusion est mesurée par sa section efficace"Development of the indirect drive approach to inertial confinement fusion and the target physics basis for ignition and gain" John Lindl, Physics of Plasma, 1995.
Puissance nette Dans de telles conditions, les atomes sont ionisés et constituent un plasma. L'énergie produite par la fusion, à l'intérieur d'un plasma chaud est donnée par"Some Criteria for a Power producing thermonuclear reactor" John Lawson, Atomic Energy Research Establishment, Hanvell, Berks, 2 November 1956
où : est la densité de puissance de fusion (énergie par unité de temps par unité de volume), n est la densité du nombre d'espèces A ou B (particules par unité de volume), est le produit de la section efficace de collision σ (qui dépend de la vitesse relative) et de la vitesse relative des deux espèces v, en moyenne sur toutes les vitesses des particules dans le système, et est l'énergie libérée par une seule réaction de fusion.