Kyoto Fusioneering et NGK Corporation collaborent pour développer le sel fondu FLiBe destiné à la production d'énergie par fusion

fr.wedoany.com Rapport : La société japonaise Kyoto Fusioneering et NGK Corporation, fabricant de céramiques industrielles et de métaux, s'associent pour développer et commercialiser le sel fondu FLiBe destiné aux centrales à fusion. Le FLiBe, un sel fondu composé de fluorure de lithium et de fluorure de béryllium, est utilisé à la fois pour le refroidissement, la production de combustible tritium et le blindage des structures, avec une température de fonctionnement comprise entre 500 °C et 700 °C.

Pour concrétiser commercialement l'énergie de fusion, il est nécessaire de résoudre des problèmes tels que l'extraction de la chaleur du plasma, la production et la récupération du combustible tritium, ainsi que la conception de systèmes de circulation reliant l'ensemble de la centrale. En tant que matériau de couverture liquide, le FLiBe circule à travers les parois internes du réacteur à fusion pour absorber l'énergie, produire du combustible et protéger les structures. Fonctionnant à l'état liquide fondu, il évite les contraintes structurelles et les risques de fissuration thermique associés aux couvertures solides. Lors de la réaction de fusion, 80 % de l'énergie libérée par la réaction entre le deutérium et le tritium se présente sous forme de neutrons à haute énergie de 14,1 MeV. Lorsque ces neutrons traversent la couverture liquide de FLiBe, ils entrent en collision avec les atomes de lithium et de béryllium, ralentissant et convertissant leur énergie cinétique en chaleur. Le sel fondu ainsi chauffé est pompé vers un échangeur de chaleur pour entraîner une turbine et produire de l'électricité. Le FLiBe produit son propre combustible tritium par une réaction nucléaire où les neutrons frappent les atomes de lithium dans le sel. Une seule réaction de fusion consomme un atome de tritium et libère un neutron. Comme certains neutrons sont absorbés par les parois structurelles ou s'échappent, un multiplicateur de neutrons est nécessaire pour garantir un rapport de production de tritium (TBR) supérieur à 1,0. Le béryllium dans le FLiBe agit comme multiplicateur : lorsqu'un neutron rapide frappe un noyau de béryllium, il libère deux neutrons, doublant ainsi le nombre de neutrons disponibles. Le FLiBe ne bout ni ne se vaporise facilement à haute température, ce qui empêche l'accumulation de haute pression et réduit le risque d'explosion des canalisations. Il ne réagit pas violemment avec l'air ou l'eau, réduisant ainsi les risques d'incendie en cas de fuite. En tant que liquide, le FLiBe ne subit pas de dommages structurels par radiation, tels que le gonflement ou la fragilisation. Cependant, le FLiBe présente également des défis : sous bombardement neutronique, les atomes de fluor dans le sel forment de l'acide fluorhydrique (HF) hautement corrosif, nécessitant un système de contrôle du potentiel d'oxydoréduction pour atténuer ce phénomène ; le FLiBe se solidifie à environ 459 °C, ce qui oblige le système du réacteur à maintenir constamment une température élevée pour éviter le gel et le blocage du circuit ; le béryllium, sous forme de poussière, est extrêmement toxique par inhalation humaine, nécessitant des protocoles d'étanchéité stricts lors de la fabrication et de la manipulation.

Cette collaboration combine l'expertise de NGK Corporation en matière de traitement du béryllium, de contrôle qualité, de raffinage et d'analyse, accumulée depuis 1958, avec l'expertise de Kyoto Fusioneering dans le domaine de l'ingénierie des centrales à fusion, y compris les systèmes de chauffage du plasma, la conception des systèmes d'usine, l'analyse thermohydraulique, ainsi que les systèmes de production et de récupération du tritium. Les deux parties feront progresser les technologies liées au FLiBe pour les applications des centrales à fusion, en visant la commercialisation et le développement de la chaîne d'approvisionnement, depuis la fabrication et le raffinage des matériaux jusqu'à l'application pratique des équipements et les systèmes de circulation selon les spécifications des clients. Kyoto Fusioneering dirigera la conception technique (y compris l'ingénierie, les achats et la construction) des installations de production et de raffinage du FLiBe, qui seront situées dans les installations de béryllium de NGK ; NGK apportera son expertise en matière de sécurité et de traitement du béryllium, et sera responsable de l'approvisionnement en matières premières et de l'exploitation des installations. Kyoto Fusioneering utilisera ses contacts avec la communauté de recherche sur la fusion et sa compréhension des besoins de l'industrie de la fusion pour guider le développement d'un FLiBe à faible activation et faible corrosion adapté au fonctionnement à long terme des centrales à fusion, et évaluera le FLiBe de qualité fusion produit à l'aide de son circuit japonais avancé de recherche sur le FLiBe (FREJA), une plateforme de test à l'échelle du laboratoire pour vérifier et certifier que le FLiBe fabriqué répond aux normes nucléaires et structurelles.

Takeshi Otsu, vice-président de NGK Corporation et responsable du développement commercial NV, a déclaré que, conformément au « Plan de gestion à long terme 2026-2035 », NGK positionne 2035 comme le point médian vers la « Vision du groupe NGK : La route vers 2050 », s'engageant dans la recherche, le développement et l'application sociale dans le domaine de la neutralité carbone. Cette collaboration stratégique constitue une étape importante dans cette direction. Il a ajouté qu'en appliquant l'expertise de NGK en matière de gestion de la sécurité et de traitement du béryllium, ainsi que les technologies liées au FLiBe, ils relèvent le défi de créer une nouvelle valeur technologique soutenant la réalisation pratique de l'énergie de fusion dans le domaine de la neutralité carbone, et continueront à faire progresser le développement technologique pour parvenir à l'application sociale des technologies liées au FLiBe. Kiyoshi Seko, président et directeur de l'exploitation de Kyoto Fusioneering, a déclaré que l'entreprise s'engage à établir les technologies de base nécessaires pour mettre en pratique l'énergie de fusion dès que possible. Le FLiBe est un matériau clé, doté de multiples fonctions telles que la production, le refroidissement et la récupération du tritium. En raison de la présence de béryllium, une manipulation sûre nécessite des technologies avancées de gestion de la sécurité et de raffinage. En combinant l'expertise de NGK en matière de traitement du béryllium avec le savoir-faire d'intégration de systèmes de Kyoto Fusioneering, ils visent à accélérer la base industrielle des technologies liées au FLiBe, marquant une étape importante vers l'application sociale de l'énergie de fusion.