janvier 28, 2023

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Des scientifiques américains annoncent une avancée majeure – The Irish Times

Les scientifiques ont confirmé une percée majeure qui pourrait ouvrir la voie à une future abondance d’énergie propre après plus d’un demi-siècle de recherche sur la fusion nucléaire.

Des chercheurs du US National Ignition Facility en Californie ont déclaré que les expériences de fusion libéraient plus d’énergie que ce qui était pompé par des lasers massifs à haute énergie dans le laboratoire, une réalisation historique connue sous le nom d’allumage ou de gain d’énergie.

La technologie est loin d’être prête à se transformer en centrales électriques viables – et elle n’est pas sur le point de résoudre la crise climatique – mais les scientifiques ont salué cette percée comme la preuve que la puissance des étoiles peut être exploitée sur Terre.

« La semaine dernière … ils ont tiré un ensemble de lasers sur une pastille de carburant et plus d’énergie a été libérée par l’allumage par fusion que par le laser entrant », a déclaré le Dr Arati Prabhakar, directeur des politiques au Bureau des sciences de la Maison Blanche. . La technologie. « C’est un excellent exemple de ce que la persévérance peut vraiment accomplir. »

L’énergie de fusion ouvre la perspective d’une énergie propre abondante : les réactions ne libèrent ni gaz à effet de serre ni déchets radioactifs. Un kilogramme de combustible de fusion, composé de formes lourdes d’hydrogène appelées deutérium et tritium, fournit une énergie équivalente à 10 millions de kilogrammes de combustibles fossiles. Mais il a fallu 70 ans pour en arriver là.

S’exprimant lors de l’annonce mardi, Jill Hroby de la National Nuclear Security Administration a déclaré que les États-Unis avaient « fait le premier pas timide vers une source d’énergie propre qui a le potentiel de révolutionner le monde ».

Le National Ignition Facility est un immense complexe situé au Lawrence Livermore National Laboratory, près de San Jose. Il a été construit pour mener des expériences qui recréent, brièvement et en miniature, les processus lancés à l’intérieur des bombes nucléaires, permettant aux États-Unis d’entretenir leurs ogives nucléaires sans avoir besoin d’essais nucléaires.

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Mais les expériences sont aussi un tremplin vers le pouvoir propre de la fusion. Pour réaliser les interactions, les chercheurs ont tiré jusqu’à 192 lasers géants dans un cylindre doré d’un centimètre de long appelé hohlraum. L’énergie intense chauffe le conteneur à plus de 3 mC – plus chaud que la surface du Soleil – et baigne dans les rayons X les pastilles de combustible de la taille d’un poivre à l’intérieur.

Les rayons X décapent la surface du grain et déclenchent une implosion semblable à une fusée, poussant les températures et les pressions à des extrêmes observés uniquement à l’intérieur des étoiles, des planètes géantes et des détonations nucléaires. L’implosion atteint des vitesses allant jusqu’à 400 kilomètres par seconde et entraîne la fusion du deutérium et du tritium.

Chaque paire de noyaux d’hydrogène fusionnés produit un noyau d’hélium plus léger, une bouffée d’énergie selon l’équation d’Einstein E=mc2. Le deutérium est facilement extrait de l’eau de mer, tandis que le tritium peut être synthétisé à partir du lithium présent dans la croûte terrestre.

Dans la dernière expérience, les chercheurs ont pompé 2,05 mégajoules d’énergie laser et obtenu 3,15 mégajoules, soit une augmentation de près de 50 %, signe que les réactions de fusion dans les grains entraînent davantage de réactions de fusion.

Tout en saluant la nouvelle, la communauté scientifique irlandaise a minimisé ses effets directs sur la production d’énergie.

Le professeur Ronan McNulty, physicien à l’University College Dublin, a déclaré que même s’il s’agissait d’une étape importante et encourageante dans la recherche sur la fusion, les attentes devraient toujours être raisonnables.

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« La fusion en tant que source d’énergie viable ne sera pas disponible demain ni même dans cinq ans. Cependant, à long terme, je pense que c’est la solution ultime pour obtenir une énergie propre et illimitée. »

Le Dr Cormac Orivertay, maître de conférences en physique à la Southeast Technological University, a déclaré que même s’il s’agit de « progrès réels quoique quelque peu minimes », il reste encore du chemin à parcourir.

« Il y a une vieille chose, vous savez, si nous mettions autant d’argent dans la fusion que dans les armes et autres, nous l’aurions piraté il y a des années. Mais il semble que cela progresse à un rythme très lent. »

À la School of Theoretical Physics de l’Institut d’études avancées de Dublin, le professeur Dingo O’Connor a déclaré que c’était une nouvelle « fantastique », mais que la réalisation était relativement faible par rapport à d’autres découvertes scientifiques telles que la découverte des ondes gravitationnelles ou la particule de Higgs.

« C’est une preuve de concept », a-t-il déclaré. « C’est une réussite scientifique. Le véritable défi de son utilisation est le défi de l’ingénierie. »

Bien que la pastille utilisée dans cette expérience ait tiré plus d’énergie que le laser inséré, le calcul n’inclut pas les quelque 300 MJ nécessaires pour alimenter le laser en premier lieu. Le laser NIF se déclenche environ une fois par jour, mais la centrale électrique devrait chauffer les cibles 10 fois par seconde. Ensuite, il y a les objectifs de coût. Ceux utilisés dans l’expérience américaine coûtaient des dizaines de milliers de dollars, mais pour une centrale électrique viable, il fallait qu’elle coûte un centime. Un autre problème est de savoir comment l’énergie est libérée sous forme de chaleur.

Avec un investissement suffisant, « quelques décennies de recherche peuvent nous mettre en mesure de construire une centrale électrique », a déclaré le Dr Kim Podell, directeur du Lawrence Livermore National Laboratory. Il a ajouté qu’une centrale électrique basée sur la technologie alternative utilisée à Joint European Toros (JET) dans l’Oxfordshire pourrait être bientôt prête.

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« D’une certaine manière, tout change, et d’une autre manière, rien ne change », a déclaré Justin Wark, professeur de physique à l’Université d’Oxford et directeur de l’Oxford Center for High Energy Density Science.

Ce résultat prouve ce que la plupart des physiciens ont toujours cru – la fusion en laboratoire est possible. Cependant, les obstacles qui doivent être surmontés pour fabriquer quoi que ce soit comme un réacteur commercial sont énormes, et ils ne doivent pas être sous-estimés. »

Wark a déclaré que demander combien de temps il faudrait pour surmonter les défis, c’est comme demander aux frères Wright combien de temps il faudrait pour construire un avion pour traverser l’Atlantique juste après leur premier vol. « Je comprends que tout le monde veut considérer cela comme la solution parfaite à la crise de l’énergie. Ce n’est pas le cas, et quiconque l’a dit avec certitude se trompe.

Il a ajouté : « Il est hautement improbable que la fusion affecte une échelle de temps suffisamment courte pour affecter la crise actuelle du changement climatique, nous ne devons donc pas relâcher nos efforts à cet égard ».

Les derniers résultats montrent aussi que la science fondamentale fonctionne – les lois de la physique ne nous empêchent pas d’atteindre l’objectif – les problèmes sont techniques et économiques. Comme l’a dit un jour Niels Bohr, le physicien atomiste lauréat du prix Nobel, « La prédiction est très difficile, surtout quand il s’agit de l’avenir. » – Rapport supplémentaire The Guardian