L'équipe australienne affirme qu'elle est à 5 ans de Fusion Energy. Voici où nous en sommes vraiment

L'équipe australienne affirme qu'elle est à 5 ans de Fusion Energy. Voici où nous en sommes vraiment

 

Les récents rapports de scientifiques qui poursuivent un nouveau type de technologie de fusion nucléaire sont encourageants, mais nous sommes encore loin du “Saint Graal de l’énergie propre”.

La technologie développée par Heinrich Hora et ses collègues de l’Université de NSW utilise des lasers puissants pour fusionner les atomes d’hydrogène et de bore, libérant des particules de haute énergie qui peuvent être utilisées pour produire de l’électricité.

 

Comme pour d’autres types de technologie de fusion nucléaire, cependant, la difficulté est de construire une machine capable de déclencher de manière fiable la réaction et d’exploiter l’énergie qu’elle produit.

Qu’est-ce que la fusion?

La fusion est le processus qui alimente le Soleil et les étoiles. Cela se produit lorsque les noyaux de deux atomes sont forcés si près l’un de l’autre qu’ils se combinent en un seul, libérant de l’énergie dans le processus.

Si la réaction peut être apprivoisée en laboratoire, elle a le potentiel de fournir une électricité de base presque illimitée avec des émissions de carbone pratiquement nulles.

La réaction la plus facile à initier en laboratoire est la fusion de deux isotopes différents de l’hydrogène: le deutérium et le tritium. Le produit de la réaction est un ion hélium et un neutron à déplacement rapide. La plupart des recherches sur la fusion à ce jour ont poursuivi cette réaction.

La fusion deutérium-tritium fonctionne mieux à une température d’environ 100 000 000 ℃. Confiner un plasma – le nom de l’état de matière en flammes à de telles températures – que le chaud n’est pas une mince affaire.

La principale approche pour exploiter la puissance de fusion est appelée confinement magnétique toroïdal. Les bobines supraconductrices sont utilisées pour créer un champ environ un million de fois plus fort que le champ magnétique terrestre pour contenir le plasma.

Les scientifiques ont déjà réalisé la fusion du deutérium-tritium lors d’expériences aux États-Unis (réacteur Tokamak Fusion Test Reactor) et au Royaume-Uni (Joint European Torus). En effet, une campagne de fusion deutérium-tritium aura lieu dans l’expérience britannique cette année.

Ces expériences déclenchent une réaction de fusion utilisant un chauffage externe massif, et il faut plus d’énergie pour soutenir la réaction que la réaction ne se produit.

La prochaine phase de la recherche sur la fusion dominante impliquera une expérience appelée ITER (“la voie” en latin) en cours de construction dans le sud de la France. Chez ITER, les ions d’hélium confinés créés par la réaction produiront autant de chaleur que les sources de chauffage externes. Comme le neutron rapide transporte quatre fois plus d’énergie que l’ion hélium, le gain de puissance est un facteur de cinq.

ITER est une preuve de concept avant la construction d’une centrale électrique de démonstration.

En quoi l’hydrogène et le bore sont-ils différents?

La technologie rapportée par Hora et ses collègues suggère d’utiliser un laser pour créer un champ magnétique de confinement très fort, et un deuxième laser pour chauffer une pastille de combustible hydrogène-bore pour atteindre le point d’allumage par fusion.

Lorsqu’un noyau d’hydrogène (un seul proton) fusionne avec un noyau de bore-11, il produit trois noyaux énergétiques d’hélium. Par rapport à la réaction deutérium-tritium, celle-ci présente l’avantage de ne produire aucun neutron difficile à contenir.

Cependant, la réaction hydrogène-bore est beaucoup plus difficile à déclencher en premier lieu. La solution de Hora consiste à utiliser un laser pour chauffer une petite pastille de combustible à la température d’inflammation, et un autre laser pour chauffer des bobines métalliques pour créer un champ magnétique qui contiendra le plasma.

La technologie utilise des impulsions laser très brèves, d’une durée de seulement nanosecondes. Le champ magnétique requis serait extrêmement puissant, environ 1 000 fois plus puissant que celui utilisé dans les expériences sur le deutérium-tritium. Des chercheurs japonais ont déjà utilisé cette technologie pour créer un champ magnétique plus faible.

Hora et ses collègues affirment que leur processus créera un “effet d’avalanche” dans la pastille de combustible, ce qui signifie qu’il se produira beaucoup plus de fusion que ce à quoi on pourrait s’attendre autrement. . 100 000 000 ℃. Il n’y a aucune preuve expérimentale d’une augmentation de cette ampleur.

Où aller d’ici?

Les expériences avec l’hydrogène et le bore ont certainement produit des résultats physiques fascinants, mais les projections par Hora et ses collègues d’un chemin de cinq ans pour réaliser la puissance de fusion semblent prématurées. D’autres ont tenté une fusion déclenchée par laser. Aux États-Unis, par exemple, la National Ignition Facility a tenté de réaliser un allumage par fusion hydrogène-deutérium en utilisant 192 faisceaux laser focalisés sur une petite cible.

Ces expériences ont atteint un tiers des conditions nécessaires à l’allumage pour une seule expérience. Les défis comprennent le placement précis de la cible, la non-uniformité du faisceau laser et les instabilités qui se produisent lorsque la cible implose.

Ces expériences ont été menées au plus deux fois par jour. En revanche, les estimations suggèrent qu’une centrale électrique nécessiterait l’équivalent de 10 expériences par seconde.

Le développement de l’énergie de fusion est plus susceptible d’être réalisé par le programme international traditionnel, avec l’expérience ITER en son cœur. L’Australie a un engagement international avec le projet ITER dans les domaines de la théorie et de la modélisation, de la science des matériaux et du développement technologique.

Une grande partie de cela est basée à l’ANU en collaboration avec l’Organisation australienne des sciences et technologies nucléaires, qui est signataire d’un accord de coopération avec ITER. Cela dit, il y a toujours de la place pour l’innovation intelligente et les nouveaux concepts, et c’est merveilleux de voir toutes sortes d’investissements dans la science de la fusion. The Conversation

Matthew Hole , chercheur principal, Mathematical Sciences Institute, Australian National University .

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lisez l’article original .

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