Des lasers puissants pourraient-ils débloquer une puissance de fusion bon marché?

22/09/2024 16:44

Au fond du désert du Nevada dans les années 1980, les États-Unis ont mené des recherches secrètes sur les armes nucléaires.
Parmi les expériences, il y avait un effort pour voir si la fusion nucléaire, la réaction qui alimente le soleil, pouvait être déclenchée sur terre dans un cadre contrôlé.
Les expériences ont été classées, mais il était largement connu parmi les physiciens que les résultats avaient été prometteurs.
Cette connaissance a attiré l'attention de deux jeunes étudiants diplômés travaillant au Los Alamos National Laboratory à la fin des années 2000, Conner Galloway et Alexander Valys.
Le laboratoire de Los Alamos a été initialement créé en 1943 comme un site top secret pour mettre au point les premières armes nucléaires.
Situé près de Santa Fe, au Nouveau-Mexique, il est maintenant un centre de recherche et de développement du gouvernement américain.
Quand Alex et moi avons appris ces tests à Los Alamos, notre réaction était comme wow, la fusion inertielle a déjà fonctionné!.
Les granulés de laboratoire ont été enflammés, les détails ont été classifiés, mais suffisamment rendus publics pour que nous sachions que l'inflammation a été réalisée, dit M. Galloway.
La fusion nucléaire est le processus de fusion des noyaux d'hydrogène ensemble, qui produit d'énormes quantités d'énergie.
La réaction crée de l'hélium et non des déchets radioactifs à longue durée de vie du processus de fission qui est utilisé dans les centrales nucléaires existantes.
Si la fusion peut être mise à profit, elle promet une électricité abondante, produite sans produire de CO2.
Ces essais dans les années 1980 ont conduit le gouvernement américain à construire la National Ignition Facility (NIF) en Californie, un projet visant à voir si des granulés de combustible nucléaire pouvaient être enflammés à l'aide d'un laser puissant.
Après plus d'une décennie de travail, à la fin de 2022, les chercheurs du FNI ont fait une percée.
Les scientifiques ont mené la première expérience de fusion contrôlée pour produire plus d'énergie de la réaction que celle fournie par les lasers qui l'ont déclenchée.
Alors que les physiciens du monde entier s'émerveillaient de cette percée, il avait fallu beaucoup plus de temps que prévu aux scientifiques du FNI.
Ils étaient affamés d'énergie, dit M. Galloway.
Il ne veut pas dire qu'ils avaient besoin de plus de collations, au lieu de cela le laser NIF était juste assez puissant pour enflammer la boule de carburant.
M. Galloway et M. Valys pensent que des lasers plus puissants permettront de construire une réaction de fusion qui fonctionne et qui peut alimenter le réseau électrique en électricité.
Pour ce faire, ils ont fondé Xcimer, basé à Denver.
NIF a dû faire avec un laser qui pourrait pomper deux mégajoules d'énergie.
M. Galloway et M. Valys envisagent d'expérimenter des lasers pouvant fournir jusqu'à 20 mégajoules d'énergie.
Nous pensons que 10 à 12 [mégajoules] est l'endroit idéal pour une centrale commerciale, dit M. Galloway.
Un tel faisceau laser frapperait la capsule de carburant avec un puissant coup de poing.
Ce serait comme prendre l'énergie d'un camion articulé de 40 tonnes voyageant à 60mi/h et le centrer sur la capsule de centimètre pendant quelques milliardsièmes de seconde.
Des lasers plus puissants permettront à Xcimer d'utiliser des capsules de carburant plus grandes et plus simples que NIF, qui ont eu du mal à les perfectionner.
Xcimer se joint à des dizaines d'autres organisations du monde qui tentent de construire un réacteur de fusion fonctionnant.
Il y a deux approches principales.
L'encrassement d'une boulette de combustible avec des lasers relève de la catégorie de la fusion par confinement par inertie.
L'autre façon, connue sous le nom de fusion de confinement magnétique, utilise des aimants puissants pour piéger un nuage brûlant d'atomes appelés plasma.
Les deux approches présentent d'incroyables défis d'ingénierie à surmonter.
En particulier, comment extraitz-vous la chaleur produite lors de la fusion afin de pouvoir faire quelque chose d'utile avec elle, comme conduire une turbine à faire de l'électricité?
Je suppose que mon scepticisme est, je n'ai pas encore vu un schéma conceptuel persuasif de la façon dont vous gérez le processus d'élimination de l'énergie tout en gardant la réaction de fusion en cours, dit le Prof Ian Lowe à l'Université Griffith en Australie.
Il a passé sa longue carrière à travailler dans la recherche et la politique énergétiques.
Bien que Prof Lowe soutienne le développement de la technologie de fusion, il fait simplement valoir qu'un réacteur de fusion fonctionnant ne viendra pas assez vite pour contribuer à réduire les émissions de CO2 et à lutter contre le changement climatique.
Ma préoccupation est que même le point de vue le plus optimiste est que le mariage aurait de la chance d'avoir des réacteurs de fusion commerciale d'ici 2050.
Et bien avant, nous devons avoir décarboné l'approvisionnement en énergie si nous n'allions pas fondre la planète, dit-il.
Un autre défi est que la réaction de fusion produit des particules de haute énergie qui dégradent l'acier, ou tout autre matériau qui alimente le cœur du réacteur.
Ceux de l'industrie de la fusion ne nient pas les défis d'ingénierie, mais estiment qu'ils peuvent être surmontés.
Xcimer prévoit d'utiliser une cascade de sel fondu qui circule autour de la réaction de fusion pour absorber la chaleur.
Les fondateurs sont confiants qu'ils peuvent tirer les lasers et remplacer les capsules de carburant (une toutes les deux secondes) tout en maintenant ce flux.
Le flux de sel fondu sera également suffisamment épais pour absorber les particules à haute énergie qui pourraient éventuellement endommager le réacteur.
Nous avons juste deux faisceaux laser relativement petits qui arrivent de chaque côté [de la boule de combustible].
Il vous suffit donc d'avoir un trou assez grand dans le flux pour ces poutres, et vous n'avez donc pas à éteindre et à éteindre tout le flux, dit M. Valys.
Mais à quelle vitesse un tel système peut - il fonctionner?
Xcimer prévoit d'expérimenter les lasers pendant deux ans, avant de construire une chambre cible, où ils peuvent cibler les boulettes de carburant.
La dernière étape serait le réacteur en service, qu'ils espèrent être branché dans le réseau électrique au milieu des années 2030.
Pour financer la première phase de leurs travaux, Xcimer a amassé 100 millions de dollars (77 millions de livres sterling).
L'argent servira à construire une installation à Denver et le prototype de système laser.
Des centaines de millions de dollars de plus seront nécessaires pour construire un réacteur en service.
Mais pour les fondateurs de Xcimer, et d'autres start-up de fusion, la perspective d'une électricité bon marché et sans carbone est irrésistible.
Vous savez, cela changera la trajectoire de ce qui est possible pour le progrès de l'humanité, dit M. Valys.

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