fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs de l’Université de Californie à Davis (UC Davis) et du Laboratoire national Lawrence Berkeley (Lawrence Berkeley National Laboratory) ont découvert que les matériaux environnants peuvent augmenter considérablement la fréquence des réactions de fusion nucléaire à faible énergie, donnant naissance à un nouveau domaine de recherche appelé « fusion pilotée par les matériaux ».
L’équipe a indiqué dans un communiqué de presse que les chercheurs pourraient ne plus se contenter de concevoir des matériaux capables de résister aux conditions extrêmes de la fusion, mais pourraient également développer des matériaux favorisant les réactions dans des conditions spécifiques, à la manière des catalyseurs qui accélèrent les processus chimiques.
Pour tester l’influence du matériau hôte sur la fusion, l’équipe a encapsulé du deutérium (un isotope lourd de l’hydrogène) dans de fines feuilles métalliques en titane et en palladium. Ils ont utilisé deux techniques différentes pour charger le deutérium dans le métal, puis ont dirigé un faisceau d’ions deutérium directement sur les feuilles chargées dans une gamme d’énergies, mesurant la fréquence des réactions de fusion et la comparant à celle des réactions dans un espace ouvert sans métal environnant.
La théorie physique standard prédit que le taux de fusion chute brutalement lorsque l’énergie de collision est inférieure à 2,5 kiloélectronvolts (keV). Cependant, les mesures de l’équipe ont révélé un résultat inattendu : à des énergies plus faibles, le taux de fusion se stabilise, formant un plateau. Dans certains échantillons métalliques, la fréquence des réactions de fusion était environ cent milliards de milliards de fois (soit 1 suivi de 18 zéros) plus élevée que celle des réactions sans matériau hôte.
Cette augmentation spectaculaire du taux de réaction est attribuée à la structure subatomique du métal hôte. Les électrons à l’intérieur du métal ainsi que les minuscules défauts dans la structure de la feuille agissent comme une couche de blindage autour des noyaux de deutérium chargés positivement. Les chercheurs expliquent que les électrons et les défauts du matériau pourraient partiellement écranter la force de répulsion électrostatique entre les noyaux de deutérium, leur permettant de se rapprocher plus facilement et de fusionner.
En ajustant la structure interne, le comportement électronique et la composition globale du matériau, les chercheurs peuvent influencer la facilité avec laquelle ces réactions nucléaires se produisent. Outre la production d’électricité, le contrôle de la fusion à faible énergie génère également des particules subatomiques appelées neutrons. Arun Persaud, responsable du groupe de science de la fusion et de technologie des faisceaux d’ions à la division ATAP (Accélérateur, Technologie et Physique Appliquée) du Laboratoire de Berkeley, a résumé qu’une meilleure compréhension de cet effet permettrait de créer de nouveaux matériaux capables d’influencer le taux de fusion dans des conditions spécifiques. Les progrès futurs pourraient conduire à des générateurs de neutrons plus compacts et plus efficaces, largement utilisés dans des domaines tels que le scan de marchandises, la science planétaire, le traitement médical et l’imagerie.
Les travaux de l’équipe ont établi une méthode fiable et reproductible pour tester comment les métaux solides affectent les interactions nucléaires, créant ainsi de nouveaux liens entre la science de la fusion, la science des matériaux et la chimie. Cette découverte fait écho aux travaux en cours au Laboratoire national Ames (Ames National Laboratory), qui vise à mieux comprendre comment les matériaux gèrent les opérations nucléaires. Là-bas, les scientifiques développent un outil d’intelligence artificielle appelé DuctGPT pour améliorer la prédiction du comportement des matériaux dans les systèmes de fusion actifs. Le fonctionnement d’un système de fusion soumet les composants environnants à des conditions opérationnelles sévères, notamment des températures élevées, des radiations et des contraintes mécaniques. En ajoutant de nouvelles données et modèles à DuctGPT, les chercheurs peuvent mieux prédire l’évolution de différents matériaux au fil du temps dans ces conditions extrêmes.
