Ce réacteur à fusion est maintenu avec du ruban adhésif

Jun 01, 2023

La bande supraconductrice à haute température est à l'origine de l'espoir d'un tokamak plus petit

Le réacteur à fusion Sparc nécessitera 10 000 kilomètres de cette bande supraconductrice à haute température.

Sur le site d'une ancienne base de réserve de l'armée américaine près de Boston, une structure inhabituelle surgit des collines. Brandon Sorbom, directeur scientifique de Commonwealth Fusion Systems (CFS), me conduit vers le centre de l'empreinte en forme de croix du bâtiment, se faufilant parmi les échafaudages, les chariots élévateurs et les équipes de soudeurs et de peintres. En descendant un escalier jusqu'à un sous-sol profond recouvert de béton de 2,5 mètres d'épaisseur, il fait un geste vers un grand trou circulaire au centre du haut plafond de la pièce, ses bords soutenus par quatre solides colonnes.

"D'ici quelques mois, si nous respectons le calendrier, c'est là que le tokamak Sparc reposera", explique Sorbom. Autour d’une chambre à vide en forme de beignet, une pile d’aimants supraconducteurs à haute température de 3 mètres de haut créera un puissant champ magnétique pour presser et encercler une masse tourbillonnante et surchauffée de plasma d’hydrogène. Imitant le processus qui alimente le soleil, les ions hydrogène – des isotopes appelés deutérium et tritium – vont accélérer et entrer en collision avec une telle force qu'ils fusionneront en hélium et libéreront des neutrons hautement énergétiques.

Commonwealth Fusion Systems affirme que cette bobine de bande supraconductrice à haute température est la clé de la conception du tokamak plus petit et moins cher de la startup. Le ruban est constitué d'oxyde de cuivre et d'yttrium-baryum déposé sur un substrat en acier. Gretchen Ertl/CFS/MIT Plasma Science and Fusion Center

CFS, une startup issue de décennies de recherche au Massachusetts Institute of Technology (MIT), fait partie des leaders d'une nouvelle vague de projets d'énergie de fusion qui ont émergé au cours de la dernière décennie, tirant parti des avancées technologiques ainsi que d'un forte hausse des investissements du secteur privé. Les entreprises du secteur de l’énergie de fusion ont désormais levé plus de 5 milliards de dollars, la majorité depuis 2021, selon Andrew Holland, directeur de la Fusion Industry Association. Ces entreprises ont toutes l’intention de démontrer un gain d’énergie positif – pour tirer plus d’énergie de leurs réactions que celle utilisée pour les déclencher – d’ici la fin de la décennie.

«À ce stade, nous ferons un pas de plus vers une nouvelle ère d'électricité de base sans carbone», déclare Sorbom. « Nous espérons simplement pouvoir le faire à temps pour jouer un rôle majeur dans la solution à la crise climatique. »

La recherche, la construction et les tests du premier aimant de Commonwealth Fusion Systems ont nécessité l'expertise de 270 membres de l'équipe, y compris ceux présentés ici pendant la construction. Gretchen Ertl/CFS/MIT Plasma Science and Fusion Center

Dennis Whyte [à gauche], directeur du Plasma Science and Fusion Center du MIT, et Bob Mumgaard, PDG de Commonwealth Fusion Systems, se concertent dans la salle de test du MIT, où la startup a construit et testé son premier aimant. Gretchen Ertl/CFS/MIT Plasma Science et centre de fusion

En septembre 2021, Commonwealth Fusion Systems a testé le premier des aimants à champ toroïdal en forme de D de son réacteur. L'aimant a démontré un champ magnétique mesurant 20 tesla. Gretchen Ertl/CFS/MIT Plasma Science and Fusion Center

Jusqu'à présent, Commonwealth Fusion Systems a stocké environ un tiers des 10 000 kilomètres de bande supraconductrice à haute température dont il aura besoin pour achever son réacteur Sparc. Gretchen Ertl/CFS/MIT Plasma Science and Fusion Center

Ce qui distingue la technologie de CFS est son utilisation d'un ruban supraconducteur à haute température, superposé et empilé pour créer des électro-aimants extrêmement puissants qui façonneront et confineront le plasma indiscipliné et éloigneront la majeure partie des particules chargées des parois du tokamak. L'entreprise estime que cette nouvelle approche lui permettra de construire un tokamak hautes performances, beaucoup plus petit et moins coûteux que ce qui serait possible avec les approches précédentes.

Il existe actuellement deux principales voies de recherche sur l’énergie de fusion. Le confinement magnétique utilise des électro-aimants pour confiner le plasma, généralement à l'intérieur d'un tokamak. Le confinement inertiel comprime et chauffe une cible remplie de carburant, souvent à l'aide de lasers, pour déclencher une réaction.