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Une nouvelle approche de la fusion
Fusion générale , une startup de Vancouver, au Canada, affirme qu'elle peut construire un prototype de centrale à fusion au cours de la prochaine décennie et le faire pour moins d'un milliard de dollars. Jusqu'à présent, il a levé 13,5 millions de dollars auprès d'investisseurs publics et privés pour aider à lancer son effort ambitieux.
Pistons de puissance : Le réacteur de General Fusion est une sphère métallique avec 220 pistons pneumatiques conçus pour enfoncer sa surface simultanément. L'éperonnage crée une onde acoustique qui traverse un liquide plomb-lithium et accélère finalement vers le centre en une onde de choc. L'onde de choc comprime une cible de plasma, appelée spheromak, pour déclencher une explosion de fusion. L'énergie thermique est extraite avec un échangeur de chaleur et utilisée pour créer de la vapeur pour la production d'électricité. Pour produire de l'électricité, le processus serait répété toutes les secondes.
Contrairement aux 14 milliards de dollars ITER projet en cours en France, l'approche de General Fusion ne repose pas sur des aimants supraconducteurs coûteux, appelés tokamaks, pour contenir le plasma surchauffé nécessaire à la réalisation et au maintien d'une réaction de fusion. L'entreprise n'a pas non plus besoin de lasers puissants, comme ceux du Installation nationale d'allumage au Lawrence Livermore National Laboratory, pour confiner une cible de plasma et la comprimer à des températures extrêmes jusqu'à ce que la fusion se produise.
Au lieu de cela, General Fusion dit qu'il peut réaliser un gain net, c'est-à-dire créer une réaction de fusion qui dégage plus d'énergie qu'il n'en faut pour la déclencher, en utilisant une force brute mécanique relativement rudimentaire et des technologies de contrôle numérique avancées dont les scientifiques ne pouvaient que rêver. il y a 30 ans.
Cela peut sembler invraisemblable, mais certains des meilleurs experts américains de la fusion disent que l'approche de General Fusion, qui est une variante de ce que l'industrie appelle fusion cible magnétisée , est scientifiquement solide et pourrait réellement fonctionner. C'est long, disent-ils, mais ça vaut le coup d'essayer.
Je suis d'enracinement pour eux, dit Ken Fowler , professeur émérite d'ingénierie nucléaire et de physique des plasmas à l'Université de Californie à Berkeley, et une autorité de premier plan en matière de conception de réacteurs à fusion. Il a analysé l'approche et n'a trouvé aucun obstacle technique. Peut-être que ces gars peuvent le faire. C'est vraiment la chance du tirage au sort.
Le réacteur prototype sera composé d'une sphère métallique d'environ trois mètres de diamètre contenant un mélange liquide de lithium et de plomb. Le liquide est tourné pour créer un vortex à l'intérieur de la sphère qui forme une cavité verticale au milieu. À ce stade, deux anneaux de plasma en forme de beignet maintenus ensemble par des champs magnétiques auto-générés, appelés sphéromacs, sont injectés dans la cavité par le haut et le bas de la sphère et se rejoignent pour créer une cible au centre. Pensez-y comme si de la fumée se soufflait les uns les autres, explique Doug Richardson, directeur général de General Fusion.
À l'extérieur de la sphère métallique se trouvent 220 pistons à commande pneumatique, chacun programmé pour enfoncer simultanément la surface de la sphère à 100 mètres par seconde. La force des pistons envoie une onde acoustique à travers le mélange plomb-lithium, et qui accélère en une onde de choc lorsqu'elle atteint le plasma, qui est composé des isotopes d'hydrogène deutérium et tritium.
Si tout fonctionne comme prévu, le plasma se compressera instantanément et les isotopes fusionneront en hélium, libérant une rafale de neutrons chargés d'énergie qui sont capturés par le liquide plomb-lithium. L'accumulation rapide de chaleur dans le liquide sera extraite par un échangeur de chaleur, la moitié étant utilisée pour créer de la vapeur qui fait tourner une turbine pour la production d'électricité, et le reste utilisé pour recharger les pistons pour le prochain coup.
Le but ultime est d'injecter une nouvelle cible de plasma et de déclencher les pistons toutes les secondes, créant des impulsions de réactions de fusion dans le cadre d'un processus auto-entretenu. Cela contraste avec ITER, qui vise à créer une réaction de fusion unique capable de se maintenir. L'un des gros risques pour le projet est que personne n'a auparavant compressé les sphéromas dans des conditions pertinentes pour la fusion, explique Richardson. Il n'y a aucune raison pour que cela ne fonctionne pas, mais personne ne l'a jamais prouvé.
Il dit qu'il semble plus long que prévu pour lever de l'argent pour le projet de prototype, mais l'entreprise peut maintenant démarrer la première phase de construction du réacteur d'essai, comprenant le développement de simulations 3D et la vérification technique des composants. General Fusion vise à achever le réacteur et à démontrer un gain net d'ici cinq ans, en supposant qu'il puisse lever 37 millions de dollars supplémentaires.
En cas de succès, il pense pouvoir construire un réacteur à fusion compatible avec un réseau évalué à 100 mégawatts quatre ans plus tard pour environ 500 millions de dollars, battant ITER d'environ 20 ans et à une fraction du coût.
J'ai l'habitude de laisser passer ces idées originales qui passent devant moi, mais celle-ci m'a vraiment fasciné, dit Fowler. Il note qu'il y a d'immenses défis à surmonter, mais la culture d'une startup privée peut être ce qu'il faut pour les relever avec un sentiment d'urgence. Dans les grands programmes, en particulier ceux de fusion, les gens se sont tellement fait tabasser qu'ils sont devenus si réticents à prendre des risques.
L'approche de base de General Fusion n'est pas entièrement nouvelle. Il s'appuie sur les travaux effectués au cours des années 1980 par le laboratoire de recherche naval des États-Unis, basé sur un concept appelé Linus. Le problème était que les scientifiques ne pouvaient pas trouver un moyen assez rapide pour compresser le plasma avant qu'il ne perde son confinement magnétique en forme de beignet, une fenêtre d'opportunité mesurée en millisecondes. Tout comme les anneaux de fumée, les anneaux de plasma ne conservent leur forme que momentanément avant de se disperser.
Le géant de la recherche nucléaire General Atomics a plus tard eu l'idée de comprimer rapidement le plasma à l'aide d'un processus d'enfoncement mécanique qui crée des ondes acoustiques. Mais l'entreprise n'a jamais donné suite, probablement parce que la technologie permettant de contrôler avec précision la vitesse et le déclenchement simultané des pistons à air comprimé n'existait tout simplement pas il y a deux décennies.
Richardson dit que le traitement numérique à haute vitesse est facilement disponible aujourd'hui, et la mission de General Fusion au cours des deux à quatre prochaines années est de prouver qu'elle peut faire le travail. Avant de construire un réacteur entièrement fonctionnel avec 220 pistons sur une sphère métallique, l'entreprise vérifiera d'abord que des anneaux plus petits de 24 pistons peuvent être synchronisés pour frapper une coque métallique externe.
Glen étaient , directeur de programme des sciences de l'énergie de fusion au Laboratoire national de Los Alamos et expert en fusion de cibles magnétisées, déclare que General Fusion a une route difficile à parcourir et de nombreuses questions auxquelles il faut répondre définitivement. Peuvent-ils produire des sphéromacs avec les bonnes densités, température et durée de vie ? Peuvent-ils injecter deux sphéromacs dans les extrémités opposées de la cavité du vortex et s'assurer qu'ils entrent en collision et fusionnent ? Les ondes acoustiques se propageront-elles uniformément à travers le métal liquide ?
Vous pouvez en faire une bonne partie grâce à des simulations, mais pas tout, dit Wurden. Tout cela est un travail très complexe et à la pointe de la technologie. Le problème est que vous avez affaire à différentes échelles de temps et différents effets sur les matériaux lorsqu'ils sont exposés à des ondes de choc.
Los Alamos et General Fusion collaborent dans le cadre d'un accord récemment signé accord de recherche . Mais Richardson ne prévoit pas une conduite en douceur. Le projet comporte de nombreux risques, dit-il, et nous nous attendons à ce que la plupart ne fonctionnent pas exactement comme prévu. Cependant, si la société parvient à réaliser son réacteur d'essai, elle espère attirer suffisamment d'attention pour lever facilement les 500 millions de dollars pour une centrale électrique de démonstration.
Dit Fowler, les miracles se produisent.