La fusion nucléaire est réalisée grâce à une nouvelle technique dans laquelle le carburant est accéléré à 156 586 mph

Il est souvent décrit comme le « Saint Graal » de la production d’énergie, et maintenant les scientifiques ont mis au point une nouvelle technique pour réaliser la fusion nucléaire.

First Light Fusion, une entreprise dérivée de l’Université d’Oxford, a utilisé une technique appelée fusion par projectile pour accélérer le carburant à 200 fois la vitesse du son.

La technique est inspirée des crevettes pistolets, qui ont une pince surdimensionnée sur laquelle elles peuvent se refermer à très grande vitesse.

La fusion par projectile est plus simple, plus économe en énergie et moins chère que les approches traditionnelles, selon l’équipe.

Le Dr Nick Hawker, co-fondateur et PDG de First Light Fusion, a déclaré : « Notre approche de la fusion est une question de simplicité.

“Pour être simple, nous pensons que la fusion par projectile est le chemin le plus rapide vers une production d’électricité commercialement viable à partir de la fusion.”

La technique, appelée fusion par projectile, est plus simple, plus économe en énergie et moins chère que les approches traditionnelles, selon l’équipe

Qu’est-ce que la fusion de projectiles ?

Au lieu d’utiliser des lasers ou des aimants complexes et coûteux, la fusion par projectile utilise un projectile à grande vitesse.

Dans le cas de First Light, un gros canon à gaz hyper-vitesse à deux étages est utilisé pour lancer un projectile sur une cible contenant le combustible de fusion.

Le projectile atteint des vitesses vertigineuses de 14 540 mph (23 399 km/h) avant de toucher la cible.

Lorsque le carburant est touché par le projectile, il accélère à plus de 156 586 mph (252 000 km/h), créant une impulsion d’énergie de fusion.

Les approches traditionnelles ont tendance à impliquer la fusion inertielle, dans laquelle une petite quantité de carburant est injectée par un laser et déclenchée pour le faire brûler.

First Light Fusion a entrepris de proposer une nouvelle méthode de fusion nucléaire plus simple, plus économe en énergie et présentant un risque physique moindre.

Au lieu d’utiliser des lasers ou des aimants complexes et coûteux, la fusion par projectile utilise un projectile à grande vitesse.

Dans le cas de First Light, un gros canon à gaz hyper-vitesse à deux étages est utilisé pour lancer un projectile de 100 g sur une pastille contenant le combustible de fusion, sous forme de tritium et de deutérium.

Le projectile atteint des vitesses vertigineuses de 14 540 mph (23 399 km/h) avant de toucher la cible – environ 20 fois la vitesse du son.

Lorsque le carburant est touché par le projectile, il accélère à plus de 156 586 mph (252 000 km/h), soit 200 fois la vitesse du son, créant une impulsion d’énergie de fusion.

Selon First Light Fusion, cela fait du carburant l’objet se déplaçant le plus rapidement sur Terre à ce stade.

En ce qui concerne la manière dont cela s’appliquerait à une centrale nucléaire à grande échelle, la cible contenant le combustible de fusion nucléaire serait larguée dans la chambre de réaction avant que le projectile ne soit lancé vers le bas par la même entrée.

Le projectile rattraperait alors la cible, l’impactant au bon moment, créant une impulsion d’énergie de fusion.

“Cette énergie est absorbée par le lithium circulant à l’intérieur de la chambre, la chauffant”, a expliqué First Light Fusion.

«Le liquide qui coule protège la chambre de l’énorme dégagement d’énergie, contournant certains des problèmes d’ingénierie les plus difficiles dans d’autres approches de la fusion.

“Enfin, un échangeur de chaleur transfère la chaleur du lithium à l’eau, générant de la vapeur qui fait tourner une turbine et produit de l’électricité.”

Au lieu d'utiliser des lasers ou des aimants complexes et coûteux, la fusion par projectile utilise un projectile à grande vitesse.  Le projectile atteint des vitesses vertigineuses de 14 540 mph (23 399 km/h) avant de toucher la cible.  Lorsque le carburant est touché par le projectile, il accélère à plus de 156 586 mph (252 000 km/h), créant une impulsion d'énergie de fusion.

Au lieu d’utiliser des lasers ou des aimants complexes et coûteux, la fusion par projectile utilise un projectile à grande vitesse. Le projectile atteint des vitesses vertigineuses de 14 540 mph (23 399 km/h) avant de toucher la cible. Lorsque le carburant est touché par le projectile, il accélère à plus de 156 586 mph (252 000 km/h), créant une impulsion d’énergie de fusion.

Un grand pistolet à gaz hyper-vitesse à deux étages (photo) est utilisé pour lancer un projectile sur une cible contenant le combustible de fusion

Un grand pistolet à gaz hyper-vitesse à deux étages (photo) est utilisé pour lancer un projectile sur une cible contenant le combustible de fusion

Inspiré des crevettes pistolets

La technique est inspirée de la crevette pistolet, qui a une griffe surdimensionnée qu’elle peut refermer à très grande vitesse.

Le mouvement est si rapide qu’il lance une onde de choc dans l’eau et la stresse tellement qu’elle se déchire et forme une bulle.

L’onde de choc et la bulle interagissent et la bulle s’effondre aussi rapidement qu’elle s’est formée.

La vapeur à l’intérieur est chauffée à des dizaines de milliers de degrés et émet un éclair lumineux.

Au lieu de la griffe de la crevette, First Light Fusion utilise un marteau plus gros et plus rapide, un projectile à grande vitesse.

A terme, First Light Fusion vise à développer des centrales nucléaires dans lesquelles le processus serait répété toutes les 30 secondes.

Et bien qu’il ne mesure que quelques millimètres, la société affirme que chaque pastille cible pourrait générer suffisamment d’énergie pour alimenter une maison britannique moyenne pendant plus de deux ans.

Comparé aux techniques de fusion inertielle, qui nécessitent des lasers et des aimants coûteux, l’équipement de First Light est relativement simple et peu coûteux.

Selon l’entreprise, elle a dépensé moins de 45 millions de livres sterling pour réaliser la fusion.

«Nous visons la simplicité dans l’ingénierie des centrales électriques, mais nous voulons également rendre le processus de fusion lui-même aussi simple que possible», a déclaré le Dr Hawker.

«La technologie clé est nos conceptions cibles. En tant qu’objets, ceux-ci sont très complexes, mais la physique est plus simple que les autres approches de fusion ; il peut être compris et simulé avec précision.

«Avec ce résultat, nous avons prouvé notre nouvelle méthode pour les travaux de fusion inertielle et, plus important encore, nous avons prouvé notre processus de conception.

« La conception utilisée pour obtenir ce résultat est déjà dépassée depuis des mois.

“Dès que nous atteignons le maximum avec une idée, nous inventons la suivante, et cet incroyable voyage de découverte est ce qui est si excitant.”

Après avoir réalisé la fusion nucléaire, l’équipe planifie maintenant une expérience de “gain”, dans laquelle plus d’énergie est émise qu’elle n’en reçoit.

Mais l’entreprise ne pense pas qu’il faudra longtemps avant qu’elle ait une usine de fusion nucléaire opérationnelle.

“First Light travaille sur une usine pilote produisant environ 150 MW d’électricité et coûtant moins d’un milliard de dollars dans les années 2030”, a-t-il déclaré.

La technique a été applaudie par le secrétaire aux affaires et à l’énergie, Kwasi Kwarteng, qui l’a décrite comme ayant le potentiel de “révolutionner la production d’électricité”.

Comparé aux techniques de fusion inertielle, qui nécessitent des lasers et des aimants coûteux, l'équipement de First Light est relativement simple et peu coûteux

Comparé aux techniques de fusion inertielle, qui nécessitent des lasers et des aimants coûteux, l’équipement de First Light est relativement simple et peu coûteux

Après avoir réalisé la fusion nucléaire (impression d'artiste sur la photo), l'équipe prévoit maintenant une expérience de « gain », dans laquelle plus d'énergie est émise qu'elle n'y entre.

Après avoir réalisé la fusion nucléaire (impression d’artiste sur la photo), l’équipe prévoit maintenant une expérience de « gain », dans laquelle plus d’énergie est émise qu’elle n’y entre.

“La technologie d’origine britannique de First Light Fusion pourrait potentiellement révolutionner la production d’électricité dans les décennies à venir”, a-t-il déclaré.

“C’est pourquoi ce gouvernement investit dans la science et l’innovation au Royaume-Uni, en veillant à ce que nous restions à l’avant-garde de l’effort scientifique mondial visant à faire de l’énergie de fusion sûre, propre et illimitée une réalité.”

Ian Chapman, directeur général de l’Autorité britannique de l’énergie atomique, a ajouté: “La fusion promet d’être une partie sûre, à faible émission de carbone et durable de l’approvisionnement énergétique mondial futur, et nous soutenons toutes les avancées dans ce grand défi scientifique et technique”.

“Ces résultats sont un autre pas en avant important, et nous sommes impressionnés que First Light ait organisé une analyse indépendante de leurs résultats.”

QU’EST-CE QU’UN RÉACTEUR À FUSION NUCLÉAIRE TOKAMAK ?

Le tokamak est le système de confinement magnétique le plus développé et est à la base de la conception de nombreux réacteurs à fusion modernes.

Le plasma est contenu dans un récipient à vide, qui est ensuite chauffé en y faisant passer un courant.

Une combinaison de deux ensembles de bobines magnétiques crée un champ dans les directions verticale et horizontale, agissant comme une «cage» magnétique pour maintenir et façonner le plasma.

L’échauffement apporté par le courant plasma fournit un tiers de la température de 100 millions de °C nécessaire pour que la fusion se produise.

Le tokamak (vue d'artiste) est le système de confinement magnétique le plus développé et est à la base de la conception de nombreux réacteurs à fusion modernes.  Le violet au centre du diagramme montre le plasma à l'intérieur

Le tokamak (vue d’artiste) est le système de confinement magnétique le plus développé et est à la base de la conception de nombreux réacteurs à fusion modernes

Un chauffage supplémentaire du plasma est fourni lorsque des atomes d’hydrogène neutre sont injectés à grande vitesse dans le plasma, ionisés et piégés par le champ magnétique. Au fur et à mesure qu’ils sont ralentis, ils transfèrent leur énergie au plasma et le chauffent.

Des courants haute fréquence sont également induits dans le plasma par des bobines externes.

Les fréquences sont choisies pour correspondre aux régions où l’absorption d’énergie est très élevée.

De cette manière, de grandes quantités de puissance peuvent être transférées au plasma.

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