Enfin, une réaction de fusion a généré plus d’énergie que celle absorbée par le combustible
Une étape importante a été franchie dans la quête de l’énergie de fusion.
Préamplificateurs qui renforcent les faisceaux laser à la National Ignition Facility. (LLNL/Damien Jemison)
Pour la première fois, une réaction de fusion a atteint un rendement énergétique record de 1,3 mégajoule – et pour la première fois, dépassant l’énergie absorbée par le combustible utilisé pour la déclencher.
Bien qu’il reste encore du chemin à parcourir, ce résultat représente une amélioration significative par rapport aux rendements précédents : huit fois plus que les expériences menées quelques mois auparavant, et 25 fois plus que les expériences menées en 2018. Il s’agit d’une réussite considérable.
Les physiciens de la National Ignition Facility du Lawrence Livermore National Laboratory soumettront un article à l’examen des pairs.
“Ce résultat est une avancée historique pour la recherche sur la fusion par confinement inertiel, ouvrant un régime fondamentalement nouveau pour l’exploration et l’avancement de nos missions critiques de sécurité nationale. Il témoigne également de l’innovation, de l’ingéniosité, de l’engagement et du cran de cette équipe et des nombreux chercheurs dans ce domaine qui, depuis des décennies, poursuivent inlassablement cet objectif”, a déclaré Kim Budil, directeur du Lawrence Livermore National Laboratory.
“Pour moi, cela démontre l’un des rôles les plus importants des laboratoires nationaux – notre engagement sans relâche à relever les grands défis scientifiques les plus importants et à trouver des solutions là où d’autres pourraient être dissuadés par les obstacles.”
La fusion par confinement inertiel consiste à créer quelque chose comme une minuscule étoile. Elle commence par une capsule de combustible, composée de deutérium et de tritium – des isotopes plus lourds de l’hydrogène. Cette capsule de combustible est placée dans une chambre creuse en or, de la taille d’une gomme à crayon, appelée hohlraum.
Ensuite, 192 faisceaux laser de forte puissance sont projetés sur l’hohlraum, où ils sont convertis en rayons X. Ces rayons X font imploser la capsule de combustible. Ces rayons X font imploser la capsule de combustible, la chauffant et la comprimant dans des conditions comparables à celles du centre d’une étoile – des températures supérieures à 100 millions de degrés Celsius (180 millions de Fahrenheit) et des pressions supérieures à 100 milliards d’atmosphères terrestres – transformant la capsule de combustible en une minuscule boule de plasma.
Et, tout comme l’hydrogène fusionne en éléments plus lourds au cœur d’une étoile de la séquence principale, il en va de même pour le deutérium et le tritium dans la capsule de combustible. L’ensemble du processus se déroule en quelques milliardièmes de seconde seulement. L’objectif est d’atteindre l’ignition, c’est-à-dire le moment où l’énergie générée par le processus de fusion dépasse l’énergie totale absorbée.
L’expérience, menée le 8 août, n’a pas atteint cet objectif : l’apport des lasers était de 1,9 mégajoule. Mais l’expérience n’en reste pas moins passionnante car, d’après les mesures de l’équipe, la capsule de combustible a absorbé plus de cinq fois moins d’énergie qu’elle n’en a généré lors du processus de fusion.
Selon l’équipe, ce résultat est le fruit d’un travail minutieux visant à affiner l’expérience, notamment la conception du hohlraum et de la capsule, l’amélioration de la précision des lasers, les nouveaux outils de diagnostic et les modifications apportées à la conception pour augmenter la vitesse d’implosion de la capsule, qui transfère davantage d’énergie au point chaud du plasma dans lequel la fusion a lieu.
“Obtenir un accès expérimental à la combustion thermonucléaire en laboratoire est l’aboutissement de décennies de travail scientifique et technologique s’étalant sur près de 50 ans”, a déclaré Thomas Mason, directeur du Los Alamos National Laboratory.
“Cela permet de réaliser des expériences qui vérifieront la théorie et la simulation dans le régime de haute densité d’énergie de manière plus rigoureuse que jamais auparavant et permettra des réalisations fondamentales en sciences appliquées et en ingénierie.”
L’équipe prévoit de mener des expériences de suivi pour voir si elle peut reproduire son résultat et étudier le processus plus en détail. Ce résultat ouvre également de nouvelles voies à la recherche expérimentale.
Les physiciens espèrent également trouver le moyen d’améliorer encore l’efficacité énergétique. Une grande partie de l’énergie est perdue lorsque la lumière laser est convertie en rayons X à l’intérieur du hohlraum ; une grande partie de la lumière laser sert à chauffer les parois du hohlraum. La résolution de ce problème nous rapprochera encore un peu plus de l’énergie de fusion.
Mais en attendant, les chercheurs sont très enthousiastes.
“Réaliser l’allumage en laboratoire reste l’un des grands défis scientifiques de notre époque et ce résultat est un pas en avant considérable vers la réalisation de cet objectif”, a déclaré le physicien Johan Frenje du Plasma Science and Fusion Center du MIT.
“Il permet également d’explorer un régime fondamentalement nouveau, extrêmement difficile d’accès sur le plan expérimental, et d’approfondir notre compréhension des processus d’allumage et de combustion de la fusion, ce qui est essentiel pour valider et améliorer nos outils de simulation à l’appui de la gestion des stocks.
En outre, ce résultat est historique car il représente l’aboutissement de plusieurs décennies de travail acharné, d’innovation et d’ingéniosité, de travail d’équipe à grande échelle et de concentration sans relâche sur l’objectif ultime.”
L’équipe a présenté ses résultats lors de la 63e réunion annuelle de la division de la physique des plasmas de l’APS.
Lire aussi : Des experts disent que l’énergie de fusion commence enfin à être imminente
Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
