Proton

Des physiciens aux États-Unis et au Japon ont observé pour la première fois la fusion nucléaire entre des protons et des atomes de bore-11 dans un plasma confiné magnétiquement. Ils affirment que le résultat démontre le potentiel de la fusion proton-bore en tant que source d’énergie abondante et économique. Mais d’autres préviennent que les bases scientifiques d’une telle source d’énergie restent largement non prouvées et que d’énormes obstacles techniques font obstacle à la mise en place de centrales électriques commerciales.

Toutes les formes de fusion promettent une énergie de base presque illimitée et propre, sans les problèmes de fusion possible et de déchets à vie longue qui empoisonnent la fission. Mais la fusion proton-bore (p11B) apporte quelques vertus supplémentaires par rapport aux réactions plus courantes impliquant les isotopes de l’hydrogène, le deutérium et le tritium.

Le bore peut être facilement extrait alors que le tritium est rare sur Terre et difficile à produire artificiellement. Les réactions proton-bore produisent également trois atomes d’hélium (particules alpha) – dont l’énergie pourrait en principe être directement convertie en électricité – sans générer de neutrons, réduisant ainsi considérablement la contamination radioactive des composants du réacteur.

Cependant, ces avantages ont un prix. La fusion deutérium-tritium elle-même nécessite des températures énormes pour surmonter la répulsion mutuelle des noyaux – environ 100 millions de kelvins. Mais les réactions proton-bore nécessitent encore des conditions bien plus extrêmes – environ 1,5 milliard de kelvins.

Comme l'expliquent les auteurs de la dernière recherche dans un article publié dans Nature Communications, plus la température d'un plasma est élevée, plus l'énergie rayonnée est généralement importante sous forme de rayonnement synchrotron et de rayonnement de bremsstrahlung. Ceci, soulignent-ils, rend plus difficile la génération de plus d'énergie par des réactions de fusion que ce qui est nécessaire pour alimenter un réacteur – un problème majeur lorsqu'une centrale commerciale est susceptible d'avoir besoin d'un gain d'énergie d'au moins 50 pour surmonter les inefficacités de la production d'électricité. processus.

Les nouveaux travaux ont été réalisés par Richard Magee et ses collègues de la société californienne de fusion TAE Technologies, en collaboration avec des scientifiques de l'Institut national des sciences de la fusion à Toki, au Japon. Les chercheurs ont mené leurs expériences sur le Large Helical Device (LHD) de l'institut, un stellarateur doté du combustible de fusion nécessaire déjà en place : les protons sont tirés sous forme de faisceaux neutres à haute énergie tandis que de la poudre de bore est injectée dans le plasma pour aider à réduire les impuretés.

TAE a fourni le détecteur, qui reposait sur un semi-conducteur en silicium partiellement appauvri générant un courant lorsqu'il était frappé par des particules alpha. Il a été conçu pour éviter d'enregistrer par erreur les signaux des rayons X et d'autres rayonnements plasmatiques en étant orienté à l'opposé du plasma central et en dirigeant les particules alpha chargées vers lui par le grand champ magnétique du LHD.

Les chercheurs ont réalisé plusieurs dizaines de tirs expérimentaux en février de l'année dernière. Ils ont observé les réactions de fusion en comparant le signal de leur détecteur avant et après l'allumage des faisceaux neutres ainsi qu'en réalisant quelques tirs sans poudre de bore. Ce n’est que lorsqu’ils disposèrent à la fois de faisceaux neutres et de poudre de bore qu’ils obtinrent une augmentation de puissance – dont la valeur exacte leur indiquait qu’ils produisaient environ 1 012 réactions de fusion par seconde, ce qui concordait avec les simulations informatiques.

Ce n’est pas la première démonstration de fusion proton-bore : les scientifiques l’ont déjà observée à l’aide d’accélérateurs de particules et de lasers puissants. Mais la collaboration américano-japonaise soutient qu’il est important d’étudier la réaction là où elle serait finalement exploitée – à l’intérieur d’un plasma thermonucléaire confiné magnétiquement. Les chercheurs reconnaissent qu'il reste encore beaucoup à faire, mais sont convaincus que TAE permettra de réaliser un gain d'énergie dans l'un de ses appareils.

En effet, TAE prétend être sur la bonne voie vers l’énergie de fusion commerciale. La société a construit une série de réacteurs de plus en plus sophistiqués pour explorer la fusion à configuration inversée, qui consiste à tirer des impulsions de plasma dans une chambre et à les maintenir en place magnétiquement en les faisant tourner. Jusqu’à présent, aucun des appareils n’a démontré la fusion proton-bore – son réacteur « normand » actuel utilisant un plasma d’hydrogène – mais la société affirme avoir l’intention d’envoyer de l’électricité au réseau à partir d’une centrale électrique pilote proton-bore d’ici le début des années 2030.