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La quête d’une source d’énergie propre et presque inépuisable a longtemps été un rêve pour l’humanité. Aujourd’hui, ce rêve se rapproche de la réalité grâce à des percées révolutionnaires dans le domaine de la fusion nucléaire. Des chercheurs du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) ont conçu un réacteur innovant qui pourrait révolutionner la production d’énergie de fusion, rendant les réacteurs de fusion plus petits et économiques.

La fusion nucléaire

La fusion nucléaire, le processus qui alimente les étoiles comme le Soleil, est un phénomène où deux noyaux atomiques légers se combinent pour former un noyau plus lourd, libérant une quantité extraordinaire d’énergie. Cette technique est vue comme une alternative plus sûre et plus propre à la fission nucléaire utilisée actuellement pour la production d’énergie. 

Contrairement à la fission, la fusion ne génère pas de déchets radioactifs dangereux et génère trois à quatre fois plus d’énergie, sans émissions de dioxyde de carbone. En outre, la fusion est un processus extrêmement délicat qui, si les conditions adéquates ne sont pas maintenues, peut prendre fin en quelques secondes. 

Malgré son immense potentiel, la fusion nucléaire présente des défis techniques majeurs. Elle nécessite des conditions extrêmes, avec des températures six fois supérieures à celle du Soleil, pour permettre aux noyaux atomiques de se rapprocher suffisamment pour fusionner. Ce processus, qui produit un plasma de particules chargées (électrons et ions), doit être soigneusement contrôlé pour maintenir une réaction continue.

Innovations et progrès récents

Pour que la fusion se produise, il faut confiner le plasma dans un espace restreint. Il existe deux méthodes principales pour y parvenir : les lasers et le confinement magnétique. Les deux techniques visent à chauffer et à confiner les atomes dans un petit espace pour favoriser la fusion.

À ces températures, les atomes existent dans un état appelé plasma, qui est essentiellement une soupe d’ions chargés positivement et d’électrons chargés négativement qui ont été brisés par la température extraordinairement élevée de leur environnement. Il est donc nécessaire de confiner ce plasma.

Les chercheurs du PPPL, dans leur étude pour le département américain de l’Énergie, se sont concentrés sur l’utilisation d’un tokamak, un appareil en forme de beignet qui utilise des champs magnétiques puissants pour confiner le plasma. Dennis Boyle, physicien au PPPL, souligne que ces dispositifs destinés à contenir l’énergie pourraient réduire la taille et le coût des machines.

Le lithium liquide

Dans les tokamaks, le plasma se refroidit souvent vers ses bords, ce qui gaspille de l’énergie et réduit l’efficacité de la réaction dans son ensemble. Le PPPL a découvert qu’il était possible de recouvrir les parois du réacteur de lithium liquide afin de maintenir les bords du plasma chauds.

Selon Richard Majeski, directeur principal de la recherche en physique au PPPL, les résultats sont extrêmement encourageants. Le lithium liquide crée non seulement une paroi capable de supporter le contact avec un plasma de deux millions de degrés, mais il améliore également les performances du plasma. Ce revêtement absorbe les ions hydrogène qui s’échappent, réduisant ainsi la perte d’énergie thermique. Environ 40 % des ions hydrogène qui s’échappent sont absorbés par le lithium.

Bien que prometteurs, ces travaux soulèvent des défis, notamment la difficulté et le coût d’utilisation du lithium liquide dans de grands réacteurs. Amanda Quadling, directrice de recherche à l’Autorité britannique de l’énergie atomique, reconnaît le potentiel de cette découverte, tout en soulignant les défis liés au travail avec le lithium. Des expériences à plus petite échelle sont donc nécessaires pour intégrer avec succès cette technologie dans les futures phases de développement des réacteurs tokamak.

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