La puissance de l’énergie de fusion pourrait enfin être débloquée grâce à une nouvelle mise à jour de la physique

La puissance de l'énergie de fusion pourrait enfin être débloquée grâce à une nouvelle mise à jour de la physique
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Dans le monde des énergies renouvelables, il n’y a peut-être pas d’objectif plus ambitieux que l’énergie de fusion. Cela implique la fusion d’atomes d’hydrogène pour créer de l’hélium, un processus qui génère une quantité d’énergie impie. C’est une réaction qui se produit à chaque instant dans le soleil, mais la reproduire sur Terre est un processus beaucoup plus rare et ardu. Si nous réussissons, cependant, nous aurions accès à une source propre d’électricité renouvelable qui répond à nos besoins énergétiques sans cesse croissants.

À cette fin, les chercheurs poursuivent un phénomène appelé « allumage », qui se produit lorsqu’un réacteur à fusion génère plus d’énergie qu’il n’en fallait pour créer la réaction initiale. Quelques tentatives majeures sont en cours pour atteindre cet objectif, dont le réacteur thermonucléaire expérimental international (ITER) en France. Cet effort utilise de puissants aimants dans une machine appelée tokamak pour créer un plasma surchauffé créé à l’aide d’hydrogène.

Mais là réside un problème : il n’y a qu’une quantité limitée d’hydrogène que vous pouvez mettre dans un tokamak avant que tout ne commence à mal tourner.

“L’une des limites de la fabrication de plasma à l’intérieur d’un tokamak est la quantité d’hydrogène que vous pouvez y injecter”, a déclaré Paolo Ricci, chercheur au Swiss Plasma Center, dans un communiqué de presse. “Depuis les premiers jours de la fusion, nous savons que si vous essayez d’augmenter la densité du combustible, à un moment donné, il y aura ce que nous appelons une” perturbation “- en gros, vous perdez totalement le confinement, et le plasma va partout.”

Pour résoudre ce problème, les scientifiques ont commencé à rechercher différentes équations pour mesurer la quantité maximale d’hydrogène que vous pouvez mettre à l’intérieur d’un tokamak avant la perturbation. Une loi qui s’est finalement imposée et est devenue un pilier dans le monde de la recherche sur la fusion est connue sous le nom de «limite de Greenwald», qui stipule que la quantité de carburant pouvant être utilisée dans un tokamak est directement corrélée au rayon de la machine. Les chercheurs à l’origine d’ITER ont même construit leur machine en se basant sur cette loi.

Mais, même la limite de Greenwald n’était pas parfaite.

“La limite de Greenwald est ce que nous appelons une limite ou une loi” empirique “, ce qui signifie essentiellement que c’est comme une règle empirique basée sur des observations faites lors d’expériences passées”, a déclaré Alex Zylstra, physicien expérimental au Lawrence Livermore National Laboratory en Californie. , a déclaré au Daily Beast dans un e-mail. “Ceux-ci sont très utiles, mais nous devons toujours être prudents lorsque nous les appliquons en dehors des conditions où nous disposons de données d’expériences.”

C’est pourquoi Ricci et son équipe ont remis en question cette croyance de longue date dans un nouvel article publié le 6 mai dans la revue Lettres d’examen physique. Dans ce document, ils postulent que la limite de Greenwald peut en fait être augmentée de près du double, soit presque le double de la quantité d’hydrogène pouvant entrer dans un tokamak afin de produire du plasma. Leurs découvertes pourraient jeter les bases de futurs réacteurs à fusion tels que DEMO, un successeur d’ITER en cours de développement, pour enfin atteindre l’allumage.

“C’est important car cela montre que la densité que vous pouvez atteindre dans un tokamak augmente avec la puissance dont vous avez besoin pour le faire fonctionner”, a déclaré Ricci. “En fait, DEMO fonctionnera à une puissance beaucoup plus élevée que les tokamaks et ITER actuels, ce qui signifie que vous pouvez ajouter plus de densité de carburant sans limiter la production, contrairement à la loi de Greenwald. Et c’est une très bonne nouvelle. »

Zylstra pense que la découverte de l’équipe est importante car elle met en lumière pourquoi exactement les réacteurs à fusion ont également une telle limite. Cela montre également que les conceptions de tokamaks comme ITER ou DEMO pourraient être “moins contraintes qu’on ne le pensait auparavant”. La densité du carburant étant multipliée par deux, cela pourrait entraîner une grande amélioration de leur puissance de sortie par les tokamaks – et finalement nous amener à l’allumage.

“La fusion est un problème extrêmement difficile, à la fois scientifiquement et technologiquement, et faire de l’énergie de fusion une réalité nécessite de nombreuses avancées, une étape à la fois”, a ajouté Zylstra. “Si cette étude est davantage validée, en particulier sur des machines comme ITER, elle aidera certainement la communauté de la fusion magnétique à concevoir et à optimiser de manière crédible les futures conceptions d’installations expérimentales et de production d’électricité.”

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