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Nous sommes plus près de résoudre l’un des plus grands défis de la fusion nucléaire : la stabilisation du plasma à 150 millions de °C

Pour le réacteur DEMO (Centrale électrique de démonstration) est en mesure de démontrer la viabilité commerciale de la fusion nucléaire au cours des années 1950, il est essentiel que les techniciens parviennent à résoudre plusieurs défis. L’un des plus grands se compose de développer des matériaux qui devra être utilisé dans la construction du réacteur nucléaire DEMO. C’est le défi du projet IFMIF-DONES (Installation internationale d’irradiation des matériaux de fusion Source de neutrons orientée DEMO).

L’autre grande pierre d’achoppement que cette façon d’obtenir de l’énergie nous présente exige que nous trouvions un moyen de stabiliser le plasma qui agit comme un combustible pour l’empêcher de dégrader le manteau, la chambre à vide et d’autres composants du réacteur. Y parvenir sans réduire les performances de la réaction de fusion nucléaire n’est pas chose aisée, surtout si l’on garde à l’esprit que l’interaction entre les noyaux de deutérium et de tritium contenus dans le plasma s’effectue à une température proche de 150 millions de degrés Celsius.

Stabiliser la soupe de particules que contient le plasma à 150 millions de degrés Celsius sans dégrader les performances de la réaction est un véritable défi.

Actuellement, plusieurs groupes de recherche travaillent dans ce domaine, et ils s’y attaquent en utilisant plusieurs stratégies différentes. L’une des découvertes récentes les plus intéressantes nous invite à un optimisme modéré car les noyaux d’hélium-4 ionisé qui résultent de la fusion des noyaux de deutérium et de tritium, ainsi que le neutron qui est projeté vers les parois du conteneur avec une énergie d’environ 14 MeV, avoir un effet stabilisant sur la zone périphérique du plasma.

Un groupe de chercheurs du MIT a également apporté une contribution très intéressante dans ce domaine. Il propose d’utiliser dans les aimants du réacteur un nouveau matériau supraconducteur connu sous le nom de YBCO (Oxyde d’yttrium-baryum-cuivre) qui combine l’oxyde d’yttrium, de baryum et de cuivre, et qui cherche à générer un champ magnétique nettement plus intense que celui produit par les aimants classiques. Et il y a quelques jours à peine, le MIT, Princeton et d’autres institutions américaines nous ont surpris avec une contribution conjointe qui vise à faire la différence dans les stratégies de stabilisation du plasma.

Le mode Super-H peut nous aider à résoudre l’un des grands défis de la fusion nucléaire

Les modèles avec lesquels les chercheurs travaillent montrent qu’il s’agit d’un moyen efficace d’éviter que la très haute température du plasma n’endommage le manteau, qui est le revêtement intérieur de la chambre à vide, et, surtout, le divertor, qui est la structure en acier. et façonnage du tungstène la base de la chambre à vide, consiste à réfrigérer ses couches externes. Le problème est qu’il n’est pas facile de le faire sans dégrader significativement la réaction de fusion qui a lieu dans le cœur de gaz.

Le mode Super-H propose d’augmenter la température et la pression dans les couches les plus externes du plasma pour augmenter la production d’énergie dans la région interne.

Le mode Super-H propose d’augmenter la température et la pression dans les couches les plus externes du plasma pour augmenter la production d’énergie dans la région interne. Mais cela nécessite de réfrigérer la zone de gaz plus près du divertor. Les chercheurs ont tenté de le faire en injectant dans le plasma des gaz qui exercent l’effet de refroidissement souhaité, mais se sont heurtés à un problème : ces gaz finissent par être transportés de la région externe vers le cœur du gaz, et les performances de la réaction sont sensiblement dégradées. .

L’énorme composant que l’on peut voir sur cette photographie n’est qu’une des 54 pièces identiques qui composent la base de la chambre à vide du réacteur. Le divertor résiste au bombardement de neutrons de haute énergie du plasma, transformant son énergie cinétique en chaleur.

Heureusement, il y a quelques jours, ils ont signalé avoir trouvé une solution très prometteuse à ce défi, qui consiste à injecter de l’azote dans le plasma, agissant simultanément sur le champ magnétique généré par les aimants du réacteur pour contrôler la forme du gaz et atténuer son impact sur le divertor. Cette stratégie a un effet de refroidissement sur la périphérie du plasma sans dégrader significativement les performances de la réaction dans le cœur de gaz.

Les responsables d’ITER ont reçu cette nouvelle à bras ouverts car cette approche peut avoir un impact très positif sur le développement du réacteur de fusion nucléaire qui est en cours de construction dans la ville française de Cadarache. Cependant, il est probable que les réacteurs à fusion commerciaux qui, en théorie, arriveront après DEMO, combiner plusieurs stratégies stabilisation du plasma dont nous avons parlé dans cet article. Et, peut-être, d’autres qui sont peut-être encore à venir. La fusion nucléaire poursuit son cours avec un objectif clair : faire face à son incursion commerciale dans les années 1960.

Images | Atomique générale | ITER

Plus d’informations | Atomique générale

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