septembre 21, 2021

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Une percée magnétique rapproche l’énergie de fusion de la réalité

Lors du test de dimanche, l’aimant supraconducteur a atteint un champ magnétique de 20 Tesla, un point de repère qui en fait l’aimant le plus puissant jamais créé.

Avec l’aimable autorisation du MIT

Des chercheurs travaillant avec un partenariat basé aux États-Unis affirment avoir fait des progrès majeurs dans leurs efforts pour construire un réacteur à fusion à l’échelle commerciale.

Le développement pourrait accélérer la voie vers une énergie fiable et sans carbone sans les limitations des énergies renouvelables ou certains des inconvénients associés à l’énergie nucléaire conventionnelle.

La percée, annoncée lors d’un point de presse mercredi, est un aimant si puissant qu’il peut piéger et maintenir le carburant hydrogène à une température suffisamment élevée pour maintenir la fusion nucléaire – le processus qui alimente le Soleil – à une échelle pratique.

L’histoire continue sous l’annonce

Présentation de SPARC, un tokamak compact à haut champ, actuellement en cours de conception par une équipe du MIT et du Commonwealth Fusion Systems.

T. Henderson/CFS/MIT-PSFC, 2020

Alors que le réacteur n’a pas encore été construit, les membres de l’équipe affirment que les aimants sont l’épine dorsale qui met le reste du projet à portée de main. Ce développement est parmi les plus importants à ce jour dans la quête pour développer la fusion comme solution à long terme au réchauffement inexorable du climat de la Terre causé par l’utilisation continue des combustibles fossiles. Cela indique également une accélération de la course à la découverte et à la commercialisation de ce que de nombreux experts considèrent comme une technologie pivot pour le XXIe siècle.

“La fusion est la source d’énergie dont le monde a besoin – et elle a besoin d’une sorte de vitesse. Nous sommes sur le point d’exploiter cela pour l’humanité”, a déclaré Dennis White, directeur du Center for Plasma and Fusion Sciences au MIT.

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Au cours des trois dernières années, le centre s’est associé à Commonwealth Fusion Systems, une startup de Cambridge, Massachusetts, pour jeter les bases d’un réacteur à fusion qui est non seulement capable de produire de l’électricité, mais qui le fait avec une production suffisamment importante et un petit suffisamment d’empreinte pour rendre l’approche économiquement réalisable.

Dès le début, la société a choisi de se concentrer sur l’amélioration de la force des aimants afin de faciliter le confinement du plasma à haute température requis pour les réactions de fusion dans un volume plus petit et plus gérable qu’il n’est actuellement possible. Le résultat est un type d’électroaimant fait d’un matériau supraconducteur qui, lorsqu’il est refroidi à -253°C, permet au courant électrique de circuler sans résistance. Lors du test de dimanche, l’appareil a atteint un champ magnétique de 20 Tesla, un point de repère qui en fait l’aimant le plus puissant du genre jamais créé.

La force est deux fois plus forte que le champ magnétique qui fonctionnera à ITER, un projet de fusion international géant en construction en France depuis le milieu des années 2000 et en voie d’achèvement. Mais le vrai gain est qu’en utilisant un aimant avec une intensité de champ deux fois plus élevée, le réacteur de fusion résultant peut rétrécir de 40.

« L’une des raisons pour lesquelles cet aimant est si important est qu’il nous a permis de développer nos processus de fabrication, nos équipements et notre chaîne d’approvisionnement à une échelle adaptée à l’intégration commerciale », a déclaré Joy Dunn, directrice de l’exploitation de la société.

Les membres de l’équipe du projet ont déclaré que la prochaine étape consiste à utiliser les aimants dans un réacteur d’essai qui, en cas de succès, serait le premier au monde à utiliser la fusion pour produire plus d’énergie qu’il n’en faut pour fonctionner. Cette machine devrait être achevée en 2025. Cela, à son tour, jettera les bases d’une centrale électrique expérimentale à part entière.

Comme ITER, l’installation reposera sur un isotope lourd de l’hydrogène appelé tritium, que le Canada possède en abondance parce qu’il est produit dans les réacteurs à fission à l’uranium CANDU comme ceux qui fonctionnent dans les centrales nucléaires conventionnelles de l’Ontario et du Nouveau-Brunswick.

Blair Bromley, qui dirige la division de l’énergie de fusion de l’Association nucléaire canadienne, une association professionnelle, a décrit la réalisation de l’équipe américaine comme « un développement très excitant pour l’ensemble de la communauté de la fusion ».

Cependant, a-t-il ajouté, il y aura probablement de nombreux obstacles techniques sur la voie d’une centrale à fusion fonctionnelle.

Conçu et construit par Commonwealth Fusion Systems et le Plasma and Fusion Science Center (PSFC) du Massachusetts Institute of Technology (PSFC), cet aimant supraconducteur à large cavité et large bande a démontré un champ magnétique record de 20 Tesla.

Gretchen Ertel/CFS/MIT-PSFC, 2021

« S’ils vont vite… et construisent vite et apprennent vite, peut-être dans 10 ans, ils peuvent commencer à produire de l’électricité », a déclaré le Dr Bromley, qui est également physicien des réacteurs aux Laboratoires nucléaires canadiens à Chalk River, en Ontario, bien que il n’était pas Il parle au nom du Federal Research Facility, “mais tout devrait bien se passer pour eux.”

Dans leurs efforts pour trouver un raccourci vers la fusion – une source d’énergie qui a été ironiquement décrite dans le passé comme dans 20 ans dans le futur – l’équipe américaine s’est appuyée sur des décennies de recherche dans le domaine de la fusion par confinement magnétique. C’est la même approche qui a produit le Common European Taurus, basé dans l’Oxfordshire, en Grande-Bretagne, qui, lors d’une expérience en 1997, a produit un retour record de plus des deux tiers de l’énergie entrant dans le réacteur, ce qui est très proche de la rupture. même. Cela a ouvert la voie à ITER, qui vise à atteindre 10 fois le seuil de rentabilité, mais ne devrait pas y arriver avant 2035 environ.

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Le mois dernier, des scientifiques du National Ignition Facility de Livermore, en Californie, ont annoncé qu’ils étaient également sur le point d’atteindre le seuil de rentabilité avec une autre approche de la fusion consistant à faire exploser une petite capsule transportant du carburant avec les rayons X les plus puissants au monde. laser. Mais cette technologie est loin d’être commercialisée.

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Cela a incité des entreprises comme General Fusion à Burnaby, en Colombie-Britannique, à tirer parti des nouvelles technologies et à reconsidérer d’autres stratégies pour parvenir à une consolidation qui avait été mise de côté il y a des décennies. La société canadienne a annoncé l’été dernier qu’elle commencerait la construction d’une usine pilote en Grande-Bretagne l’année prochaine, avec une date d’achèvement cible de 2025.

« Le secteur de la consolidation connaît actuellement un formidable élan », a déclaré Jay Priester, directeur du développement commercial chez General Fusion. « Les progrès technologiques et scientifiques dans les secteurs privé et public accélèrent le calendrier de consolidation et nous avons constaté une augmentation des investissements dans ce secteur. »

M. Prester a ajouté que le marché potentiel de l’énergie de fusion était suffisamment large pour produire plus d’une solution et que le domaine en était encore à un stade où toutes les approches prometteuses devraient être poursuivies.

“Les avantages de cette source d’énergie qui change le monde sont très importants, et nous avons besoin de toutes les mains sur le pont pour que cela se produise”, a-t-il déclaré.

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