Le réacteur à fusion nucléaire coréen atteint 100 millions de °C pendant 30 secondes

Une expérience soutenue et stable est la dernière démonstration que la fusion nucléaire est en train de passer d’un problème de physique à un problème d’ingénierie

La physique


7 septembre 2022

Réacteur à fusion

L’expérience Korea Superconducting Tokamak Advanced Research

Institut coréen de l’énergie de fusion

Une réaction de fusion nucléaire a duré 30 secondes à des températures supérieures à 100 millions de °C. Bien que la durée et la température seules ne soient pas des records, l’obtention simultanée de chaleur et de stabilité nous rapproche d’un réacteur à fusion viable – tant que la technique utilisée peut être mise à l’échelle.

La plupart des scientifiques s’accordent à dire que l’énergie de fusion viable est encore dans des décennies, mais les progrès progressifs dans la compréhension et les résultats continuent d’arriver. Une expérience menée en 2021 a créé une réaction suffisamment énergétique pour être auto-entretenue, des études conceptuelles pour un réacteur commercial sont en cours d’élaboration, tandis que les travaux se poursuivent sur le grand réacteur de fusion expérimental ITER en France.

À présent Yong-Su Na à l’Université nationale de Séoul en Corée du Sud et ses collègues ont réussi à faire fonctionner une réaction aux températures extrêmement élevées qui seront nécessaires pour un réacteur viable, et à maintenir l’état chaud et ionisé de la matière qui est créé dans l’appareil stable pendant 30 secondes.

Le contrôle de ce soi-disant plasma est vital. S’il touche les parois du réacteur, il se refroidit rapidement, étouffant la réaction et causant des dommages importants à la chambre qui le contient. Les chercheurs utilisent normalement diverses formes de champs magnétiques pour contenir le plasma – certains utilisent une barrière de transport de bord (ETB), qui sculpte le plasma avec une coupure nette de pression près de la paroi du réacteur, un état qui empêche la chaleur et le plasma de s’échapper. D’autres utilisent une barrière de transport interne (ITB) qui crée une pression plus élevée plus près du centre du plasma. Mais les deux peuvent créer de l’instabilité.

L’équipe de Na a utilisé une technique ITB modifiée sur le dispositif Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR), obtenant une densité de plasma beaucoup plus faible. Leur approche semble augmenter les températures au cœur du plasma et les abaisser à la périphérie, ce qui prolongera probablement la durée de vie des composants du réacteur.

Dominic Power de l’Imperial College de Londres dit que pour augmenter l’énergie produite par un réacteur, on peut rendre le plasma très chaud, le rendre très dense ou augmenter le temps de confinement.

« Cette équipe constate que le confinement de densité est en fait un peu plus faible que les modes de fonctionnement traditionnels, ce qui n’est pas nécessairement une mauvaise chose, car il est compensé par des températures plus élevées à cœur », dit-il. “C’est vraiment excitant, mais il y a une grande incertitude quant à la façon dont notre compréhension de la physique s’adapte à des appareils plus grands. Donc quelque chose comme ITER va être beaucoup plus gros que KSTAR ».

Na dit que la faible densité était la clé et que les ions «rapides» ou plus énergétiques au cœur du plasma – ce que l’on appelle l’amélioration régulée par les ions rapides (FIRE) – font partie intégrante de la stabilité. Mais l’équipe ne comprend pas encore complètement les mécanismes impliqués.

La réaction a été arrêtée après 30 secondes uniquement en raison de limitations matérielles, et des périodes plus longues devraient être possibles à l’avenir. KSTAR a maintenant fermé ses portes pour des mises à niveau, les composants en carbone sur la paroi du réacteur étant remplacés par du tungstène, ce qui, selon Na, améliorera la reproductibilité des expériences.

Lee Margetts à l’Université de Manchester, au Royaume-Uni, affirme que la physique des réacteurs à fusion est de mieux en mieux comprise, mais qu’il y a des obstacles techniques à surmonter avant qu’une centrale électrique en état de marche puisse être construite. Une partie de cela consistera à développer des méthodes pour extraire la chaleur du réacteur et l’utiliser pour générer du courant électrique.

« Ce n’est pas de la physique, c’est de l’ingénierie », dit-il. “Si vous pensez à cela du point de vue d’une centrale électrique au gaz ou au charbon, si vous n’aviez rien pour évacuer la chaleur, alors les gens qui l’exploitaient diraient ‘nous devons changer éteignez-le parce qu’il fait trop chaud et que cela fera fondre la centrale électrique », et c’est exactement la situation ici.

Brian Appelbé à l’Imperial College de Londres convient que les défis scientifiques laissés à la recherche sur la fusion devraient être réalisables et que FIRE est un pas en avant, mais que la commercialisation sera difficile.

“L’approche de la fusion par confinement magnétique a une assez longue histoire d’évolution pour résoudre le prochain problème auquel elle se heurte”, dit-il. “Mais ce qui me rend un peu nerveux, ou incertain, ce sont les défis techniques liés à la construction d’une centrale électrique économique basée sur cela.”

Référence de la revue : La nature, DOI : 10.1038/s41586-022-05008-1

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