Une entreprise américaine de fusion nucléaire sépare les isotopes d'hydrogène et de lithium à l'aide d'une centrifugeuse à plasma

fr.wedoany.com Rapport : L'entreprise américaine Marathon Fusion a annoncé avoir réussi à séparer des isotopes d'hydrogène et de lithium à l'aide d'une centrifugeuse à plasma spécialisée. Ce résultat signifie qu'une seule méthode électromagnétique peut simultanément assurer la récupération des gaz d'échappement et l'enrichissement des matières premières des futures centrales à fusion. Dennis Whyte, professeur de science et d'ingénierie nucléaires au MIT, a salué cette avancée, estimant qu'en permettant un pompage sélectif du tritium, cette technologie pourrait améliorer les performances des centrales à fusion et réduire considérablement les stocks de tritium nécessaires.

Les centrales à fusion commerciales produisent de l'énergie en fusionnant du deutérium et du tritium dans une chambre magnétique, mais le cycle du combustible est confronté à deux goulots d'étranglement de longue date. Premièrement, chaque cycle du réacteur ne brûle qu'une petite quantité de tritium, et une grande quantité de gaz d'échappement radioactifs non brûlés doit être rapidement purifiée et récupérée. Deuxièmement, le tritium n'existe presque pas en quantités notables dans la nature ; le réacteur doit donc produire son propre combustible en bombardant une couverture contenant du lithium avec des neutrons. Les centrifugeuses à gaz classiques s'appuient sur un rotor mécanique tournant à grande vitesse pour repousser les atomes les plus lourds vers l'extérieur, mais pour des gaz légers comme l'hydrogène, dont l'agitation thermique est extrêmement rapide, le rotor doit atteindre des vitesses très élevées pour réaliser la séparation, ce que les rotors en métal ou en fibre de carbone peinent à supporter sous la contrainte physique.

La centrifugeuse à plasma offre une autre voie. Lorsque la force du champ électrique et la force magnétique se croisent dans la chambre, les particules de plasma chargées sont entraînées dans une rotation supersonique. Marathon Fusion fait fonctionner l'appareil en état de ionisation partielle : seuls quelques atomes de gaz sont chargés, et ces particules chargées entrent continuellement en collision avec les atomes neutres, entraînant l'ensemble du mélange gazeux dans une rotation à grande vitesse. La force centrifuge projette les isotopes plus lourds vers la paroi de la chambre, tandis que les isotopes plus légers restent dans la zone centrale, réalisant ainsi la séparation, tout en évitant les dommages causés par la chaleur extrême aux séparateurs à plasma des premières générations. Une fois l'appareil raccordé au conduit d'échappement du réacteur, il peut exécuter une tâche appelée « pompage différentiel », séparant le deutérium et le tritium plus lourds des déchets d'hélium et des impuretés de protium plus légères avant que le gaz n'atteigne l'usine de traitement en aval. Cette méthode de séparation directe peut réduire de plus de 90 % le volume total des équipements de traitement du combustible et diminuer considérablement la quantité de tritium radioactif que l'usine doit stocker sur site.

Le même mécanisme peut également être utilisé pour traiter le lithium nécessaire au refroidissement du réacteur et à la couverture de régénération. Les sels fondus liquides comme le FLiBe nécessitent du lithium enrichi en lithium-6 pour produire de nouveau tritium, ou du lithium-7 pour refroidir les systèmes de fission. Actuellement, la majeure partie de l'approvisionnement mondial en lithium enrichi dépend de la Chine et de la Russie, qui utilisent d'anciens procédés chimiques nécessitant de grandes quantités de mercure toxique. La centrifugeuse à plasma offre une alternative sèche et non chimique, permettant d'éliminer complètement l'étape de traitement au mercure.

Les résultats expérimentaux des essais matériels correspondent aux prédictions du modèle informatique de magnétohydrodynamique de l'entreprise. Dans le cadre du programme « VISION OPEN » de l'ARPA-E du Département de l'énergie des États-Unis, les ingénieurs développent actuellement une configuration multi-étages de ce système et prévoient de construire une installation d'essai commerciale pour fournir des isotopes enrichis aux futurs dispositifs de fusion à l'échelle du réseau électrique.