Fusion Boost From Liquid Shield rapproche l’énergie propre quasi illimitée

L’énergie de fusion commerciale pourrait faire un pas de plus grâce à la récente conception d’un réacteur par des chercheurs du Laboratoire de physique des plasmas (PPPL) de Princeton. Les chercheurs espèrent que leur découverte mènera à l’avenir à des réacteurs à fusion plus petits et moins coûteux.

Mais d’abord, qu’est-ce que la fusion ?

La fusion nucléaire est un processus qui crée de l’énergie de la même manière que notre soleil. Cela implique l’écrasement de deux atomes avec une telle force qu’ils se combinent en un seul atome plus grand et libèrent d’énormes quantités d’énergie au cours du processus.

Contrairement à la fission nucléaire – la réaction nucléaire actuellement utilisée dans le secteur énergétique – la fusion promet de ne pas créer de déchets radioactifs. Elle produirait trois à quatre fois plus d’énergie que la fission et ne rejetterait pas de dioxyde de carbone dans l’atmosphère comme les combustibles fossiles. La fusion est également un processus très fragile qui s’arrêtera en une fraction de seconde si les conditions correctes ne sont pas maintenues. Il n’y aurait donc aucun risque de fusion nucléaire suite à cette réaction.

Cependant, pour que cela ait lieu, nous devons être capables d’imiter les conditions au centre du soleil. Et sans surprise, cela demande beaucoup d’énergie. En fait, pour créer cette réaction sur Terre, les températures doivent être au moins six fois plus chaudes que le centre du soleil !

Un autre problème est de savoir comment confiner ces particules extrêmement chaudes dans un espace suffisamment petit pour qu’elles puissent facilement se heurter. Et c’est là que la recherche sur la fusion nucléaire se divise en deux branches : les lasers et le confinement magnétique. Dans les deux cas, les atomes impliqués sont chauffés à des températures très élevées et confinés dans une petite zone, ce qui les oblige à fusionner.

À ces températures, les atomes existent dans un état appelé plasma, qui est essentiellement une soupe d’électrons chargés négativement et d’ions chargés positivement qui ont été déchirés par la température extrêmement chaude de leur environnement. Et c’est ce plasma qu’il faut contenir.

Dans l’étude de Princeton, menée pour le compte du Département américain de l’énergie, les chercheurs ont utilisé un appareil appelé tokamak, un engin en forme de beignet qui contient le plasma à l’aide de champs magnétiques puissants.

“Le but de ces dispositifs est de confiner l’énergie”, a déclaré Dennis Boyle, physicien de recherche au PPPL, dans un communiqué. “Si vous disposiez d’un bien meilleur confinement énergétique, vous pourriez rendre les machines plus petites et moins coûteuses. Cela rendrait l’ensemble beaucoup plus pratique et rentable, de sorte que les gouvernements et l’industrie voudront y investir davantage.”

Dans les tokamaks actuels, le plasma peut souvent devenir plus froid vers ses bords, perdant de l’énergie et rendant la réaction globale moins efficace. Mais maintenant, l’équipe de PPPL a découvert qu’un simple revêtement sur les parois du réacteur pourrait aider à maintenir les bords du plasma chauds. Et ce simple revêtement est du lithium liquide.

“Les résultats… ont été très prometteurs”, a déclaré Richard Majeski, physicien principal de recherche au PPPL, dans un communiqué. “Le lithium liquide fournit non seulement une paroi capable de résister au contact avec un plasma à 2 millions de degrés, mais il améliore également les performances du plasma.”

Selon les chercheurs, ce revêtement agit également comme un bouclier pour les parois internes du réacteur, réduisant ainsi les besoins de réparations et de maintenance.

Mais comment fonctionne ce revêtement de lithium ? Eh bien, à l’intérieur du plasma, les ions hydrogène – des atomes d’hydrogène arrachés de leurs électrons – se déplacent à un rythme rapide. Certains d’entre eux peuvent sortir du plasma et coller aux parois du réacteur. Sans revêtement de lithium, ceux-ci peuvent être réfléchis dans le plasma, mais seulement après qu’une partie importante de leur énergie ait été absorbée par les parois du récipient. Cela élimine donc l’énergie thermique du plasma.

Le revêtement de lithium réduit la quantité d’hydrogène qui peut rebondir dans le plasma, absorbant environ 40 % de tous les ions hydrogène qui ont pu s’échapper.

Cependant, Quadling a ajouté que le lithium n’est pas un élément facile à utiliser. D’une part, utiliser du lithium liquide sur les parois d’un réacteur plus grand serait difficile et coûteux. Majeski a fait écho à ce sentiment, déclarant que des réacteurs plus petits pourraient être nécessaires pour intégrer avec succès cette technologie : « Afin d’avancer en toute confiance avec les parois de lithium liquide dans une phase future de [our tokamak reactor,] des expériences exploratoires à plus petite échelle sont essentielles.