Analyse : Une source d’énergie à fusion présente certes de nombreuses caractéristiques attrayantes, mais il existe d’énormes défis techniques

par Brian D.Et collège impérial de Londres

La fusion nucléaire Il a fait la une des journaux ces derniers temps, notamment lorsque le département américain de l’énergie annoncer « Fusion Ignition » l’année dernière. À bien des égards, ce n’est pas nouveau : les gros titres en première page en 1958 une promesse « Carburant illimité pendant des millions d’années » d’une expérience qui a ensuite été considérée comme un échec.

Cependant, il y a un sentiment croissant dans la communauté scientifique que les choses sont différentes cette fois-ci. La fusion nucléaire est une source d’énergie dans laquelle les noyaux d’éléments légers (comme l’hydrogène vers le début du tableau périodique) se combinent ou « fusionnent » ensemble et subissent une réaction nucléaire. Cette réaction est régie par elle célèbre formule d’Einstein, E = mc2Ainsi, une petite partie de la masse des noyaux de fusion est convertie en énergie sous forme de particules en mouvement. C’est ainsi que le soleil génère son énergie et les scientifiques visent à recréer le processus sur Terre qui génère de l’électricité.

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De Drivetime de RTÉ Radio 1, Turlough Downes de DCU sur la récente percée historique de la fusion nucléaire

L’alimentation à fusion présente de nombreuses caractéristiques intéressantes. Il n’émettra pas de gaz à effet de serre et le combustible de fusion est largement disponible, ce qui en fait une source d’énergie durable. j’ai mis ma confiance en fission nucléairela réaction qui sous-tend les centrales nucléaires d’aujourd’hui alors que les noyaux d’éléments lourds se séparent, la fusion produit peu de déchets radioactifs et des accidents catastrophiques tels que Fukushima Et Tchernobyl Ce serait impossible.

L’inconvénient est que la création d’une source d’énergie de fusion est techniquement difficile et nécessite deux tâches principales. Premièrement, le carburant doit être plus chaud que le noyau du Soleil (plus de 15 millions de degrés Celsius). En effet, les noyaux fusionnés ont une charge électrique positive qui les fait se repousser. Les hautes températures forcent les noyaux à surmonter cette répulsion et cette fusion. En revanche, la fission nucléaire ne nécessite pas de températures élevées car la division des noyaux lourds est provoquée par des neutrons qui n’ont pas de charge électrique.

Deuxièmement, le carburant doit être suffisamment confiné. Le carburant chauffé à des températures élevées, comme tout ce qui est surchauffé, a tendance à exploser. Par conséquent, le carburant doit rester en place, ou « confiné », pour que des réactions se produisent. Le Soleil résout ce problème de confinement simplement en étant si massif que sa propre gravité maintient le combustible chaud en place, mais nous devons être plus créatifs sur Terre.

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De Morning Ireland de RTÉ Radio 1, le Dr Robbie Scott du Consortium de fusion inertielle du Royaume-Uni sur la percée de la fusion nucléaire en Californie

Il existe deux approches principales du problème de confinement. La fusion par confinement magnétique (MCF) utilise des champs magnétiques pour piéger les combustibles chauds pendant de longues périodes. Parce que les noyaux de fusion sont chargés électriquement, leur mouvement peut être contrôlé par des champs magnétiques. Cette approche se retrouve dans ITERactuellement en construction dans le sud de la France.

La deuxième approche du problème de confinement est la fusion inertielle (ICF). Voici une astuce pour que le combustible chaud ne se limite pas à l’activité. Au lieu de cela, le carburant est comprimé à des densités si élevées qu’un grand nombre de réactions de fusion se produisent avant qu’il n’explose. L’exemple principal de ceci se trouve dans Laboratoire national Lawrence Livermore En Californie, où se trouve le plus grand laser du monde, nifIl est utilisé pour comprimer de petites pastilles de combustible.

Le NIF a réalisé « l’allumage par fusion » en décembre, ce qui signifie que l’énergie de fusion libérée par le combustible était supérieure à l’énergie fournie par le laser pour effectuer le chauffage et la compression. Il s’agit d’une percée importante dans le domaine de l’énergie de fusion, car c’est une preuve ou une preuve de principe que le combustible peut émettre plus d’énergie qu’il n’en faut.

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D’après BBC News, le laboratoire britannique JET a battu son propre record du monde pour la quantité d’énergie qu’il peut extraire en pressant ensemble deux formes d’hydrogène

Cependant, il reste encore de nombreux défis à relever pour convertir ce résultat en une source d’électricité. L’énergie totale produite n’était suffisante que pour faire bouillir une bouilloire plusieurs fois. Il devrait grossir et se produire plusieurs fois par seconde pour fonctionner comme une centrale électrique. Construire un laser adapté est une entreprise vaste, mais non financée.

D’autres développements ont également contribué à l’optimisme actuel concernant la fusion nucléaire. expérimenter sur Appareil JET au Royaume-Uni produit une quantité record d’énergie de fusion en décembre 2021, bien que celle-ci soit encore inférieure à l’énergie fournie pour l’expérience.

Une autre raison d’enthousiasme est l’essor de l’industrie de la fusion, qui se compose de startups soutenues par des investisseurs privés explorant de nouvelles conceptions d’énergie de fusion. Ces entreprises suivent des délais stricts pour une énergie de fusion commercialement viable, contrairement aux projets financés par des fonds publics tels que NIF et ITER. Par exemple, Systèmes de fusion du Commonwealthqui est basée dans le Massachusetts, a reçu un financement de plus de 2 milliards de dollars et vise à avoir une conception commercialement viable d’ici 2030. Atteindre cet objectif ambitieux nécessite une solution rapide à des problèmes scientifiques et techniques sans précédent.

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De RTÉ Brainstorm, est-il temps de donner une chance au nucléaire ?

L’un de ces problèmes est la conversion de l’énergie libérée par le carburant en électricité. L’énergie est émise sous forme de neutrons rapides qui peuvent endommager le matériau entourant le combustible. Minimiser la corrosion qui en résulte nécessitera une ingénierie avancée et une maintenance régulière, dont les coûts détermineront probablement la viabilité économique des centrales à fusion.

L’énergie de fusion pourrait être une source d’énergie révolutionnaire. Cependant, les défis techniques extraordinaires impliqués et l’incertitude quant au moment où ils pourraient être résolus signifient que nous ne pouvons pas compter sur eux pour atteindre nos objectifs immédiats en matière de changement climatique. Au lieu de cela, les succès récents devraient donner l’espoir que la persévérance dans la recherche scientifique pourra éventuellement surmonter les défis.

Dr Brian D. Il est Chercheur au Collège des sciences naturelles et au Département de physique collège impérial de Londres

Les opinions exprimées ici sont celles de l’auteur et ne représentent ni ne reflètent les opinions de RTÉ