En effet, la réalisation du tir par fusion et de la récupération d'énergie dans le laser le plus intense du monde à la fin de l'année dernière a été une réalisation scientifique majeure. Pourtant, la fusion en tant que source d'énergie pratique serait loin sinon une impasse. La majorité des scientifiques conviennent que la stratégie utilisée au National Ignition Facility (NIF), où le jalon de la fusion a eu lieu, est peu susceptible de construire une centrale électrique à fusion guidée par laser, même si elle finit par devenir une réalité.
Combustible deutérium-tritium
Le tir, qui a eu lieu en décembre, a fait taire les sceptiques qui disaient que de petites capsules de deutérium-tritium ne pourraient jamais être allumées avec un laser, produisant 2 fois l'énergie de 1,5 MJ tirés sur du combustible de fusion.
Stephen Bodner, chef à la retraite de la branche de fusion laser du US Naval Research Laboratory et ancien opposant farouche à la stratégie du NIF, pense qu'ils ont démontré l'allumage et la combustion, et c'est une réalisation très importante.
Malgré l'exagération entourant l'annonce, le rendement énergétique de fusion du tir réussi était inférieur à 192% des 300 MJ utilisés par le secteur pour entraîner le faisceau 1 du NIF. Et l'énergie libérée était suffisante pour chauffer dix bouilloires. Selon de nombreux scientifiques, pour que la fusion soit économiquement viable, le gain d'énergie des réactions de fusion doit être au moins 100 fois supérieur à l'énergie stockée dans la capsule de combustible (ou deux fois plus que le tir NIF).
Selon Bedros Afeyan, un consultant qui a travaillé en R&D sur la fusion dans trois laboratoires nationaux, à la suite du succès du NIF, l'IFE est maintenant à 10 % du chemin vers la commercialisation.
Contrairement aux quelques heures entre les tirs NIF, une centrale électrique IFE devra tirer un laser toutes les quelques secondes au moins. La machine devra également produire son propre carburant ; ce combustible sera ensuite pompé dans une chambre de réacteur extrêmement chaude, puis chargé dans des capsules extrêmement petites qui doivent en quelque sorte être maintenues à des températures cryogéniques pendant une courte période. De plus, l'usine doit produire de l'hydrogène, de l'électricité ou de la chaleur industrielle à un coût compétitif.
Alors que les développeurs de l'IFE s'éloignent du NIF, qui a été créé pour modéliser les opérations d'armes nucléaires plutôt que la production d'électricité, il faut répondre à au moins trois questions fondamentales. Premièrement, faut-il imiter la méthode de propulsion indirecte utilisée par le NIF, dans laquelle la lumière est d'abord convertie en rayons X et écrase les pastilles, ou la lumière du laser doit-elle directement faire exploser les capsules de combustible ? Deuxièmement, quel type de laser peut le mieux faire ? Quel est le moyen le plus rentable de concevoir et de produire en masse des cibles transportant du carburant DT ? Les réponses à ces préoccupations seront cruciales si la fusion laser peut être rendue abordable.
L'entraînement direct est assuré par deux startups américaines, Focused Energy et LaserFusionX, qui utilisent différents types de lasers. Longview Fusion Energy Systems, basé à Orinda, en Californie, crée une stratégie de propulsion entièrement indirecte de style NIF. Une stratégie hybride indirecte-directe a été développée par Xcimer Energy, basée à Redwood City, en Californie.
Selon de nombreux experts en laser, l'entraînement indirect ne peut pas être rendu suffisamment efficace pour atteindre le degré de gain nécessaire pour générer de l'énergie à un coût raisonnable. Selon Michael Campbell, directeur émérite du Laboratoire d'énergie laser de l'Université de Rochester, les rayons UV sont absorbés et les rayons X sont émis dans le cylindre creux, ou hohlraum, entourant la capsule de combustible de fusion, mais une grande partie de l'énergie laser est perdue.
La propulsion indirecte nécessite des cibles plus sophistiquées, et elles sont probablement plus chères que les capsules de carburant sphériques de base proposées par l'entraînement direct. Les cibles NIF coûtent au moins 10.000 1 $ chacune et ne sont pas produites en série. Chacune des centaines de milliers de cibles uniques à faire exploser chaque jour devrait coûter moins d'un dollar pour être économiquement viable. Afeyan recommande de garder la conception des objectifs aussi simple que possible. "Sautez le conducteur indirect. Ce n'est pas possible », dit-il.
Les capsules transportant du carburant cryogénique DT peuvent avoir une certaine protection contre les hohlraums de la propulsion indirecte tout en étant rapidement injectées dans la chambre cible. Cependant, les débris laissés par les éruptions du hohlraum peuvent rapidement s'accumuler et poser un problème de nettoyage.
Une grande partie de la recherche sur l'entraînement direct a été effectuée dans le laboratoire d'énergie laser financé par le ministère de l'Énergie, qui abrite également le laser Omega. Travaillant avec des conducteurs directs, les chercheurs n'ont jusqu'à présent pas été en mesure de créer des explosions avec la symétrie exacte requise pour l'allumage. Selon Campbell, plus le laser est puissant, moins la précision sera nécessaire pour les explosions à déclenchement direct qui entraîneront un allumage et un gain.
Avec une puissance lumineuse de seulement 25 KJ, Campbell affirme que l'Omega est insuffisant dans tous les cas. Une autre installation de recherche avec suffisamment d'énergie doit être construite pour permettre aux plasmas d'être tirés en mode d'entraînement direct.
Source et lectures complémentaires : Physics Today – physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.5195
Günceleme: 13/03/2023 16:29