Fusion d’inertie – Wikipedia

Stations de l’allumage d’une réaction de fusion:
1. Le rayonnement au laser ou aux rayons X chauffe la seule étoile de fusion de taille MM à la surface en tant que plasma.
2. Le carburant de fusion est comprimé par la pression d’implosion interne de la couche externe.
3. Le carburant atteint la forte densité et la température nécessaires à l’allumage.
4. Les processus de fusion de base ont lieu et les neutrons résultants et les noyaux atomiques d’hélium libèrent un multiple de l’énergie utilisée.
Remarque: les flèches bleues représentent les processus de rayonnement vers l’intérieur, orange pour externes orientés vers l’extérieur; Violet représente l’énergie thermique (onde de choc), qui est utilisée pour la compression

Quand Fusion d’inertie Si les procédures de la fusion nucléaire sont mentionnées, qui créent des conditions appropriées pour les réactions thermonucléaires pendant très peu de temps, principalement la fusion du deutérium et du tritium. Le principe est utilisé dans la bombe à hydrogène, mais est également examiné comme une alternative à la fusion en utilisant l’inclusion magnétique comme source d’énergie civile possible. Malgré un effort de recherche expérimental très élevé (2020), le succès obtenu a jusqu’à présent été derrière les attentes.

Contrairement à l’inclusion magnétique du plasma de fusion (voir réacteur nucléaire de fusion), le principalement développé principalement pour les applications militaires Inertie Le critère de Lawson remplit en ce que le carburant est extrêmement compacté dans une étoile de fusion sphérique de la taille d’un millimètre à travers une alimentation énergétique très rapide et superficielle et chauffée jusqu’à la température requise d’environ 100 millions de degrés.

Une compression de densité de plusieurs milliers est une condition préalable aux noyaux atomiques à hélium riche en énergie générés pendant la fusion relâche leur énergie dans le carburant à travers des bosses. C’est le seul moyen de faire une grande partie du carburant “brûle” par la fusion nucléaire. Le temps d’inclusion nécessaire n’est alors que des nanosecondes. Pendant ce court laps de temps, le plasma lui-même est suffisant pour le maintenir ensemble; D’où le terme fusion d’inertie. La fusion d’inertie est donc également appelée miniaturisation de la bombe à hydrogène.

Applications militaires [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Historiquement, l’intérêt pour la fusion inertielle a été créé en remplacement de l’interdiction de l’interdiction des tests d’armes nucléaires hors sol pour le développement ultérieur des armes nucléaires dans le contrat d’essais nucléaires à partir de 1963. Un avantage de la fusion inertielle en tant que miniaturisation de la bombe hydrogène a également été observée dans la très petite quantité (milligram) de carburant dans une réaction bien accidentelle.

Les travaux sur la fusion d’inertie ont augmenté de manière significative en importance après que de puissants lasers en verre néodyme étaient également disponibles depuis le début des années 1970. ^[d’abord] Pour la première fois, les considérations de la fusion d’inertie avec des lasers et une éventuelle production d’énergie dans un article de la nature de John Nucks et collègues ont été présentées publiquement en 1972. ^[2] À la fin des années 1970, le Lawrence Livermore National Laboratory aux États-Unis est devenu la principale installation mondiale de cette région avec le laser Shiva et dans les années 1980, le laser Nova beaucoup plus puissant. Le vaste programme informatique LASNEX, qui a pu modéliser en grande partie les processus physiques et a déjà servi de base à la conception et à l’évaluation des expériences de NOVA, était décisive pour ce développement.

Nova n’a pas été en mesure d’atteindre l’objectif de l’allumage d’une fusion étoilée, mais a fourni une base scientifique large pour l’approbation de la construction du système NIF beaucoup plus grand (installation nationale d’allumage) au Lawrence Livermore National Laboratory à partir de 1997. ^[3] Le financement initialement estimé du NIF à 1,2 milliard de dollars dans le cadre du soi-disant programme de «stockage de stocks de stocks» pour la préservation de la capacité des armes nucléaires sans essais nucléaires à la fin était de 3,5 milliards de dollars US $.

L’installation de test française LMJ (laser Mégajoule), qui est également dédiée aux objectifs militaires, est comparable à Nifar, dont la construction a commencé en 2004 près de Bordeaux et qui doit atteindre une performance complète en 2025.

Recherche civile [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Les efforts d’urgence pour rechercher la fusion inertielle pour la production d’énergie civile ont été considérablement restreints au début du fait que leur utilisation militaire aux États-Unis et dans d’autres pays ayant des programmes d’armes nucléaires (y compris la Grande-Bretagne, la France) se tenait à la manière d’une recherche et d’une utilisation civiles ouvertes. L’abolition progressive d’une grande partie de la confidentialité militaire aux États-Unis, le début des années 1990, a par la suite contribué non pas à la recherche de ce concept. ^[4] Le NIF est resté principalement destiné aux applications militaires, mais a également poursuivi l’objectif de contribuer au développement de la recherche astrophysique et les bases d’une source d’énergie durable. ^[5] La «sociologie des laboratoires d’armes» a également été citée comme un motif secondaire pour les investissements élevés dans ces systèmes, car ils ont besoin de nouveaux projets après avoir repoussé l’armement nucléaire pour attirer les jeunes scientifiques. ^[6]

Des systèmes plus grands qui servent exclusivement pour la recherche civile de base et la production d’énergie au moyen de fusion d’inertie ont été utilisés avec les systèmes laser oméga depuis les années 1990 ^[7] à l’Université de Rochester, États-Unis ^[8] à Osaka, au Japon. Gekko est également le plus grand système de fusion d’inertie dans un pays sans sa propre recherche en énergie militaire.

De plus, de nombreux systèmes moyens et petits ont été créés dans le monde ^[9] a également été examiné en ce qui concerne la fusion d’inertie et est toujours examiné aujourd’hui (2021), par exemple en Allemagne avec le laser Phelix sur le GSI.

Avec des rayons de lumière ou de particules riches en énergie, suffisamment finement finement, une petite quantité de carburant de fusion peut être chauffée très rapidement dans un récipient de réacteur. Une distinction est faite entre deux procédures, qui disque indirect et le entraînement direct . ^[dix] Un développement supplémentaire est que allumage rapide La méthode -s et la “fusion de jet” dirigée par le laser.

Disque indirect [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Au disque indirect L’énergie laser – au moins deux rayons des directions opposées, dans la plupart des concepts, obtient deux paquets de nombreux rayons – à travers de petites ouvertures dans la cible, un corps creux de quelques millimètres. À l’intérieur se trouve l’étoile de fusion réelle, une petite boule faite de quelques milligrammes de carburant de fusion sous une forme solide, comme le mélange de Deuterium tritium congelé. Les rayons ont frappé la paroi intérieure de la cible et se réchauffent de sorte que le plasma résultant dans la zone de rayons x brille thermiquement. Les radiations sont chauffées uniformément, y compris celle de l’étoile de fusion, voir le rayonnement de la cavité. Le plasma volant de la surface signifie que le reste du carburant est pressé de manière concentrique. Au centre de l’onde de choc sphérique qui se produit, la température est suffisante pour la réaction de fusion.

Entraînement direct [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Alternativement, le entraînement direct La boule de carburant enveloppée de verre mince ou de métal directement comprimé à l’aide des rayons servant de conducteur. Cette méthode nécessite une précision accrue car l’instabilité de Rayleigh-Taylor augmenterait tout écart par rapport à la symétrie exacte de la balle et empêcherait ainsi la compression nécessaire. ^[11] Cependant, il a l’avantage que la transmission d’énergie à l’étoile de fusion laser est beaucoup plus efficace que dans le disque indirect Procédure.

Allumage rapide [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Une autre procédure – développée à la fin des années 1990 au Lawrence Livermore National Laboratory – est le allumage rapide -Méthode qui peut être abattu séparément en compression et en allumage. Une impulsion laser supplémentaire très intensive et extrêmement courte est axée sur l’étoile de fusion précédemment comprimée, qui est censée la chauffer aussi centralement que possible jusqu’à l’allumage d’allumage. ^[douzième] Ce processus, qui était initialement lié à des attentes élevées, a été difficile en raison de la physique compliquée de pénétrer l’impulsion laser dans le carburant hautement comprimé. Cependant, il est toujours suivi – également expérimentalement. ^[13]

Une différence importante entre les expériences, chacune avec des “tirs” individuels – à NIF généralement 1 à 2 par jour – et un réacteur en permanence utile est que les cibles doivent être positionnées et allumées dans le réacteur dans un épisode rapide (plusieurs par seconde). De plus, un gain d’énergie net nécessite une efficacité suffisamment élevée des soi-disant «conducteurs», ce qui devrait fournir l’énergie de l’allumage des étoiles de fusion.

Jusqu’à présent, l’objectif de la recherche a été sur les preuves expérimentales de l’inflammation “unique” d’une étoile de fusion avec un gain d’énergie suffisant. Jusqu’aux années 1990, les études théoriques sur des moteurs appropriés pour l’énergie de bénéfice contenaient également des rayons ioniques au lieu des rayons laser en raison de l’efficacité moins chère et de la prise de vue plus élevée.

Le développement de lasers extrêmes à haute performance a également entraîné un nouvel intérêt pour la réaction de protons sans neutrons.

Systèmes de test pilotés au laser [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Le laser de performance haute plus ancienne au Lawrence Livermore National Laboratory

Voir à l’intérieur d’un amplificateur A315 (deuxième plus grand amplificateur, diamètre de jet libre 315 mm) du système Nova (USA) et du PHUS (France). L’amplificateur est utilisé comme principal amplificateur en Allemagne depuis 2003 en Allemagne pour le système laser à haute énergie Phelix

Installation nationale d’allumage (États-Unis) [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Le NIF (National Allmition Facility) est situé sur Laboratoire national de Lawrence Livermore Dans Livermore Californie. 192 lasers à haute performance ont été installés sur une superficie de 20 000 m², dont les rayons entrent en collision dans une chambre de réaction sphérique de 10 mètres de diamètre. Au milieu de la chambre, le quelques millimètres de haut est attaché. L’installation a commencé une pleine opération en 2009. En octobre 2010, un tir complet a été couplé à une cible contenant de la cible. ^[14] En juillet 2012, une principale performance de la pouls laser de 500 Terawatt avec une énergie de 1,85 mégajoule a été réalisée, un record du monde pour le laser à haute performance. ^[15]

En octobre 2013, il a annoncé Laboratoire national de Lawrence Livermore Par un communiqué de presse, un “Breakeven scientifique” comme une percée scientifique. Le laboratoire a défini comme un critère que plus d’énergie – à savoir 14 kilo joules – a été générée par la fusion centrale par rapport aux joules de 10 kilo, qui ont été transférées dans la partie la plus chaude du carburant par le laser, qui a fourni les réactions de fusion. ^[16] Cette définition a été contredite par les critiques qui ont cité le critère de comparaison précédemment commun avec l’énergie laser significativement plus grande (1,8 mégajoules), selon laquelle le résultat était plus d’un facteur de 100 à partir d’un “eaux d’enceinte scientifique”. ^[17] En août 2021, le LLNL a rendu compte de la génération d’au moins 1,35 mJ d’énergie de fusion après l’utilisation de 1,9 mJ d’énergie laser, et est désormais proche de l’objectif de “Scientific Breakeven”. ^[18]

Le programme Life (Laser Fusion Energy Program), qui a commencé en 2008 et a commencé en 2008 ^[19] suis Laboratoire national de Lawrence Livermore n’a pas été étendu au-delà de 2013. Cela a également été attribué à la politique d’information controversée du laboratoire, qui avait déjà promis un réacteur de démonstration de 400 mégawatts en 2011 au milieu des années 2020. ^[20]

Le DOE a décrit les plans de développement ultérieur dans le sens de l’allumage en 2016 – malgré les doutes existants pour le NIF. ^[21] En 2018, par le développement ultérieur de la symétrie dans la compression de l’étoile de fusion, le gain de fusion a été porté à 54 kilojoules. ^[22]

En décembre 2022, il a été signalé que les fusions de base de l’Institut avaient abouti à environ 150% de l’énergie fournie directement via le laser (3,15 MJ de sortie / 2,05 MJ). ^[23] Cependant, si l’utilisation indirecte de l’énergie est prise en compte par les lasers utilisés, il représente environ un pour cent (3,15 MJ de sortie / 322 MJ d’entrée). En conséquence, la procédure de l’expérience ne convient pas à la production d’électricité. ^[24]

LMJ (France) [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Le LMJ français est développé près de Bordeaux depuis 1994 et est construit depuis 2004. L’objectif était d’utiliser l’énergie laser de 1,8 mégajoule dans 176 rayons individuels et une technologie similaire à NIF disque indirect -Periments de la nature militaire, mais aussi aux questions fondamentales. Jusqu’en 2014, le premier Guide de faisceau, le Lil (laser ligne d’intégration), a été testé, la technologie utilisée et offerte pour des expériences. À partir de 2014, la société actuelle a commencé avec une réalisation progressive des guides de rayonnement. Avec le projet Petal (Laser Petawatt Aquitain), un signe de l’ouverture pour la recherche astrophysique non militaire (académique) a également été utilisé, dans lequel un laser Petawatt devait être utilisé. ^[25] Le transporteur de projet est le CEA (commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives), la France Automic Energy Authority, qui est également responsable de la recherche militaire. Contrairement à NIF, aucune information n’est accessible sur les progrès vers la fusion d’inertie (à partir de 2021).

Hyper (moi) [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Le laserusionsanlage hyper ^[26] (Facilité de recherche sur l’énergie laser à haute puissance) devrait être le système de fusion européen allumage rapide La technologie s’applique et démontre la faisabilité de la fusion laser comme source d’énergie. La phase de préparation (2008-2013) ^[27] Au British Rutherford Appelton Laboratory, il n’a pas été converti en phase de développement et de construction ultérieure prévue, qui peut également être conclue de l’inactivité du site Web de Hiper depuis 2014.

Études actuelles [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Études expérimentales et théoriques allumage rapide a toujours lieu à l’installation d’Omega à Rochester et dans le projet Firex à l’Université d’Osaka, mais aussi au NIF. ^[28]

Conducteur du faisceau d’ions [ Modifier | Modifier le texte source ]]

À des fins de centrale électrique, c’est-à-dire une production d’énergie nette, les lasers à flash solide pompés avec des lampes flash, qui étaient toujours utilisées à NIF et LMJ, étaient inadaptées aux années 1990 en raison d’une efficacité trop faible et seulement d’une séquence de tir faible, de sorte que l’intérêt s’est également tourné vers les conducteurs de faisceau d’ions comme alternative. Le développement technique qui a commencé dans les années 1990 dans les années 1990 et en même temps réduction des prix dans les lasers à tueaux de diodes a été opposé.

Rays d’ions lourds [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Ceux-ci se caractérisent par le fait que même avec une énergie plus élevée, ils ont une portée suffisamment courte en matière dense afin d’émettre leur énergie à l’étoile de fusion. De plus, une technique sophistiquée d’accélérateurs de la physique du noyau et de l’énergie élevée est disponible pour les rayons ioniques lourds, ce qui permet un niveau d’efficacité élevé et également une fréquence populaire de tir favorable. À la fin des années 1990, la procédure dans diverses études théoriques aux États-Unis et en Europe a été examinée. ^[29] Parmi eux, il est également tombé dans l’étude HIDIF par un groupe d’étude européen dirigé par le CERN et le GSI de 1995 à 1998. ^[30] L’étude a montré que la production d’énergie avec des rayons ioniques lourds basés sur les effets réellement optimisés pour l’allumage avec les lasers disque indirect nécessiterait une technologie à forte accélérateur qui, – au moins sur cette base, a rendu une opération économique improbable.

Verrouille les rayons [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Les rayons des verrous peuvent également être pulsés extrêmement courts (par exemple, les ions lithium) et ont des arguments différents dans la technologie physique et accélérateur. Ils ont été examinés plus en détail dans les années 1970 et 1980, y compris l’étude internationale de la Balance. ^{[trente et un]}

La détection encore exceptionnelle de “l’allumage” d’une étoile de fusion a en conséquence, aucune autre étude du côté conducteur pour les rayons ioniques.

Fusion de protons au laser [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Le développement de lasers à haute performance pulsés les plus courts a conduit depuis les expériences de Belyaev et al. en 2005 pour un nouvel intérêt pour le p connu depuis longtemps ¹¹ B réaction (voir fusion nucléaire), les trois ⁴ Il a des carottes avec un gain d’énergie de 8,7 MEV et donc une énergie nucléaire «propre» sans la production de neutrons et sans tritium. ^[32]

La procédure diffère considérablement de la fusion “classique” de l’inertie avec compression de densité sphérique. Ce dernier est également appelé fusion “thermonucléaire”, dans lequel l’énergie relative nécessaire des partenaires de fusion est garantie par une température élevée du plasma de fusion. L’efficacité énergétique de cette méthode thermonucléaire dépend de manière décisive du fait que l’énergie des noyaux d’hélium générée dans la fusion peut être utilisée pour le maintien de température nécessaire du plasma de fusion, afin que le carburant puisse brûler dans une “vague de brûlure” de propagation le plus possible. Cela nécessite à son tour une compression de densité à haute densité en conséquence, ce qui provoque un freinage des grains d’hélium chargés électriquement dans le volume de carburant. Pour le p ¹¹ La réaction de B Dans le cadre de cette méthode thermonucléaire, les températures nécessaires seraient bien plus élevées que dans la réaction de deutérium-tritium et pratiquement non réalisées avec les moyens d’aujourd’hui.

La procédure alternative décrite ici contourne ce problème, qui est également appelé une “fusion de jet” pour différencier la fusion d’inertie thermonucléaire. Une impulsion laser très intensive de clients PICOSE (ou même plus courte) répond à une cible qui contient de l’hydrogène et du bore. Le champ laser accélère un faisceau de protons à court terme, de sorte qu’il atteint l’énergie relative optimale d’environ 0,6 MeV pour cette réaction de fusion, ce qui conduit aux réactions de fusion observées.

Ces expériences sont actuellement (2021) toujours traitées avec une «preuve de concept» scientifique. Études sur le laser PALS (Système laser Prague Asterix ^[33] ) dans lequel 130 milliards ⁴ Les particules ont été détectées, de sorte qu’environ 0,01% de l’énergie de 600 joules dans l’impulsion laser dans l’énergie cinétique ⁴ Il a été converti. ^[34]

L’hypothèse selon laquelle l’efficacité de conversion précédemment observée et extrêmement faible de l’énergie laser dans l’énergie de fusion peut être considérablement augmentée est la base de divers projets. Le physicien Heinrich Hora sur une base privée en 2017 a un projet HB11-Energy ^[35] a proposé qui devrait fournir de l’énergie dans une décennie. ^[36] Hora s’appuie sur le fait que l’efficacité de conversion peut théoriquement être considérablement augmentée par une sorte d’effet d’avalanche dans lequel l’énergie-riche ⁴ Les noyaux sur plusieurs bosses des noyaux d’hydrogène au repos initialement apportent à l’énergie d’environ 0,6 MEV recherché pour la réaction de fusion. La répétition continue de ce processus doit être déclenchée par une “avalanche de fusion”, ce qui devrait conduire à un réel gain d’énergie. ^[37] Hora voit également un avantage lié à l’énergie de l’utilisation de la réaction du bore de proton par rapport à celle avec le deutérium tritium dans le fait que l’énergie a généré entièrement dans le chargé électrique ⁴ Les noyaux sont, ce qui permet au moins l’occasion de les convertir directement en courant électrique.

Diverses start-ups voient aux États-Unis, également sur P ¹¹ B-base, votre chance de succès rapide dans la production illimitée et propre d’énergie nucléaire. ^[38] En Allemagne aussi, “Marvel Fusion” ^[39] La première start-up est efficace dans les médias qui souhaite mettre en œuvre des centrales de fusion sur cette base dans les années 2030. ^[40] Pour cela, la société travaille avec Siemens Energy, Trumpf et Thales. ^[41] Depuis juillet 2022, Marvel Fusion coopère également avec l’Université Ludwig Maximilians de Munich afin de rechercher conjointement la fusion laser dans son Centre de système laser pour les applications laser avancées (CALA). ^[42] L’État libre de Bavière soutient la coopération en investissant 2,5 millions d’euros dans le système laser. ^[42] L’approche n’est pas encore dépassée des simulations informatiques (en février 2023). Marvel Fusion commence le coût d’un réacteur de démonstration avec environ 1 milliard d’euros. ^[43]

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