Des physiciens aux États-Unis et au Japon ont observé pour la première fois la fusion nucléaire entre des protons et des atomes de bore 11 dans un plasma confiné magnétiquement. Ils disent que le résultat démontre le potentiel de la fusion proton-bore en tant que source d'énergie abondante et économique. Mais d'autres avertissent que la base scientifique d'une telle source d'énergie reste largement non prouvée et que d'énormes obstacles techniques se dressent sur le chemin des centrales électriques commerciales.
Toutes les formes de fusion promettent une énergie de base propre et quasi illimitée sans les problèmes de fusion possible et de déchets à longue durée de vie qui affligent la fission. Mais proton–bore (p11B) la fusion apporte quelques vertus supplémentaires par rapport aux réactions plus courantes impliquant les isotopes de l'hydrogène, le deutérium et le tritium.
Le bore peut être facilement extrait alors que le tritium est rare sur Terre et difficile à produire artificiellement. Les réactions proton-bore produisent également trois atomes d'hélium (particules alpha) – dont l'énergie pourrait en principe être directement convertie en électricité – sans générer de neutrons, ce qui réduit considérablement la contamination radioactive des composants du réacteur.
Cependant, ces points positifs ont un prix. La fusion deutérium-tritium elle-même nécessite des températures énormes pour surmonter la répulsion mutuelle des noyaux – environ 100 millions de kelvins. Mais les réactions proton-bore nécessitent encore des conditions bien plus extrêmes – quelque 1.5 milliard de kelvins.
En tant qu'auteurs des dernières recherches expliquer dans un article publié dans Communications Nature, plus la température d'un plasma est élevée, plus d'énergie est généralement émise sous forme de rayonnement synchrotron et de rayonnement de freinage. Cela, soulignent-ils, rend plus difficile la production de plus d'énergie par des réactions de fusion que nécessaire pour alimenter un réacteur - un problème majeur lorsqu'une centrale commerciale est susceptible d'avoir besoin d'un gain d'énergie d'au moins 50 pour surmonter les inefficacités de la production d'électricité. processus.
Le nouveau travail a été réalisé par Richard Magee et ses collègues de la société de fusion californienne Technologies TAE en collaboration avec des scientifiques du Institut national des sciences de la fusion à Toki, au Japon. Les chercheurs ont fait leurs expériences sur le Large Helical Device (LHD) de l'institut, un stellarator avec le combustible de fusion nécessaire déjà en place - les protons étant tirés sous forme de faisceaux neutres à haute énergie tandis que la poudre de bore est injectée dans le plasma pour aider à réduire les impuretés.
TAE a fourni le détecteur, qui reposait sur un semi-conducteur en silicium partiellement appauvri générant un courant lorsqu'il était frappé par des particules alpha. Il a été conçu pour éviter d'enregistrer par erreur les signaux des rayons X et d'autres rayonnements plasma en étant incliné par rapport au plasma central et en faisant diriger les particules alpha chargées vers lui par le grand champ magnétique du LHD.
Les chercheurs ont effectué plusieurs dizaines de tirs expérimentaux en février de l'année dernière. Ils ont observé les réactions de fusion en comparant le signal sur leur détecteur avant et après l'allumage des faisceaux neutres ainsi qu'en réalisant quelques tirs sans aucune poudre de bore. Ce n'est que lorsqu'ils ont eu à la fois des faisceaux neutres et de la poudre de bore qu'ils ont obtenu une augmentation de la production - dont la valeur exacte leur a dit qu'ils produisaient environ 1012 réactions de fusion par seconde, ce qui correspondait aux simulations informatiques.
Défis à relever
Ce n'est pas la première démonstration de la fusion proton-bore - les scientifiques l'ont déjà observée à l'aide d'accélérateurs de particules et de puissants lasers. Mais la collaboration américano-japonaise soutient qu'il est important d'étudier la réaction là où elle serait finalement exploitée - à l'intérieur d'un plasma thermonucléaire confiné magnétiquement. Les chercheurs reconnaissent que beaucoup plus de travail doit être fait, mais sont convaincus que TAE réalisera un gain d'énergie dans l'un de ses appareils.
En effet, TAE prétend être en bonne voie vers l'énergie de fusion commerciale. La société a construit une série de réacteurs de plus en plus sophistiqués pour explorer la fusion à configuration à champ inversé, qui consiste à envoyer des impulsions de plasma dans une chambre et à les maintenir en place magnétiquement en les faisant tourner. Aucun des appareils à ce jour n'a démontré la fusion proton-bore - son réacteur "normand" actuel utilisant un plasma d'hydrogène - mais la firme affirme qu'elle a l'intention d'envoyer de l'électricité au réseau à partir d'une centrale électrique pilote proton-bore d'ici le début des années 2030.
L'étape d'allumage du National Ignition Facility donne un nouvel élan à la fusion laser
Pierre Norreys, un physicien des plasmas de l'Université d'Oxford au Royaume-Uni, affirme que les chercheurs ont fait "un excellent travail" dans leurs expériences. Mais il soutient que la fusion proton-bore est encore loin de rivaliser avec les réactions deutérium-tritium. Une complication potentielle, dit-il, est le besoin de descriptions relativistes de la dynamique du plasma à des températures aussi élevées. Il pense également qu'il est probable que le rayonnement de bremsstrahlung puisse altérer le confinement du plasma en érodant les surfaces internes d'un réacteur.
Les scientifiques du consortium EUROfusion à Garching, en Allemagne, sont également protégés. Tony Donné, Hartmut Zohm et Volker Naulin ont raconté Monde de la physique que la vitesse de réaction observée dans les dernières expériences est d'environ dix ordres de grandeur trop faible pour être utile à l'énergie de fusion (compte tenu de la faible densité de puissance du proton-bore).
Ils ont de "forts doutes" sur le fait qu'il sera un jour possible d'obtenir les gains nécessaires à la production d'électricité commerciale, et avertissent que le rayonnement de freinage pourrait en fait être si fort qu'il dépasse la puissance nécessaire pour chauffer et contrôler le plasma - ce qui provoque le plasma à effondrement.
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- La source: https://physicsworld.com/a/proton-boron-fusion-passes-scientific-milestone/
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