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Le plus gros laser au monde s'allume
Le système laser le plus énergétique au monde, conçu pour produire la fusion nucléaire – la même réaction qui alimente le soleil – est opérationnel. D'ici deux à trois ans, les scientifiques s'attendent à créer des réactions de fusion qui libèrent plus d'énergie qu'il n'en faut pour les produire. S'ils réussissent, ce sera la première fois que cela sera fait de manière contrôlée - dans un laboratoire plutôt que dans une bombe nucléaire, c'est-à-dire - et pourrait éventuellement conduire à des centrales à fusion.
Centrale de fusion : 192 lasers tireront à travers les ouvertures de cette chambre sphérique, se concentrant près de la pointe du cône faisant saillie depuis la droite. Un travailleur dans un module de service peut être vu à gauche.
le Installation nationale d'allumage (NIF), au Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) du département américain de l'Énergie, comprend 192 lasers qui tirent simultanément exactement au même point dans l'espace : une sphère de carburant de deux millimètres de diamètre. Ils sont conçus pour fournir 1,8 mégajoule d'énergie en quelques milliardièmes de seconde. C'est suffisant pour comprimer le carburant à un point de 50 micromètres de diamètre et le chauffer jusqu'à trois millions de degrés Celsius. Les lasers, qui ont été tirés ensemble pour la première fois le mois dernier, ont jusqu'à présent produit des impulsions de 1,1 mégajoules.
Selon la façon dont vous le comptez, il est entre 60 et 100 fois plus énergétique que n'importe quel système laser jamais construit, dit Edouard Moïse , le principal directeur associé pour NIF et Photon Science au LLNL. À terme, les réactions de fusion produites par chaque impulsion devraient générer au moins 10 fois l'énergie délivrée par les lasers, un gain net important qui pourrait être utile pour générer de l'énergie.
L'installation de 3,5 milliards de dollars, qui est en développement depuis 15 ans, a été financée principalement pour mieux comprendre les armes nucléaires, après l'interdiction des essais dans les années 1990. Le NIF produira de minuscules explosions thermonucléaires qui donneront aux scientifiques un aperçu de ce qui se passe lorsqu'une bombe nucléaire explose. Ces données peuvent, à leur tour, être utilisées pour vérifier les simulations informatiques qui aident à déterminer si le stock nucléaire des États-Unis continuera à fonctionner à mesure que les armes vieillissent. Les données pourraient également fournir un aperçu des processus qui alimentent le soleil et d'autres étoiles, et répondre à d'autres questions scientifiques. Enfin, NIF pourrait servir de conception de preuve de concept pour une centrale à fusion.
Pour générer la fusion, 192 faisceaux laser sont générés, amplifiés, convertis de la lumière infrarouge à la lumière ultraviolette, puis dirigés vers une petite cartouche en or de la taille d'une gomme à crayon. À l'intérieur de cette cartouche se trouve une sphère contenant le carburant : deux isotopes d'hydrogène appelés deutérium et tritium. Les lasers sont positionnés tout autour de la sphère pour créer les températures et les pressions nécessaires pour déclencher une réaction de fusion. Si tout se passe comme prévu, certains des atomes d'hydrogène devraient fusionner, produisant de l'hélium et libérant de l'énergie. Cela devrait, à son tour, provoquer plus de réactions de fusion jusqu'à ce que le carburant s'épuise. L'ensemble du processus ne prendra que quelques milliardièmes de seconde.
Verre innovant : Le verre nécessaire aux amplificateurs du laser a été fabriqué à l'aide de techniques développées spécifiquement pour le National Ignition Facility. Voici des exemples de verre au phosphate dopé au néodyme fondu et grossièrement.
Les chercheurs ont déjà créé la fusion en laboratoire, mais leurs expériences nécessitaient plus d'énergie qu'elles n'en produisaient. Par exemple, un système des laboratoires nationaux Sandia du ministère de l'Énergie, appelé la machine Z, utilise de l'électricité au lieu de lasers pour comprimer les isotopes d'hydrogène et produire la fusion. Une version nettement plus grande de la machine Z serait nécessaire pour générer plus d'énergie qu'elle n'en consomme. Moses dit que le NIF pourrait atteindre un gain de fusion en seulement deux à trois ans, bien avant le plus célèbre projet de fusion ITER à Cadarache, en France, qui ne sera probablement pas opérationnel avant 2018. C'est un grand défi depuis longtemps. , donc l'orgueil est la pire des choses, dit Moïse. Mais nous pensons que nous voyons notre chemin à travers elle. Lorsque nous aurons une brûlure [fusion] en 2010 ou 2011, nous serons dans un endroit très excitant. Je pense que le monde se réveillera aux possibilités.
Moïse fait principalement référence aux possibilités offertes par une centrale à fusion. La fusion ne présente aucun danger de prolifération nucléaire, produit peu de déchets et utilise des sources abondantes de combustible, de sorte qu'elle pourrait fournir beaucoup d'énergie propre pendant des milliers d'années. Certains disent que le combustible – l'hydrogène – est pratiquement illimité, bien que les réacteurs proposés utiliseront du tritium, un isotope de l'hydrogène fabriqué à partir du lithium, qui est plus rare.
L'installation actuelle n'est pas conçue pour produire de l'électricité. Mais Moses dit qu'avec le bon financement, une centrale électrique utilisant la fusion d'un système comme celui du NIF pourrait fonctionner dans une décennie. En revanche, les centrales basées sur la machine Z de Sandia ou le système ITER en France sont à des décennies .
D'autres experts, cependant, sont plus sceptiques. Si le NIF réussit, ils seront encore très loin d'en faire une source d'énergie pratique, dit Ian Hutchinson , professeur et directeur des sciences et de l'ingénierie nucléaires au MIT. Par exemple, dit-il, une centrale électrique exigerait que les lasers se déclenchent beaucoup plus fréquemment que les lasers NIF – 5 à 10 fois par seconde, plutôt qu'une fois tous les deux jours, comme c'est possible maintenant. (Chaque rafale libérerait de l'énergie équivalant à environ cinq kilowattheures d'électricité : à titre de comparaison, une centrale nucléaire moyenne génère 12,4 milliards de kilowattheures par an, tandis qu'une maison moyenne nécessite environ 1 000 kilowattheures par mois.)
En revanche, ITER utilisera le confinement magnétique du plasma chaud pour produire la fusion, un système qui produit un flux continu d'énergie qui pourrait être plus adapté à la production d'électricité que les très courtes rafales d'énergie produites par le NIF, dit-il.
Qu'il conduise ou non à des centrales à fusion, le NIF est important, selon Stewart Prager , directeur du laboratoire de physique des plasmas du Département de l'énergie de l'Université de Princeton. La science qu'elle rendra possible ne peut se faire ailleurs, dit-il.