Les scientifiques caressent déjà du bout des doigts la solution à ce qui est sans aucun doute l’un des plus grands défis proposé par la fusion nucléaire par confinement magnétique, qui est la stratégie pour laquelle ITER a opté (Réacteur expérimental thermonucléaire international).
Comme nous l’avons vu dans d’autres articles, le gaz confiné à l’intérieur du réacteur est extrêmement chaud: rien de moins qu’un 150 millions degrés centigrades.
Ce chiffre est impressionnant en soi, mais il est encore plus intimidant si l’on tient compte du fait que le noyau du Soleil atteint une température d’environ 15 millions degrés centigrades, et sa surface est « seulement » de 5500 degrés centigrades.
Le gaz confiné à l’intérieur du réacteur atteint une température d’au moins 150 millions de degrés Celsius
Nous avons besoin de nos réacteurs de fusion nucléaire pour pouvoir chauffer le plasma, qui est le gaz extrêmement chaud confiné à l’intérieur, bien au-dessus de la température du cœur du Soleil car la pression avec laquelle nous travaillons c’est très inférieur au cœur de notre étoile.
Si l’on veut que les noyaux de deutérium et de tritium, qui sont les deux isotopes de l’hydrogène qu’il faut introduire dans le réacteur, acquièrent l’énergie cinétique dont ils ont besoin pour vaincre sa répulsion électrique naturelle et commencent à fusionner, il faut que le plasma atteigne une température monstrueuse.
Précisément ces 150 millions de degrés Celsius dont nous avons parlé. Et, comme on peut le deviner, manipulez un gaz à cette température ce n’est pas du tout facile.
La stabilisation du plasma est l’un des défis qui préoccupe le plus les scientifiques
La technologie qui doit être affinée pour que dans les années 60 (si l’on s’en tient à la dernière révision de l’itinéraire proposé par EUROfusion) ils soient prêts les premières centrales électriques équipé de réacteurs à fusion nucléaire est très complexe.
Les défis à résoudre ils sont titanesques, mais peu à peu les chercheurs impliqués dans ce projet font tomber les barrières les unes après les autres.
L’un des plus grands défis consiste à trouver de nouveaux matériaux pour le manteau du réacteur (connu en anglais sous le nom de couverture), une structure qui tapisse l’intérieur de la chambre à vide et qui a un rôle essentiel: protéger la chambre à vide elle-même, le cryostat et les aimants de l’impact direct du neutrons à haute énergie (14 MeV) résultant de la fusion des noyaux de deutérium et de tritium.
Le projet IFMIF-DONES poursuit précisément le développement de nouveaux matériaux capables de soutenir rayonnement neutronique avec une dégradation minimale. Mais ce n’est en aucun cas le seul défi que nous ayons à résoudre si nous voulons que la fusion nucléaire se concrétise.
Le manteau («couverture») est en première ligne de combat car il est exposé à l’impact direct des neutrons de haute énergie résultant de la fusion des noyaux de deutérium et de tritium.
Un autre défi très important consiste à garder en permanence sous contrôle fluctuations plasmatiques pour l’empêcher d’entrer en contact direct avec le manteau de la chambre à vide.
Un groupe de chercheurs du MIT travaille au développement d’un nouveau matériau supraconducteur appelé YBCO (Oxyde d’yttrium-baryum-cuivre) Quoi combine l’oxyde d’yttrium, de baryum et de cuivre.
Ils proposent de l’utiliser dans les aimants du réacteur afin qu’ils soient capables de générer un champ magnétique nettement plus intense que celui produit par les aimants conventionnels. Cette stratégie devrait faciliter la stabilisation du plasma, et, en plus, pourrait permettre la construction de réacteurs 65 fois plus compact et notamment plus efficace.
La stratégie d’EUROfusion consiste à introduire un troisième ingrédient dans la recette
Avant de passer à autre chose, nous souhaitons faire un petit pas en arrière. Lorsque le plasma confiné à l’intérieur du réacteur atteint la température critique et que les noyaux de deutérium et de tritium commencent à fusionner grâce à l’énergie cinétique qu’ils ont acquise, il résulte de cette réaction. un noyau d’hélium et le neutron de haute énergie dont nous avons parlé quelques paragraphes ci-dessus.
Les neutrons ont une charge électrique globale neutre et sont donc projetés avec une grande énergie vers les parois du conteneur, là où le manteau les attend, qui, comme nous l’avons vu, est la première barrière de confinement. Cependant, les noyaux d’hélium-4, qui ils sont ionisés manquant d’électrons, et donc ayant une charge électrique positive, ils restent confinés par le champ magnétique à l’intérieur du plasma.
Ces noyaux sont également connus sous le nom de particules alphaet lorsqu’ils commencent à apparaître à la suite des premières réactions de fusion entre les noyaux de deutérium et de tritium, ils deviennent un ingrédient de plus du gaz dans lequel la fusion nucléaire a lieu.
Jusqu’à très récemment, les scientifiques croyaient que lorsque les noyaux d’hélium-4 ont commencé à céder leur énergie à la soupe de particules, leur instabilité ça augmenterait, donc ces perturbations pourraient représenter un problème qui devrait être résolu.
Cette reconstitution du bâtiment où réside le réacteur nucléaire expérimental ITER a été réalisée avec le logiciel ANSYS qui facilite l’analyse de la structure par la méthode des éléments finis.
Les réacteurs expérimentaux de fusion nucléaire disponibles jusqu’à présent n’étaient pas capables de soutenir la réaction de fusion nucléaire assez longtemps pour analyser l’impact de la production de noyaux d’hélium-4. dans la stabilité du plasma, mais ce paysage a changé récemment. Et cela nous invite à envisager l’avenir de cette technologie avec optimisme.
Un groupe de chercheurs européens et américains a réussi à utiliser le réacteur expérimental ASDEX tokamak (Expérience de divertor axialement symétrique) de l’Institut Max Planck de physique des plasmas, situé à Munich (Allemagne), pour analyser l’impact des noyaux d’hélium-4 dans les couches les plus externes de plasma.
Les noyaux d’hélium-4 exercent un effet stabilisant dans la zone périphérique de la soupe de particules qui compose le plasma
Leurs travaux ont été publiés dans la revue scientifique Physics of Plasmas et reflètent que, contrairement à ce qu’ils croyaient initialement, les noyaux d’hélium-4 avoir un effet stabilisant dans la soupe de particules qui composent le plasma. De plus, la production de ces noyaux contribue à augmenter encore la température du gaz, accélérant la génération de nouveaux noyaux d’hélium-4 et augmentant la production nette d’énergie.
Il ne fait aucun doute qu’il s’agit d’une excellente nouvelle qui, si elle est finalement consolidée, représentera un pas en avant très important dans l’effort de résoudre le défi posé par la stabilisation du plasma. Il reste encore beaucoup à faire. De nombreux défis qui doivent également être surmontés. Mais il semble qu’avec l’effort petit à petit nous continuons à avancer vers une nouvelle manière d’obtenir de l’énergie qui peut nous prendre main dans la main avec les énergies renouvelables vers un avenir plus prometteur.
Images | ITER
Plus d’informations | EUROfusion
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