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Jun 13, 2023

Un réacteur à fusion compact d'à peine 3 pieds de diamètre a franchi une étape importante : ScienceAlert

Ions à l'intérieur d'un réacteur à fusion compact d'à peine un mètre (moins de 3 pieds) de diamètre

Les ions à l'intérieur d'un réacteur à fusion compact d'à peine un mètre (moins de 3 pieds) de diamètre ont été chauffés au chiffre magique de 100 millions de degrés Celsius (environ 180 millions de degrés Fahrenheit) pour la première fois dans une étape monumentale vers la mise en pratique de l'énergie de fusion nucléaire réalité.

Des chercheurs de Tokamak Energy Ltd au Royaume-Uni, du Princeton and Oak Ridge National Laboratory aux États-Unis et de l'Institut de recherche sur l'énergie et le climat en Allemagne, ont réalisé le record sur un appareil à un tokamak sphérique (ST), qui contrairement au plus circulaire ' les chemins en forme de beignet » que le combustible chauffé emprunte dans les réacteurs plus grands, confine le plasma dans un tourbillon « en forme de pomme évidée » destiné à améliorer la stabilité et l'aspect pratique de la production d'électricité.

La fusion nucléaire reproduit des processus fondamentaux au cœur de notre propre Soleil et d'étoiles similaires, en extrayant l'énergie de la fusion d'éléments plus petits en éléments plus grands. Si nous pouvons bien faire les choses – et c'est assez important – cela peut signifier une source d'énergie pratiquement inépuisable, même si elle peut encore comporter certains risques.

Là où les étoiles disposent d'énormes quantités de gravité pour fusionner des éléments et libérer de l'énergie, nous sommes obligés de compter sur la chaleur. Beaucoup de chaleur, en fait, équivalente à plusieurs fois plus chaude que le noyau du Soleil.

La cuisson des ingrédients atomiques, ou ions, à au moins 100 millions de degrés Celsius (essentiellement tout ce qui dépasse 100 millions de degrés Kelvin, ou 8,6 kiloélectronvolts en termes d'énergie) est cruciale pour obtenir les bonnes pressions.

"Des températures ioniques supérieures à 5 keV [kiloélectronvolts] n'ont jamais été atteintes dans aucun ST et n'ont été obtenues que dans des appareils beaucoup plus grands avec une puissance de chauffage du plasma nettement supérieure", écrivent les chercheurs dans leur article publié.

Dans ce cas, un tokamak sphérique appelé ST40 a été utilisé. Mis à part les machines nécessaires à son fonctionnement en toute sécurité, le réacteur lui-même ne mesure que 0,8 mètre de diamètre, une simple fraction des tokamaks plus grands qui peuvent s'étendre sur plusieurs mètres de diamètre.

Par rapport aux réacteurs de fusion plus grands, ces dispositifs plus petits sont moins chers à construire, et potentiellement plus efficaces et plus stables - autant d'avantages si vous voulez rendre une technologie commercialement viable.

Un certain nombre d'optimisations ont été déployées par les chercheurs pour atteindre le nouveau record de température, y compris l'utilisation du ST lui-même, et la façon dont le plasma a été préparé en termes de chauffage et de densité électronique.

Certaines techniques ont été empruntées aux expériences « supershot » menées dans les années 1990 dans le Tokamak Fusion Test Reactor, qui est beaucoup plus grand que le ST40. Essentiellement, l'approche impliquait l'application d'une grande quantité de chaleur dans un laps de temps très court.

Une autre astuce d'optimisation appliquée par les scientifiques consistait à chauffer davantage les ions chargés positivement que les électrons chargés négativement à l'intérieur du plasma. Connu sous le nom de mode ions chauds, il permet d'augmenter le nombre de réactions et les performances du tokamak.

"Ces températures ont été atteintes dans des scénarios en mode ions chauds, où la température des ions dépasse celle des électrons, généralement d'un facteur deux ou plus", écrivent les chercheurs.

Bien que cette percée et d'autres comme celle-ci soient certainement passionnantes, la fusion nucléaire est encore dans une phase de test avec de nombreux obstacles à franchir avant de pouvoir être considérée comme une source d'énergie pratique. Tout le monde ne pense pas que la production d'électricité par fusion nucléaire sera finalement possible, compte tenu des défis techniques impliqués.

Ces défis sont également mis en évidence ici : la température maximale a été atteinte en seulement 150 millisecondes. Une belle réussite en laboratoire, mais pas beaucoup de temps pour apporter pratiquement quoi que ce soit au réseau énergétique.

Pourtant, chaque découverte nous rapproche du but ultime - et celle-ci est particulièrement remarquable, étant donné que les tokamaks sphériques sont l'une des options les plus prometteuses pour créer des réactions de fusion nucléaire de manière à ce que les équations énergétiques et économiques nécessaires finissent par avoir un sens.

"Ces résultats démontrent pour la première fois que des températures ioniques pertinentes pour la fusion par confinement magnétique commerciale peuvent être obtenues dans un ST compact à champ élevé et sont de bon augure pour les centrales à fusion basées sur le ST à champ élevé", écrivent les chercheurs.

La recherche a été publiée dans Nuclear Fusion.