Fusion power breakthrough celebrated in new studies, but controversy remains

Fusion power breakthrough celebrated in new studies, but controversy remains

Le 8 août 2021, 192 faisceaux laser ont pompé bien plus d’énergie que l’ensemble du réseau électrique américain dans une petite capsule dorée et ont allumé, pendant une fraction de seconde, le même feu thermonucléaire qui alimente le Soleil.

L’expérience sur l’énergie de fusion, menée par le National Ignition Facility du Lawrence Livermore National Laboratory en Californie, est explorée en détail dans trois nouveaux articles, l’un publié dans Lettres d’examen physiqueet deux articles publiés dans Examen physique E – qui soutiennent que les chercheurs sont parvenus à “l’allumage”, une étape cruciale montrant que la fusion nucléaire contrôlée peut être réalisée. Mais les définitions de ce qui constitue «l’allumage» varient, et quelle que soit la façon dont vous le définissez, les résultats de 2021 sont encore loin d’un réacteur à fusion pratique, malgré la production de beaucoup d’énergie.

La fusion nucléaire implique la fusion de deux éléments, généralement des isotopes de l’hydrogène, en hélium, un élément plus lourd. Il libère d’énormes quantités d’énergie dans le processus, qui est le processus qui alimente les étoiles comme le Soleil.

Une centrale à fusion produirait une énergie abondante en utilisant uniquement l’hydrogène de l’eau comme carburant et en produisant de l’hélium comme déchet, sans risque de fusion ou de rayonnement. Cela contraste avec la fission nucléaire, le type de réaction dans les centrales nucléaires contemporaines, qui divise les noyaux d’éléments lourds comme l’uranium pour produire de l’énergie.

Alors que des réactions de fusion ont lieu dans le Soleil et qu’une fusion incontrôlée a lieu dans des explosions d’armes thermonucléaires, le contrôle d’une réaction de fusion soutenue pour générer de l’énergie a échappé aux ingénieurs nucléaires pendant des décennies. Des expériences de conception variée ont réussi à produire des réactions de fusion pendant de très courtes périodes de temps, mais n’ont jamais atteint le “démarrage”, le point auquel l’énergie libérée par une réaction de fusion est supérieure à la quantité d’énergie nécessaire pour générer et maintenir cette réaction. .

L’équipe du National Ignition Facility et les auteurs de l’un des trois nouveaux articles, celui publié dans la revue Lettres d’examen physique, soutiennent que “l’allumage est un état dans lequel le plasma de fusion peut commencer à ‘se propager’ dans le combustible froid environnant, permettant la possibilité d’un gain d’énergie important”. C’est-à-dire que la fusion a commencé dans l’hydrogène froid et que la réaction s’est étendue pour générer beaucoup plus d’énergie que dans les expériences précédentes.

L’expérience du 8 août 2021 a nécessité 1,9 mégajoule d’énergie sous forme de lasers ultraviolets pour déclencher une réaction de fusion dans une petite pastille congelée d’isotopes d’hydrogène, une conception de réaction de fusion par confinement inertiel, et a libéré 1, 3 mégajoules d’énergie, soit environ 70 %. de l’énergie investie dans l’expérience. La sortie, en d’autres termes, était supérieure à un quadrillion de watts de puissance, même si elle n’était libérée que pendant une infime fraction de seconde.

“Le tir record a été une percée scientifique majeure dans la recherche sur la fusion, établissant que l’allumage en laboratoire de la fusion est possible au NIF”, a déclaré Omar Hurricane, scientifique en chef du programme de fusion par confinement inertiel, dans un communiqué du Lawrence Livermore National Laboratory. “L’obtention des conditions nécessaires à l’allumage est un objectif de longue date pour toutes les recherches sur la fusion par confinement inertiel et ouvre l’accès à un nouveau régime expérimental dans lequel l’auto-échauffement des particules alpha surpasse tous les mécanismes de refroidissement dans le plasma de fusion.

Les tentatives ultérieures pour reproduire l’expérience ont produit beaucoup moins de production d’énergie, la plupart dans la plage de 400 à 700 kilojoules, ce qui a conduit certains chercheurs à suggérer que la conception expérimentale de la National Ignition Facility est une impasse technique, selon le département des nouvelles. Dans le journal La nature.

“Je pense qu’ils devraient appeler cela un succès et arrêter”, a déclaré Stephen Bodner, physicien et ancien chercheur en fusion laser du US Naval Research Laboratory. La nature.

L’installation nationale d’allumage a coûté 3,5 milliards de dollars, soit plus de 2 milliards de dollars de plus que prévu, et est en retard, les chercheurs ciblant initialement une date limite de 2012 pour prouver que l’allumage était possible en utilisant la conception.

Les nouvelles études suggèrent que les chercheurs souhaitent continuer à explorer ce dont la National Ignition Facility est capable, d’autant plus que, contrairement à d’autres chercheurs sur la fusion, les chercheurs de l’installation ne se concentrent pas principalement sur le développement de centrales à fusion, mais pour mieux comprendre les armes thermonucléaires.

“Nous opérons selon un régime auquel aucun chercheur n’a eu accès depuis la fin des essais nucléaires”, a déclaré le Dr Hurricane. “C’est une opportunité incroyable d’élargir nos connaissances tout en continuant à progresser.”

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