Des chercheurs du Laboratoire national de Los Alamos (LANL) explorent une approche innovante pour atténuer un défi critique dans le développement de l’énergie de fusion : les effets néfastes des électrons fugitifs. Ce phénomène survient en raison des instabilités du plasma au sein des réacteurs de fusion.
Le fonctionnement des réacteurs de fusion
« Les réacteurs de fusion fonctionnent en extrayant d’énormes quantités d’énergie de la fusion de noyaux atomiques légers en un noyau plus lourd », explique le LANL dans un communiqué de presse. Pour ce faire, les scientifiques doivent créer un plasma surchauffé, un état de la matière où les électrons sont arrachés aux atomes, atteignant des températures supérieures à 150 millions de degrés Celsius.
Cependant, l’instabilité s’épanouit dans des conditions extrêmes. Le plasma est extrêmement désordonné et essaie souvent de s’échapper du réacteur. « Un sous-produit sévère de cette instabilité est constitué par les électrons fugitifs », a souligné le communiqué.
Le ‘shotgun en tungstène’
Ces électrons, accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière, peuvent échapper aux champs magnétiques conçus pour les contenir et entrer en collision avec les parois du réacteur. Ces collisions peuvent causer des dommages importants, entraînant des réparations coûteuses et un temps d’arrêt opérationnel.
« Il ne s’agit pas de dommages progressifs. Lors d’un seul événement, le faisceau peut percer un mur en tungstène solide, endommageant le mécanisme de refroidissement sous-jacent », a déclaré Michael Lively, expert en fusion à Los Alamos, qui a proposé une solution à ce problème. Lively suggère la mise en œuvre d’un « shotgun en tungstène ».
« Le shotgun de Lively injecterait dans le réacteur un spray de particules de tungstène d’un millimètre de large pour intercepter les électrons fugitifs », a expliqué le LANL. Notamment, le tungstène, choisi pour sa résistance exceptionnelle et son point de fusion élevé, est déjà un élément clé dans la construction des parois des réacteurs.
Résultats prometteurs
Des simulations approfondies menées par Lively ont montré l’efficacité de l’approche du shotgun en tungstène. Les particules de tungstène injectées entrent en collision avec les électrons fugitifs, absorbant leur énergie et les déviant de leurs trajectoires destructrices. Les résultats indiquent que le faisceau d’électrons fugitifs est neutralisé presque instantanément au contact des particules de tungstène.
« Le tungstène absorbe 8 % des électrons fugitifs, tandis que les 92 % restants sont rebondis ou dispersés hors de leur orbite, échappant ainsi au risque d’endommager le réacteur », a affirmé le LANL. De plus, les simulations révèlent que les particules de tungstène restent dans le réacteur beaucoup plus longtemps que les électrons fugitifs.
« Lively a constaté que les électrons fugitifs ont tendance à orbiter le réacteur pendant seulement 130 nanosecondes, tandis que les particules de tungstène ont une durée de vie de 100 000 nanosecondes », a ajouté le communiqué.
Protection des réacteurs de fusion
La prochaine phase de cette recherche implique le test de la méthode d’injection de particules de tungstène dans des réacteurs de fusion expérimentaux. Si ces tests confirment les résultats des simulations, cette technologie pourrait être intégrée dans les futurs designs de réacteurs de fusion, ouvrant la voie à un avenir énergétique plus propre et durable.
« Nous devrions être capables de protéger les réacteurs de fusion nucléaire contre la perte de contrôle du plasma sans dommages aux composants ni temps d’arrêt pour des réparations coûteuses. Et nous pouvons le faire avec peu ou pas d’impact économique », a conclu Lively.
