Joint European Torus (JET), la plus grande expérience de fusion nucléaire au monde, a doublé le record de la quantité d'énergie générée par la fusion d'atomes. La fusion nucléaire est (depuis un certain temps maintenant) une source prometteuse et illimitée d'énergie propre.
Un record de fusion nucléaire vieux de 24 ans a été brisé. Les scientifiques de l'expérience Joint European Torus (JET) près d'Oxford, au Royaume-Uni, annoncent qu'ils ont généré l'énergie la plus élevée jamais réalisée en fusionnant des atomes. C'est plus que doubler leur propre record, qui remonte à 1997.
"Ces résultats révolutionnaires nous ont rapprochés de l'un des plus grands défis scientifiques et techniques de tous", a déclaré Ian Chapman, qui dirige le Culham Center for Fusion Energy (CCFE), où JET est basé, dans un communiqué. JET appartient à l'Autorité britannique de l'énergie atomique, mais ses opérations scientifiques sont dirigées par un partenariat européen appelé EUROfusion.
Si les chercheurs peuvent appliquer la fusion nucléaire - le processus qui alimente le soleil - elle promet de devenir une source pratiquement illimitée d'énergie propre. Jusqu'à présent, aucune expérience n'a généré plus d'énergie qu'elle n'en a mis. Les résultats du JET ne changent rien à cela, mais suggèrent qu'un projet de réacteur à fusion de suivi utilisant la même technologie et le même mélange de combustibles - l'ambitieux ITER de 22 milliards de dollars, qui devrait commencer les expériences de fusion en 2025 - pourrait éventuellement être en mesure d'atteindre cet objectif.
« JET a vraiment réalisé ce qui était prévu. La même modélisation indique maintenant qu'ITER fonctionnera", déclare Josefine Proll, physicienne de la fusion de l'Université de technologie d'Eindhoven aux Pays-Bas, qui n'a pas participé aux recherches du JET. "C'est vraiment bon signe et je suis ravi."
Les expériences – l'aboutissement de près de deux décennies de travail – sont importantes pour aider les scientifiques à prédire le comportement d'ITER et à orienter les paramètres opérationnels, a déclaré Anne White, physicienne des plasmas au Massachusetts Institute of Technology de Cambridge qui travaille sur les tokamaks. , qui sont des réacteurs comme JET qui ont une forme de beignet. "Je suis sûr que je ne suis pas le seul dans la communauté de la fusion à féliciter l'équipe du JET."
JET et ITER utilisent des champs magnétiques pour piéger le plasma, un gaz surchauffé d'isotopes d'hydrogène, dans le tokamak. Sous l'effet de la chaleur et de la pression, les isotopes de l'hydrogène fusionnent pour former de l'hélium, libérant de l'énergie sous forme de neutrons.
Pour battre le record énergétique, JET a utilisé un mélange de combustible au tritium, le même mélange qui alimentera également ITER, le réacteur en construction dans le sud de la France. Le tritium est un isotope rare et radioactif de l'hydrogène qui, lorsqu'il fusionne avec le deutérium, produit beaucoup plus de neutrons que les réactions du deutérium seul. Cela augmente le rendement énergétique, mais pour utiliser ce carburant, le JET a dû être rénové pendant plus de deux ans pour préparer la machine à l'attaque. Le tritium a été utilisé pour la dernière fois dans une expérience de fusion de tokamak lorsque JET a établi le précédent record d'énergie de fusion en 1997.
Lors d'une expérience le 21 décembre 2021, le tokamak de JET a produit 59 mégajoules d'énergie lors d'une "impulsion" de fusion de cinq secondes, soit plus du double des 21,7 mégajoules libérés en environ quatre secondes en 1997. Alors que l'expérience de 1997 détient toujours le record de "puissance de pointe", elle n'a duré qu'une fraction de seconde et la puissance moyenne était inférieure à la moitié de celle d'aujourd'hui, a déclaré Fernanda Rimini, spécialiste du plasma au CCFE qui a supervisé la dernière campagne expérimentale. L'amélioration a nécessité 20 ans d'optimisation expérimentale, ainsi que des mises à niveau matérielles, notamment le remplacement de la paroi interne du tokamak pour réduire le gaspillage de carburant, dit-elle.
Produire de l'énergie pendant plusieurs secondes est essentiel pour comprendre le chauffage, le refroidissement et le mouvement dans le plasma qui seront essentiels au fonctionnement d'ITER, explique Rimini. Cinq secondes "c'est beaucoup", ajoute Proll, qui travaille sur une conception alternative de réacteur à fusion appelée stellarator. 'C'est vraiment très impressionnant.'
L'année dernière, la National Ignition Facility du Département américain de l'énergie a établi un autre record de fusion - elle a utilisé la technologie laser pour produire la puissance de fusion la plus élevée par rapport à la puissance absorbée, une valeur appelée Q. L'installation a produit un Q de 0,7, où 1 atteindrait le seuil de rentabilité - un jalon de fusion laser qui a battu le record de 1997 de JET. Mais l'expérience a été de courte durée, ne produisant que 1,9 mégajoule en moins de 4 milliardièmes de seconde.
La dernière expérience de JET a maintenu une valeur Q de 0,33 pendant cinq secondes, a déclaré Rimini. À un dixième du volume, JET est une version réduite d'ITER - une baignoire comparée à une piscine, dit Proll, et parce qu'elle perd plus facilement de la chaleur, on ne s'attendait jamais à ce qu'elle atteigne le seuil de rentabilité. Si les ingénieurs appliquaient les mêmes conditions et la même approche physique à ITER, dit-elle, il atteindrait probablement son objectif d'un Q de 10, c'est-à-dire qu'il produirait dix fois l'énergie qui y est injectée.
Les chercheurs en fusion sont loin d'avoir toutes les réponses. Par exemple, l'un des défis restants est de faire face à la chaleur générée dans la zone d'échappement du réacteur ITER, dont la surface sera supérieure à celle du JET, mais non proportionnelle à l'augmentation de puissance du réacteur. va falloir gérer. Des recherches sont en cours pour déterminer quel design peut le mieux résister à la chaleur, mais ils n'en sont pas encore là, dit Proll.
La course record a eu lieu le dernier jour d'une campagne de cinq mois qui, selon Rimini, a fourni aux scientifiques une mine d'informations qu'ils analyseront au cours des prochaines années. Dans l'expérience finale, l'appareil a été poussé au "maximum absolu", ajoute Rimini, qui a assisté au test du record en temps réel. "Nous n'avons pas sauté sur place ni nous sommes étreints - nous étions à 2 mètres - mais c'était très excitant."
