Les ions se comportent étrangement dans les réactions de fusion nucléaire

Les Ions Se Comportent étrangement Dans Les Réactions De Fusion

Dans une étude récente, des atomes chargés, également connus sous le nom d’ions, se sont révélés se comporter étrangement lors de réactions de fusion nucléaire d’une manière à laquelle les scientifiques ne s’attendaient pas.

Selon un article publié dans la revue Nature Physics, des chercheurs du National Ignition Facility (NIF) du Lawrence Livermore National Laboratory ont découvert que lorsque les ions deutérium et tritium, qui sont des isotopes de l’hydrogène à un et deux neutrons, respectivement, sont chauffés à l’aide de lasers lors des expériences de fusion laser, il y a plus d’ions avec des énergies plus élevées que prévu lorsqu’une brûlure thermonucléaire commence.

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« Le procédé de fusion par confinement inertiel (ICF) comprime une petite capsule (rayon de 1 mm) remplie d’une couche de deutérium et de tritium congelés (isotopes de l’hydrogène) impliquant un volume de gaz de deutérium et de tritium d’un rayon d’environ 30 micromètres. Dans le processus, ces isotopes d’hydrogène s’ionisent et un plasma d’électrons, de noyaux de deutérium et de tritium [é o resultado]», a déclaré Edward Hartouni, physicien au NIF et co-auteur de l’article, à Newsweek.

« Ce plasma est si dense que les collisions de ces particules chargées (électrons et ions) se produisent très fréquemment », a déclaré Hartouni. « À basse température, les ions se propagent généralement de manière élastique, comme des boules de billard. Mais à mesure que la température du plasma augmente, ce qui se produit lorsqu’il est comprimé, certaines de ces collisions entraînent la fusion des ions. La fusion libère une énergie formidable.

« Parmi les trois types de fusion qui peuvent se produire, la fusion des ions deutérium et tritium se produit le plus fréquemment et libère la plus grande quantité d’énergie », a-t-il poursuivi. « Cette énergie est sous forme d’énergie cinétique que la fusion [produz]qui pour la fusion du deutérium et du tritium est une particule alpha (l’ion hélium) et un neutron », a déclaré Hartouni.

Essentiellement, les lasers chauffent l’hydrogène à des niveaux d’énergie énormes, les faisant entrer en collision et fusionner pour former des atomes d’hélium – c’est la réaction qui alimente le Soleil. Cette réaction libère également de grandes quantités d’énergie, ce qui chauffe davantage l’hydrogène.

Cette énergie supplémentaire peut éventuellement alimenter la réaction sans avoir besoin de lasers, devenant ce que l’on appelle un « plasma flamboyant ». Cet «éclairage» n’a été réalisé pour la première fois qu’en 2021, également par le FNI, dans une réalisation remarquable pour la branche.

L'allumage de la fusion nucléaire est illustré dans cette image qui montre un atome agissant dans un mouvement en spirale contrôlé.  L'idée est de reproduire la stabilité énergétique
Image : Ezume Images/

« Si les conditions sont réunies, ce processus ‘disparaît’ et nous avons la combustion thermonucléaire », a déclaré Hartouni. « L’objectif de la recherche est d’étudier les conditions qui conduisent à la combustion thermonucléaire contrôlée, qui peut être une technologie de production d’énergie. »

« L’objectif du National Ignition Facility est d’étudier ce processus et d’apprendre comment créer ces conditions. Le NIF est la première installation à réaliser régulièrement des conditions de tir au plasma et à permettre aux expériences d’être à la hauteur de nos attentes théoriques. Nous nous attendons à être surpris par ceux qui n’ont pas pu étudier expérimentalement les plasmas brûlants », a déclaré Hartouni.

Les chercheurs ont mesuré la température des ions combustibles deutérium et tritium en analysant la distribution des neutrons qui sont libérés au cours de ces réactions de fusion et ont découvert qu’il y a plus d’ions avec une énergie plus élevée dans les réactions où un plasma ardent est obtenu par rapport aux expériences précédentes sans combustion. de plasmas. Cela suggère, disent les auteurs, que les ions se comportent différemment dans le plasma brûlant.

« Nous ne connaissons pas la raison de cela pour le moment. Nous avons analysé les photos précédentes et avons constaté que nos photos les plus « réussies » s’écartaient davantage de nos attentes que les photos « échouées ». La mesure du succès est la taille du rendement de tir (mesuré en nombre de neutrons produits) par rapport au rendement calculé. Depuis le point de données le plus récent dans l’article, les tirs ultérieurs avec des rendements plus élevés, et donc une combustion thermonucléaire plus robuste, révèlent que cet écart par rapport au comportement maxwellien s’agrandit », a déclaré Hartouni.

Ces résultats sont surprenants et montrent l’importance du financement de la recherche dans un domaine en pleine expansion, a déclaré Stefano Atzeni, physicien à l’Université de Rome « La Sapienza » en Italie et auteur d’un article publié dans Nature Physics News and Views.

« Ce résultat n’a été possible que grâce à une instrumentation extrêmement sophistiquée (et volumineuse et coûteuse). La principale leçon tirée de ces mesures est que lorsqu’un nouveau «régime» est entré, la recherche fondamentale est nécessaire. Les attentes théoriques aident, mais elles doivent être confirmées », a-t-il déclaré à Newsweek.

« Ces résultats montrent clairement que nous ne pouvons pas tenir pour acquis nos modèles, développés pour des plasmas dans différentes conditions. Plus généralement, la leçon est que nous ne pouvons pas compter sur de grandes extrapolations des résultats passés.

Les résultats contribueront également à rendre les futures expériences de fusion plus précises.

Via Newsweek

Image en vedette : Yurchanka Siarhei/

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