Fusion Ignition devient une réalité ; Seuil de rentabilité énergétique atteint au laboratoire Lawrence

LES SCIENCESLA PHYSIQUEFusion Ignition devient une réalité ; Seuil de rentabilité énergétique atteint au laboratoire Lawrence

Les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont atteint l'allumage par fusion et le seuil de rentabilité énergétique. Le 5th En décembre 2022, l'équipe de recherche a mené une expérience de fusion contrôlée à l'aide de lasers lorsque 192 faisceaux laser ont fourni plus de 2 millions de joules d'énergie UV à une minuscule pastille de combustible dans la chambre cible cryogénique et ont atteint le seuil de rentabilité énergétique, ce qui signifie que l'expérience de fusion a produit plus d'énergie que fourni par le laser pour le piloter. Cette percée a été réalisée pour la première fois dans l'histoire après des décennies de travail acharné. Il s'agit d'une étape importante dans la science et a des implications importantes pour la perspective d'une énergie de fusion propre à l'avenir vers une économie à zéro carbone net, pour lutter contre le changement climatique et pour maintenir la dissuasion nucléaire sans recourir aux essais nucléaires pour la défense nationale. Auparavant, le 8thEn août 2021, l'équipe de recherche avait atteint le seuil de l'allumage par fusion. L'expérience avait produit plus d'énergie que toute autre expérience de fusion précédente, mais le seuil de rentabilité énergétique n'a pas été atteint. La dernière expérience menée le 5th Décembre 2022 a accompli l'exploit du seuil de rentabilité énergétique, fournissant ainsi la preuve de concept que la fusion nucléaire contrôlée peut être exploitée pour répondre aux besoins énergétiques, bien que l'application commerciale pratique de l'énergie de fusion peut encore être très éloignée.

Les réactions nucléaires produisent de grandes quantités d'énergie équivalentes à la quantité de masse perdue, selon l'équation de symétrie masse-énergie E = MCd'Einstein. Des réactions de fission impliquant la rupture de noyaux de combustible nucléaire (éléments radioactifs tels que l'uranium 235) sont actuellement utilisées dans les réacteurs nucléaires pour la production d'énergie. Cependant, les réacteurs basés sur la fission nucléaire présentent des risques humains et environnementaux élevés, comme en témoigne le cas de Tchernobyl, et sont connus pour générer des déchets radioactifs dangereux avec de très longues demi-vies qui sont extrêmement difficiles à éliminer.

Dans la nature, des étoiles comme notre soleil, la fusion nucléaire impliquant la fusion de petits noyaux d'hydrogène est le mécanisme de génération d'énergie. La fusion nucléaire, contrairement à la fission nucléaire, nécessite une température et une pression extrêmement élevées pour permettre aux noyaux de fusionner. Cette exigence de température et de pression extrêmement élevées est satisfaite au cœur du soleil où la fusion des noyaux d'hydrogène est le mécanisme clé de la génération d'énergie, mais recréer ces conditions extrêmes sur terre n'a pas été possible jusqu'à présent dans des conditions de laboratoire contrôlées et, par conséquent, les réacteurs à fusion nucléaire ne sont pas encore une réalité. (La fusion thermonucléaire incontrôlée à température et pression extrêmes créée par le déclenchement d'un dispositif à fission est le principe de l'arme à hydrogène).

C'est Arthur Eddington qui a suggéré le premier, en 1926, que les étoiles tirent leur énergie de la fusion de l'hydrogène en hélium. La première démonstration directe de la fusion nucléaire a eu lieu en laboratoire en 1934 lorsque Rutherford a montré la fusion du deutérium en hélium et a observé "un effet énorme a été produit" au cours du processus. Compte tenu de son énorme potentiel pour fournir une énergie propre illimitée, des scientifiques et des ingénieurs du monde entier ont déployé des efforts concertés pour reproduire la fusion nucléaire sur Terre, mais cela a été une tâche ardue.

À des températures extrêmes, les électrons se séparent des noyaux et les atomes deviennent un gaz ionisé composé de noyaux positifs et d'électrons négatifs, ce que nous appelons le plasma, qui est un millionième de fois moins dense que l'air. Cela rend l'environnement de fusion très ténu. Pour que la fusion nucléaire ait lieu dans un tel environnement (qui pourrait produire une quantité appréciable d'énergie), trois conditions doivent être remplies ; il devrait y avoir une température très élevée (qui pourrait provoquer des collisions à haute énergie), il devrait y avoir une densité de plasma suffisante (pour augmenter la probabilité de collisions) et le plasma (qui a une propension à se dilater) devrait être confiné pendant une durée suffisante pour permettre la fusion. Cela fait du développement de l'infrastructure et de la technologie pour contenir et contrôler le plasma chaud l'objectif principal. De forts champs magnétiques pourraient être utilisés pour traiter le plasma comme dans le cas du Tokamak d'ITER. Le confinement inertiel du plasma est une autre approche dans laquelle des capsules remplies d'isotopes lourds de l'hydrogène sont implosées à l'aide de faisceaux laser à haute énergie.

Les études de fusion menées au Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) du NIF ont utilisé des techniques d'implosion par laser (fusion par confinement inertiel). Fondamentalement, des capsules millimétriques remplies de deutérium et de tritium ont été implosées avec des lasers de haute puissance qui génèrent des rayons X. La capsule est chauffée et se transforme en plasma. Le plasma accélère vers l'intérieur, créant des conditions de pression et de température extrêmes lorsque les combustibles de la capsule (atomes de deutérium et de tritium) fusionnent, libérant de l'énergie et plusieurs particules, dont des particules alpha. Les particules libérées interagissent avec le plasma environnant et le réchauffent davantage, entraînant davantage de réactions de fusion et la libération de plus «d'énergie et de particules», créant ainsi une chaîne auto-entretenue de réactions de fusion (appelée «allumage par fusion»).

La communauté de la recherche sur la fusion essaie depuis plusieurs décennies de parvenir à «l'allumage par fusion»; une réaction de fusion auto-entretenue. Le 8th En août 2021, l'équipe du Laboratoire Lawrence est arrivée au seuil de "l'allumage par fusion" qu'elle a atteint le 5th Décembre 2022. Ce jour-là, l'allumage par fusion contrôlée sur Terre est devenu une réalité - une étape scientifique franchie !

*** 

Umesh Prasad
Umesh Prasad
Rédacteur, Scientifique Européen

Inscrivez-vous à notre infolettre

Pour être mis à jour avec toutes les dernières nouvelles, offres et annonces spéciales.

- Publicité -

Articles les plus populaires

Mission Artemis Moon : vers une habitation humaine dans l'espace lointain 

Un demi-siècle après les emblématiques missions Apollo qui ont permis...

Fond d'onde gravitationnelle (GWB) : une percée dans la détection directe

Une onde gravitationnelle a été directement détectée pour la première fois...
- Publicité -