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Enfin, Fusion fait de petits pas vers la réalité
Après trois décennies de recherches coûteuses financées par le gouvernement qui n'ont pas produit de percées tangibles, la fusion nucléaire est passée d'une source prometteuse de puissance effectivement illimitée à quelque chose qui ressemble plus à une ligne de frappe.
Au cours de la dernière année, cela a commencé à changer, cependant. Plusieurs entreprises financées par des fonds privés et de petits groupes de recherche universitaires à la recherche de nouvelles conceptions de réacteurs à fusion ont fourni des résultats prometteurs qui pourraient raccourcir le délai de production d'un prototype de machine de plusieurs décennies à plusieurs années. La production d'électricité commerciale à partir de la fusion est encore loin, mais les contours d'un tel réacteur peuvent maintenant être perçus.
La recherche traditionnelle sur la fusion s'est concentrée sur de grandes machines en forme de beignet appelées tokamaks, qui exercent de puissants champs magnétiques pour comprimer le plasma à haute température - des boules de particules chargées qui fusionnent pour former de l'hélium, libérant de grandes quantités d'énergie dans le processus. Le défi consiste à contenir le plasma chaud et à le maintenir stable ; les réacteurs à fusion d'aujourd'hui, comme celui du Réacteur expérimental thermonucléaire international (ITER) dans le sud de la France, utilisent des bobines géantes d'électroaimants qui consomment beaucoup plus d'énergie que la machine n'en produit réellement. ITER (prononcé mangeur), qui attire des scientifiques et des financements de la Chine, de l'Union européenne, de l'Inde, de la Russie, du Japon, de la Corée du Sud et des États-Unis, devrait coûter des dizaines de milliards de dollars pour produire un réacteur en état de marche dans les années 2030. . Peut-être.
Deux développements récents, offrant de nouvelles voies plus rapides vers les réacteurs à fusion produisant de l'énergie, ont galvanisé la communauté de la fusion. Tri Alpha Energy, basée à Foothill Ranch, en Californie, a déclaré début août avoir réussi à maintenir un plasma à haute énergie stable pendant cinq millisecondes, soit bien moins qu'un clin d'œil, mais une demi-éternité à l'échelle des réactions de fusion. , selon le directeur de la technologie Michl Binderbauer.
Selon Binderbauer, Tri Alpha applique les principes des accélérateurs de particules à haute énergie, tels que le Large Hadron Collider, aux problèmes des réacteurs à fusion. Plus précisément, l'équipe a construit un appareil de 23 mètres de long qui tire deux nuages de plasma l'un contre l'autre pour former un anneau de plasma. Le champ magnétique qui maintient l'anneau ensemble est généré par le plasma lui-même, une technique connue sous le nom de configuration à champ inversé. Le plasma est alimenté par l'injection de particules à haute énergie provenant d'accélérateurs.
Le défi pour la conception de Tri Alpha, dit Binderbauer, est assez chaud et assez long - maintenir le plasma stable à une température suffisamment élevée pour obtenir une fusion à énergie positive. L'expérience récente a indiqué que la société - qui a attiré des millions de dollars de financement d'investisseurs tels que Goldman Sachs et Vulcan, le fonds d'investissement du cofondateur de Microsoft, Paul Allen - a résolu le problème depuis assez longtemps. Rendre le plasma suffisamment chaud est le prochain défi clé. L'année prochaine, Tri Alpha commencera à construire une nouvelle version plus puissante de son dispositif expérimental pour tester le processus à des températures plus élevées.
Chez MIT Centre des sciences du plasma et de la fusion , un groupe dirigé par Dennis Whyte, professeur de sciences et d'ingénierie nucléaires et directeur du centre, et l'étudiant diplômé Brandon Sorbom ont publié en juillet un plan conceptuel pour une machine appelée le réacteur ARC (abordable, robuste, compact). La nouveauté de la conception ARC est la nature des électroaimants qui confinent le plasma. En utilisant des bandes supraconductrices flexibles récemment développées en oxyde de cuivre et de baryum de terres rares, le réacteur ARC peut atteindre des champs magnétiques d'amplitude beaucoup plus élevée, permettant ainsi une conception de réacteur beaucoup plus petite que les autres machines à base de tokamak. Les chercheurs envisagent également une couverture liquide entourant le plasma qui absorbera les neutrons sans dommage et fournira un milieu d'échange de chaleur efficace pour produire de l'électricité.
L'augmentation de l'amplitude du champ magnétique environnant augmente la quantité de puissance de fusion produite dans le plasma à la quatrième puissance, une augmentation spectaculaire qui pourrait conduire à un prototype commercial dans quelques années, selon Whyte.
Il est bien connu que vous pouvez fabriquer des appareils très compacts si vous élevez le champ magnétique à des niveaux très élevés, dit-il, mais les électroaimants devaient être en cuivre - aucun supraconducteur ne pouvait tolérer ce champ magnétique. Maintenant, l'avènement des bandes supraconductrices avancées pourrait permettre un réacteur compact qui produit de la fusion en continu.
Publié dans Ingénierie et conception de la fusion , le document sur le réacteur ARC souligne que, pour le moment, il ne s'agit que d'une conception conceptuelle. Whyte espère attirer des fonds pour construire une machine expérimentale au cours des prochaines années. Pendant ce temps, un groupe d'entreprises privées, dont non seulement Tri Alpha, mais aussi Tokamak Énergie , basé en Angleterre, et basé à Vancouver Fusion générale , travaillent sur des conceptions connexes mais différentes pour amener la fusion au stade du prototype (voir Une nouvelle approche de la fusion).
Nous nous rapprochons des machines qui fonctionnent, dit Michel Laberge, le fondateur et scientifique en chef de General Fusion. Pendant de nombreuses années, la recherche sur la fusion a été le domaine des grands laboratoires gouvernementaux qui ont fait un excellent travail et ont jeté les bases pour que la fusion fonctionne. Mais il n'y avait pas un grand sentiment d'urgence.
Aujourd'hui, l'urgence s'est accrue et ces entreprises testent de nouvelles idées et de nouvelles approches, et attirent les investissements nécessaires pour le faire. General Fusion a récemment décroché 27 millions de dollars de nouveaux financements auprès d'un groupe d'investisseurs dirigé par le fonds souverain de Malaisie.
En ce moment, ce qui se passe est une remise en question, dit Burton Richter , qui a remporté le prix Nobel de physique en 1976 et est conseiller de Tri Alpha. Les coupes budgétaires des années 1990 ont forcé la fermeture d'approches alternatives en dehors d'ITER et de la National Ignition Facility du Département américain de l'énergie. Des entreprises comme Tri Alpha offrent une voie vers la fusion non pas avec l'argent des contribuables, mais avec l'argent du secteur privé, ce qui est finalement le seul moyen de faire construire quelque chose.
Jonathan Menard, physicien des plasmas au Princeton Plasma Physics Laboratory, dirige le Expérience nationale sur le tore sphérique , qui poursuit un tokamak en forme de ballon de plage au lieu d'un beignet. Menard, dont le propre programme a récemment achevé une mise à niveau de 94 millions de dollars de sa machine expérimentale, a suivi de près les développements avec les efforts de Tri Alpha et ARC et estime que ces innovations devraient être poursuivies plus avant.
Avec la méfiance d'un scientifique chevronné de la fusion, cependant, il conseille la prudence : jusqu'à ce que vous le construisiez, vous ne savez pas avec certitude.