Plus efficace que l'hydrogène : l'élément chimique que nous avions ignoré pour produire l'énergie de fusion

De nouvelles recherches suggèrent que le lithium liquide pourrait surpasser l'hydrogène dans la production d'énergie de fusion : cet élément, appliqué aux tokamaks, pourrait améliorer l'efficacité et réduire les coûts des futures centrales à fusion

De nouvelles recherches suggèrent qu'un élément chimique pourrait surpasser l'hydrogène et produire plus d'énergie : le lithium liquide. Cet élément pourrait être crucial pour l’énergie de fusion. Des expériences récentes ont révélé que l’utilisation de la fusion comme source d’énergie pourrait devenir plus facile si du lithium liquide était appliqué sur les parois internes du dispositif contenant le plasma de fusion. Le plasma, quatrième état de la matière, est un gaz chaud composé de particules chargées électriquement.

Les scientifiques de Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) travaillent sur des solutions pour exploiter efficacement la capacité de la fusion à constituer une alternative plus propre aux combustibles fossiles. Ils utilisent souvent des appareils appelés tokamakqui confinent le plasma grâce à des champs magnétiques, comme l'explique Denis Boylephysicien chercheur au PPPL :

Le but de ces dispositifs est de confiner l'énergie. Si un bien meilleur confinement énergétique était obtenu, des machines plus petites et moins coûteuses pourraient être fabriquées. Cela rendrait tout beaucoup plus pratique et pratique, incitant les gouvernements et les industries à investir davantage dans cette technologie.

Ces résultats ont été présentés lors d'une réunion de la Division de physique des plasmas de l'American Physical Society et font partie de l'expérience Lithium Beta Tokamak (LTX-beta). La recherche a également été publiée dans la revue Nuclear Materials and Energy.

Une percée dans la fusion énergétique

Des découvertes récentes ont montré qu'une couche de lithium liquide appliquée à l'intérieur de la paroi du tokamak aidait le plasma à rester chaud sur les bords. Le maintien d’un côté chaleureux est essentiel à cette approche unique. Les scientifiques espèrent qu’un jour cela contribuera à la conception d’une centrale à fusion. Ce matériau, considéré par certains mieux que l'hydrogène, a déjà été étudié dans d'autres recherches avec LTX-beta. L'analyse des coques solides en lithium a montré que le plasma pouvait être amélioré. Les chercheurs ont été heureux d’obtenir des résultats similaires avec le lithium liquide, car il est plus adapté à une utilisation dans un tokamak à grande échelle.

Le lithium liquide pourrait réduire le besoin de réparations, car il agit comme un bouclier pour les parois internes de l'appareil, qui sont exposées à la chaleur du plasma. Ce matériau absorbait environ 40 % des ions hydrogène provenant du plasma. Les données ont montré que moins de particules étaient recyclées dans le plasma sous forme de gaz neutre relativement froid.

Lorsque les experts parlent d’un environnement à faible recyclage, ils veulent simplement dire ceci : de nombreux ions hydrogène expulsés du plasma ne sont pas recyclés. Cela signifie que le bord du plasma se refroidirait. En fin de compte, cet environnement à faible recyclage rapproche la température au bord du plasma de celle au centre. Cette homogénéité de température permet au plasma de mieux stocker la chaleur, réduisant ainsi les instabilités.

Le lithium liquide a également permis d'augmenter la densité du plasma lorsqu'un faisceau de particules neutres à haute énergie a été injecté pour chauffer et alimenter le plasma. En revanche, le lithium solide n’a montré qu’une légère augmentation de densité. Lorsqu’un faisceau neutre était utilisé, les ions hydrogène ajoutés chassaient les ions hydrogène déjà présents dans le plasma dans un processus appelé échange de charge. Les chercheurs pensent que la principale différence réside dans le fait qu’une petite quantité de lithium évaporée des parois liquides du réacteur est entrée dans le plasma. Cette impureté de lithium dans le plasma a transformé la dynamique de l'échange de charge, permettant au plasma de retenir les ions hydrogène ajoutés du faisceau neutre sans éliminer les ions hydrogène supplémentaires, augmentant ainsi la densité globale du plasma.

Source: PPPL