Les scientifiques de Livermore produisent une fusion révolutionnaire recréant la puissance du soleil



Livermore ne ressemble en rien au centre du soleil, mais cette ville d’East Bay, entourée de vignobles et de ranchs, est l’endroit où les scientifiques ont recréé la production d’énergie comme le fait le soleil : grâce à la fusion nucléaire.

Mardi, des responsables fédéraux ont annoncé que le Lawrence Livermore National Lab avait réalisé une percée historique dans sa recherche sur la fusion – créant une brève réaction qui a généré plus d’énergie qu’elle n’en a consommé.

Cette réalisation longtemps insaisissable, appelée “allumage”, rapproche le monde de l’objectif d’exploiter le même processus qui alimente le soleil pour créer de l’électricité sûre, bon marché et sans carbone sur Terre – bien que cette réalité soit probablement dans des décennies.

L’annonce intervient à un moment où le monde est confronté à la flambée des prix de l’énergie et à une crise de la hausse des températures mondiales causée par l’utilisation des combustibles fossiles.

“C’est un exemple formidable de ce que la persévérance peut vraiment accomplir”, a déclaré le directeur du Bureau de la politique scientifique et technologique de la Maison Blanche, Arati Prabhakar, lors d’une conférence de presse mardi matin à Washington DC.

« C’est une étape scientifique. Mais c’est aussi une merveille d’ingénierie au-delà de toute croyance », a-t-elle déclaré. Les deux parties apprenant l’une de l’autre, “c’est ainsi que nous faisons de très grandes choses difficiles”.

S’adressant à un public mondial, la directrice du Lawrence Livermore National Lab, Kim Budil, a félicité son équipe et ses partenaires de laboratoire « qui ont veillé à ce que nous puissions atteindre ce moment, même lorsque les choses étaient difficiles. Au cours des 60 dernières années, des milliers de personnes ont contribué à cette entreprise, et il a fallu une réelle vision pour nous amener ici.

L’expérience a été menée au National Ignition Facility du laboratoire, à l’est du centre-ville de Livermore et à environ trois kilomètres de l’Interstate 580. Dans l’installation de 3,5 milliards de dollars, de la taille de trois terrains de football, les scientifiques produisent de puissantes réactions en écrasant – ou en fusionnant – des atomes d’hydrogène dans l’hélium, à l’aide de lasers.

Les lasers génèrent une pression et une chaleur intenses, provoquant une implosion semblable à une fusée qui crée plus du double de la pression au cœur du soleil et fait grimper les températures à plus de 150 millions de degrés Fahrenheit, tout comme le soleil, libérant une énorme quantité d’énergie. .

Juste après 01h03 le 5 décembre, la production d’énergie de cette réaction a dépassé l’entrée. Les lasers de la National Ignition Facility ont utilisé 2,05 mégajoules d’énergie du réseau et généré 3,15 mégajoules, soit une augmentation de 53 %.

L’espoir futur est de construire des réacteurs commerciaux qui pourraient maintenir cette fusion sans injecter de chaleur – et créer une électricité moins chère et beaucoup plus propre que celle du gaz naturel ou du charbon. Ces dernières années, l’urgence de trouver de nouvelles solutions énergétiques pour lutter contre le changement climatique a accéléré la course à la fusion nucléaire.

C’est à portée de main, mais ce n’est pas encore pratique, a déclaré le directeur du laboratoire, Budil. La National Ignition Facility est une installation de démonstration scientifique, avec des considérations différentes de celles d’une centrale à fusion commerciale. Des décennies de recherche peuvent être nécessaires pour créer des réacteurs commerciaux abordables et autonomes, capables de fonctionner dans des circonstances contrôlées, pour produire du combustible.

Les membres de l’équipe de recherche ont déclaré que la nouvelle de la percée du petit matin – par le biais d’appels téléphoniques et de SMS – était passionnante.

“J’ai reçu un appel de mon patron, disant” Je pense que nous avons obtenu l’allumage “, et j’ai éclaté en sanglots”, a déclaré Tammy Ma, physicienne des plasmas au National Ignition Facility. En attendant un vol à l’aéroport international de San Francisco, “je sautais de haut en bas dans la salle d’attente – ce fou.”

Mais pas plus tard que lundi, les physiciens ne couraient pas autour de l’installation en criant “Eureka!” Au contraire, ils sont restés silencieusement collés aux ordinateurs et aux équipements de surveillance, tandis que les résultats étaient encore en cours d’analyse.

Même lorsque la nouvelle du succès a été divulguée du laboratoire à la communauté des physiciens, puis aux médias mondiaux, le laboratoire est resté silencieux.

“Notre analyse est toujours en cours”, a déclaré lundi la porte-parole du laboratoire, Anne Stark.

Au cours de la semaine dernière, a expliqué Budil, l’Ignition Facility a fait venir des membres de l’équipe de recherche et des experts externes à Livermore pour vérifier les données.

“Il s’avère que lorsque vous vous enflammez… il est clair que quelque chose d’important s’est produit”, a-t-elle déclaré. Avant de publier les chiffres, “il était important que nous vous disions les faits et que nous les obtenions correctement avant de les rendre publics”.

Depuis la Seconde Guerre mondiale, les scientifiques ont rêvé que la fusion pourrait un jour être exploitée pour créer une énergie électrique fiable, sans émissions de carbone ni fusions ou déchets radioactifs.

C’est un processus qui est constamment en cours au cœur du soleil. où des températures élevées et des pressions extrêmes fusionnent 500 millions de tonnes métriques d’hydrogène chaque seconde.

Mais ici sur Terre, jusqu’à présent, c’était un processus insondable à reproduire et à contrôler. La possibilité a capturé l’imagination du public avec la première démonstration publique de fusion lors d’une exposition de General Electric à l’Exposition universelle de 1964, mais sa complexité a fait dérailler des centaines de projets ultérieurs, privés et publics. Lentement, au fil du temps, les scientifiques ont amélioré les outils et les techniques.

Le National Ignition Facility du laboratoire, fondé en 2009, est l’endroit idéal pour entreprendre une telle entreprise.

L’installation a été conçue pour étudier la fission, un autre processus nucléaire, utilisé dans les armes nucléaires. Faisant partie du programme de gestion des stocks de la Nuclear Security Administration du pays, l’installation offre un moyen sûr d’étudier le fonctionnement des armes nucléaires modernes. Les essais souterrains sont désormais interdits.

De telles recherches peuvent être menées dans les conditions de haute pression de l’installation à l’intérieur de l’environnement contrôlé. Ses expériences utilisent des quantités extrêmement infimes de matériel de test – à peine visibles à l’œil nu – et sont sans danger.

Mais les deux processus sont très différents. La fusion est la réunion de noyaux atomiques ; la fission est la division des noyaux atomiques. La fusion produit beaucoup plus d’énergie que celle créée par la fission. Et la fusion, contrairement à la fission, ne crée pas de sous-produits radioactifs nocifs qui doivent être stockés pendant des milliers d’années

Le succès de l’installation de Livermore est dû à sa création du système laser le plus précis et le plus reproductible au monde.

Près de 200 faisceaux laser puissants sont focalisés et tirés simultanément sur les deux côtés d’un cylindre métallique de la taille d’une gomme à crayon.

Dans un puissant processus à plusieurs étapes, la chaleur et la pression extrêmes provoquent la fusion de deux formes d’atomes d’hydrogène en hélium et la libération de neutrons à haute énergie et d’autres formes d’énergie dans une réaction thermonucléaire contrôlée.

En une fraction de nanoseconde – environ un milliard de fois plus vite qu’un clin d’œil – le laboratoire a généré une énorme quantité d’énergie ultraviolette et 500 000 milliards de watts de puissance de pointe, suffisamment pour allumer 5 000 milliards d’ampoules de 100 watts.

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