Les futures réactions de fusion à l’intérieur des tokamaks pourraient produire beaucoup plus d’énergie qu’on ne le pensait auparavant, grâce à de nouvelles recherches révolutionnaires qui ont révélé qu’une loi fondamentale pour de tels réacteurs était erronée.
La recherche, menée par des physiciens du Swiss Plasma Center de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EFPL), a déterminé que la densité maximale d’hydrogène est environ le double de la «limite de Greenwald» – une estimation dérivée d’expériences d’il y a plus de 30 ans.
La découverte que les réacteurs à fusion peuvent réellement fonctionner avec des densités de plasma d’hydrogène bien supérieures à la limite de Greenwald pour laquelle ils sont construits influencera le fonctionnement de l’énorme tokamak ITER en cours de construction dans le sud de la France et affectera considérablement les conceptions des successeurs d’ITER, appelés le Réacteurs à fusion de la centrale électrique de démonstration (DEMO), a déclaré le physicien Paolo Ricci du Swiss Plasma Center.
“La valeur exacte dépend de la puissance”, a déclaré Ricci à Live Science. “Mais à titre indicatif, l’augmentation est de l’ordre d’un facteur deux dans ITER.”
Ricci est l’un des chefs de file du projet de recherche, qui a combiné des travaux théoriques avec les résultats d’environ un an d’expériences dans trois réacteurs de fusion différents à travers l’Europe – le Tokamak à configuration variable de l’EPFL (CVT (s’ouvre dans un nouvel onglet)), le Joint European Torus (JET (s’ouvre dans un nouvel onglet)) à Culham au Royaume-Uni et l’expérience de dérivation à symétrie axiale (ASDEX (s’ouvre dans un nouvel onglet)) Améliorer le tokamak de l’Institut Max Planck de physique des plasmas à Garching en Allemagne.
Il est également l’un des principaux auteurs d’une étude sur la découverte publiée le 6 mai dans la revue Lettres d’examen physique (s’ouvre dans un nouvel onglet).
future-fusion
Les tokamaks en forme de beignet sont l’une des conceptions les plus prometteuses pour les réacteurs à fusion nucléaire qui pourraient un jour être utilisés pour produire de l’électricité pour les réseaux électriques.
Les scientifiques ont travaillé pendant plus de 50 ans pour faire de la fusion contrôlée une réalité ; Contrairement à la fission nucléaire, qui produit de l’énergie en brisant de très gros noyaux atomiques, la fusion nucléaire pourrait générer encore plus d’énergie en réunissant de très petits noyaux.
Le processus de fusion crée beaucoup moins de déchets radioactifs que la fission, et l’hydrogène riche en neutrons qu’il utilise pour son combustible est relativement facile à obtenir.
Le même processus alimente des étoiles comme le soleil, c’est pourquoi la fusion contrôlée est assimilée à une « étoile dans un bocal » ; mais parce que la très haute pression au cœur d’une étoile n’est pas réalisable sur Terreles réactions de fusion ici-bas nécessitent des températures plus chaudes que le soleil pour fonctionner.
la température à l’intérieur du tokamak TCVpar exemple, peut être supérieure à 216 millions de degrés Fahrenheit (120 millions de degrés Celsius) – près de 10 fois la température du noyau de fusion du soleil, qui est d’environ 27 millions de F (15 millions de C).
Plusieurs projets d’énergie de fusion sont maintenant à un stade avancé, et certains chercheurs pensent le premier tokamak à produire de l’électricité pour le réseau pourrait fonctionner d’ici 2030Live Science précédemment rapporté.
Plus de 30 gouvernements dans le monde financent également le tokamak ITER (« Iter » signifie « la voie » en latin) qui doit produire ses premiers plasmas expérimentaux en 2025.
ITER, cependant, n’est pas conçu pour produire de l’électricité ; mais des tokamaks basés sur ITER qui, appelés réacteurs DEMO, sont en cours de conception et pourraient fonctionner d’ici 2051.
problèmes de plasma
Au cœur des nouveaux calculs se trouve la limite de Greenwald, du nom du physicien du MIT Martin Greenwald qui a déterminé la limite en 1988.
Les chercheurs essayaient de découvrir pourquoi leurs plasmas de fusion devenaient effectivement incontrôlables (ils se développaient en dehors des champs magnétiques dans lesquels ils étaient contenus dans la chambre du tokamak) lorsqu’ils augmentaient la densité du carburant au-delà d’un certain point, et Greenwald en déduit une limite expérimentale basée sur la capacité d’un tokamak. rayon mineur (la taille du cercle intérieur du beignet) et la quantité de courant électrique traversant le plasma.
Bien que les scientifiques aient longtemps soupçonné que la limite de Greenwald pouvait être améliorée, c’est une règle fondamentale de la recherche sur la fusion depuis plus de 30 ans, a déclaré Ricci. Par exemple, c’est un principe directeur de la conception d’ITER.
La dernière étude, cependant, développe à la fois les expériences et la théorie que Greenwald a utilisées pour dériver sa limite, ce qui se traduit par une limite de densité de combustible beaucoup plus élevée qui augmentera à la fois la capacité d’ITER et aura un impact sur la conception des réacteurs DEMO qui suivront, il a dit.
La clé a été la découverte qu’un plasma peut supporter une plus grande densité de carburant à mesure que la puissance de sortie d’une réaction de fusion augmente, a-t-il déclaré.
Il n’est pas encore possible de savoir comment une augmentation aussi importante de la densité du carburant affectera la puissance de sortie des tokamaks, a déclaré Ricci, mais il est probable qu’elle soit significative ; et la recherche montre qu’une plus grande densité de combustible facilitera l’exploitation des réacteurs à fusion.
“Cela facilite la réalisation de conditions de fusion sûres et durables”, a-t-il déclaré. “Cela vous permet d’atteindre le régime que vous souhaitez, afin que le réacteur à fusion puisse fonctionner correctement.”
Publié à l’origine sur Live Science.
