À quel point sommes-nous proches de la fusion nucléaire pour une énergie illimitée ? – DNyuz

How Close Are We to Nuclear Fusion for Limitless Energy?

Ce n’est un secret pour personne que l’énergie nucléaire a eu une réputation de mauvais garçon dans le passé, remplie de bagages toxiques et d’effondrements catastrophiques. Réparer l’image de cette source d’énergie a été une bataille difficile, mais les récentes réalisations de son frère plus insaisissable, mais plus puissant, la fusion nucléaire, pourraient changer cela. S’il est réalisé, il pourrait fournir à l’humanité une source d’énergie effectivement illimitée et propre en reproduisant le type de réactions qui se produisent à l’intérieur du Soleil.

En décembre 2022, le Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) a annoncé que son installation nationale d’allumage (NIF) avait atteint un nouvelle étape vers la réalisation de la fusion nucléaire en générant plus de puissance (plus de 3 mégajoules, ou 1 mégajoule timide d’un kilogramme de TNT explosé) qu’ils n’avaient initialement mis en place en utilisant un processus appelé confinement inertiel – nous en reparlerons plus tard.

Ce résultat peut sembler maigre pour une source d’énergie calquée sur le noyau d’étoiles brûlantes, mais pour les scientifiques qui poursuivent cette science depuis des décennies comme Ouragan Omarscientifique en chef du programme de fusion à l’origine de ce résultat, c’est la preuve que leurs efforts pourraient enfin porter leurs fruits.

« [T]e résultat de décembre a été une étape importante qui démontre qu’aucun obstacle physique ne s’oppose à la production d’énergie de fusion », a déclaré Hurricane à Motherboard dans un e-mail. « J’aime décrire nos résultats comme une » preuve d’existence « . »

Hurricane a ajouté que si l’approche du NIF pourrait potentiellement être utilisée pour la fusion commerciale sur la route, elle se concentre actuellement sur « les applications de la science de la fusion et de la sécurité nationale », telles que l’évaluation du stock nucléaire des États-Unis.

Alors que les scientifiques savent comment créer la fusion nucléaire depuis de nombreuses années, la création de cette source d’énergie potentiellement autonome a été la baleine blanche du domaine. La nouvelle réalisation du NIF, ainsi qu’un secteur privé en pleine croissance, pourraient bien être la poussée dont la fusion a besoin pour enfin prendre tout son sens. Plus qu’une simple réalisation scientifique, une nouvelle ère de l’énergie de fusion pourrait être un grand pas vers un avenir énergétique plus durable, Stéphanie Diemprofesseur adjoint à l’Université du Wisconsin-Madison et chercheur principal de une expérience d’énergie de fusiona déclaré Motherboard dans un e-mail.

« En fin de compte, une centrale électrique basée sur la fusion peut être utilisée pour remplacer nos centrales électriques actuelles à combustibles fossiles et peut alimenter nos maisons, nos industries et nos entreprises », a déclaré Diem.

Avec cette nouvelle avancée à l’esprit, il convient de faire le point maintenant : à quel point sommes-nous proches de la réalisation de la fusion nucléaire et de la résolution des problèmes énergétiques de l’humanité ?

Qu’est-ce que la fusion nucléaire ?

Si la fusion nucléaire a un tel potentiel, il peut sembler difficile de comprendre pourquoi son homologue, la fission nucléaire, ne peut pas aller de pair. Bien que les deux réactions soient nucléaires, ce qui signifie qu’elles impliquent toutes deux des changements d’énergie au centre des noyaux atomiques, elles sont en fait des pôles opposés à bien des égards.

La fission nucléaire est au cœur des centrales nucléaires du monde entier et fonctionne en brisant les atomes d’éléments radioactifs comme l’uranium pour créer une explosion d’énergie. Cette énergie est ensuite utilisée pour chauffer de l’eau et créer de la vapeur afin de faire tourner des turbines qui produisent de l’électricité. Selon leur taille, les centrales nucléaires comme celles-ci ont un rapport annuel capacité de production d’environ 500-1000 mégawatts, équivalent à la puissance de :text=Nuclear%20energy%20has%20been%20powering,power%20per%20plant%20on%20moyen.” target= »_blank »>1,3 million de chevaux par plante.

L’inconvénient de cette approche est que l’utilisation d’atomes radioactifs comme source d’énergie des réacteurs génère des déchets dangereux et peut également être susceptible de provoquer des effondrements dangereux comme ceux qui ont eu lieu à Tchernobyl dans les années 80 et à Fukushima en 2011. Même si nouveaux réacteurs à fission peut surmonter ces écueils, la source d’énergie est encore limitée.

« Fusion nous apporte de l’espoir et un défi incroyable »

La fusion nucléaire, d’autre part, a le potentiel d’être auto-entretenue une fois qu’elle est correctement déclenchée, un processus que les scientifiques nucléaires appellent l’allumage. Cette source d’énergie fonctionne en faisant claquer des atomes légers ensemble (par exemple, les isotopes de l’hydrogène, le deutérium et le tritium) pour former un atome plus lourd (par exemple, l’hélium). C’est le même processus par lequel le Soleil génère l’énergie que nous essayons de capter sur Terre avec des panneaux solaires.

« La production d’énergie théorique possible par unité de masse de combustibles de fusion… dépasse de loin celle des autres sources d’énergie connues », a déclaré Hurricane. « L’hydrogène, isotope du deutérium, est également abondant dans l’eau de mer et il existe des plans pour produire du tritium à partir de lithium (également abondant dans l’eau de mer) dans les centrales à fusion proposées. »

Semblable aux centrales à fission nucléaire, la technologie de fusion nucléaire créera de l’électricité en créant de la vapeur pour faire tourner une turbine, mais à quatre fois la quantité et sans sous-produits nocifs.

À quel point sommes-nous proches de la réalisation de la fusion nucléaire ?

Exploiter la puissance d’un soleil brûlant sur Terre n’est pas une mince affaire. Pour y parvenir, les scientifiques utilisent deux méthodes principales : les lasers et les aimants.

« Ces approches de confinement entrent globalement dans les catégories suivantes : l’énergie de fusion magnétique utilisant des bouteilles magnétiques appelées tokamaks et stellarators, l’énergie de fusion inertielle et la fusion magnéto-intertiale – une combinaison des deux techniques précédentes », a déclaré Diem. « La technologie la plus mature est la MFE utilisant des bouteilles magnétiques appelées tokamak. »

L’expérience NIF a été créée à l’aide d’un confinement inertiel à base de laser. En un mot, près de 200 lasers de haute puissance ont rebondi autour d’une capsule contenant le combustible isotope de l’hydrogène. En quelques secondes, l’énergie de ces lasers a chauffé la capsule de l’extérieur, ce qui a d’abord comprimé le carburant, puis créé une explosion d’énergie vers l’extérieur.

De nombreux autres projets gouvernementaux et privés, dont le très attendu ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) français, utilisent des tokamaks pour chauffer leur combustible vedette. Conçus à l’origine par des scientifiques soviétiques à la fin des années 1950, les tokamaks fonctionnent en utilisant des aimants et un vide pour comprimer et chauffer les atomes d’hydrogène jusqu’à ce qu’ils se transforment en plasma. Une pression continue sur ce plasma le force alors à subir une fusion.

Ces dernières années, les percées de la fusion nucléaire comme le gain d’énergie du NIF, l’Europe Tore européen commun (JET) une impulsion énergétique soutenue et le chauffage amélioré de la société privée britannique Tokamak Energy ont réduit les exigences de la fusion nucléaire, mais Diem a déclaré qu’à l’heure actuelle, ils ne sont pas beaucoup plus que des expériences scientifiques.

« Maintenant que nous avons démontré que la fusion contrôlée est possible, nous devrons ensuite relever les défis techniques nécessaires à la production d’électricité », a-t-elle déclaré.

Pour rendre la fusion commerciale viable, les scientifiques et les ingénieurs devront développer de nouveaux matériaux capables de résister à l’environnement de fusion ainsi que de nouvelles façons de créer du carburant pour ces réactions, comme la récolte des ingrédients de l’eau de mer. La recherche de carburants a même amené les scientifiques à se pencher sur l’espace, où un isotope de l’hélium appelé hélium-3, un combustible prometteur pour les réacteurs à fusion nucléaire— se trouve largement. La Chine, par exemple, a prétendait trouver de l’hélium-3 dans la saleté de la lune. Dans une torsion planétaire, cependant, des scientifiques ont récemment découvert qu’il y a plus d’hélium-3 sur Terre qu’on ne le pensait auparavant, bien que sa source reste mystérieuse.

Vers ces objectifs, l’administration Biden-Harris annoncé en avril 2022, le financement de deux centrales électriques à fusion pilotes totalisant 50 millions de dollars, bien que il y a du scepticisme de la façon dont ce financement se déroulera. Même à ce moment là, les chercheurs croient que la fusion nucléaire est peut-être encore dans des décennies.

Mais quand – ou peut-être, si – cela se produit, cela pourrait avoir des effets d’entraînement qui vont bien au-delà de l’énergie plus verte, a déclaré Diem.

« Dans un monde où nous avons mené des guerres pour l’énergie et l’accès aux ressources utilisées pour la production d’énergie et où nous constatons des impacts accélérés du changement climatique, la fusion nous apporte de l’espoir et un défi incroyable », a-t-elle déclaré.

« Bien qu’il reste encore de nombreux défis à relever pour la fusion, les avantages potentiels sont énormes et je suis extrêmement ravi de voir ce qui nous attend dans ce domaine alors que nous continuons à pousser l’innovation et à nous diriger vers un avenir plus propre, plus durable, équitable et juste. .”

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