Fusion nucléaire

Matériel

• Chambre à plasma virtuelle avec ions en mouvement thermique
• Graphe de Maxwell–Boltzmann avec la zone de la barrière coulombienne
• Curseurs de température et densité relatives

Protocole

1. Observer les collisions d'ions

   Dans la figure 1 « Ions dans un plasma chaud », observez les ions se déplacer et entrer en collision ; la plupart des rencontres sont bloquées par la répulsion coulombienne. Lisez la température et la densité affichées. Seuls les ions de la queue haute énergie de la distribution (aidés par l'effet tunnel) peuvent fusionner.

2. Augmenter la température

   Augmentez « Température relative » et regardez la courbe de Maxwell–Boltzmann de la figure 2 s'élargir, sa queue haute énergie s'épaissir : $f(v) \propto v^2 e^{-mv^2/2k_BT}$. Le nombre d'ions assez rapides pour franchir la barrière croît fortement pour une hausse modérée de T — voilà pourquoi étoiles et réacteurs exigent $T \sim 10^7\!-\!10^8$ K.

3. Modifier la densité et comparer

   T élevée fixe, augmentez « Densité relative » : plus d'ions signifie plus de rencontres par seconde — le taux de réaction croît en $n^2$. Comparez (T haute, n basse) et (T moyenne, n haute) : les deux peuvent donner des comptages proches, ce qui évoque le critère de Lawson $n\,T\,\tau_E$ qu'un plasma en combustion doit dépasser.

Simulation

Histoire de l’expérience

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