Pour la première fois dans l’histoire de l’humanité ! Le « soleil artificiel » a réalisé une percée majeure et l’énergie solaire du pétrole pourrait être complètement éliminée

Après des décennies, le cap de la fusion nucléaire contrôlée est enfin arrivé.

Pour la première fois dans l'histoire, les humains ont réalisé une fusion nucléaire contrôlable dans laquelle l'énergie de sortie est supérieure à l'énergie d'entrée.

Ce processus est appelé "allumage".

Le premier progrès énergétique significatif dans l'histoire de l'humanité a été le contrôle et l'utilisation du feu.

Maintenant, nous relevons le flambeau, pour que le soleil artificiel ne soit plus un fantasme.

Jalon depuis des décennies, grand pas pour le "soleil artificiel"

Le 13 décembre, le Lawrence Livermore National Laboratory de Californie a annoncé qu'il avait réussi pour la première fois à réaliser un "gain d'énergie net" (c'est-à-dire que l'énergie produite dépasse l'énergie consommée) dans une réaction de fusion nucléaire, sur la voie de la fusion nucléaire contrôlée Go Un pas en avant.

Ces termes peu familiers peuvent rendre les gens confus.Comprenons d'abord le concept de "fusion nucléaire contrôlable".

La fusion nucléaire est la fusion de deux noyaux plus légers en un noyau plus lourd, libérant de l'énergie.

La réaction de fusion qui se réalise le plus facilement dans la nature est la fusion des isotopes de l'hydrogène, le deutérium et le tritium. Cette réaction dure depuis 5 milliards d'années sur le Soleil. Les étoiles sont en fait des dispositifs naturels de fusion nucléaire un par un.

Par rapport à la fission nucléaire et à la combustion de combustibles fossiles, la fusion nucléaire présente de nombreux avantages :

Il n'émet pas de carbone et ne produit pas de rayonnement nucléaire ni de déchets nucléaires comme la fission nucléaire ; parce que la fusion nucléaire nécessite des températures extrêmement élevées, une fois que la température du combustible chute, la réaction de fusion s'arrête automatiquement ; une petite tasse d'hydrogène peut théoriquement être utilisé pour une maison Fournir de l'énergie pendant des centaines d'années.

Par conséquent, l'énergie de fusion est une nouvelle source d'énergie presque illimitée, propre et sûre.

Et si les humains pouvaient reproduire la réaction de fusion du soleil de manière contrôlée ?

Cette vision de la fusion nucléaire contrôlable est communément appelée le "soleil artificiel".

Le but ultime de la fusion nucléaire contrôlable est de permettre au deutérium, qui existe en grande quantité dans l'eau de mer, de subir une fusion nucléaire dans des conditions de température élevée, de fournir aux êtres humains un flux constant d'énergie propre, de remplacer les matières premières fossiles et l'énergie nucléaire conventionnelle. , et de consommer beaucoup moins de ressources que l'énergie solaire et éolienne. .

Cependant, la fusion nucléaire du soleil est contrainte par le champ gravitationnel fourni par sa propre gravité, que nous ne pouvons pas imiter sur la terre. En même temps, la température et la pression élevées sur le soleil créent les conditions nécessaires à la réaction de fusion. Compensation de température .

Des recherches pertinentes ont commencé dans les années 1950. Ce qui préoccupe les scientifiques, c'est que les réactions de fusion consomment d'énormes quantités d'énergie et comment faire en sorte que l'énergie produite dépasse l'énergie consommée. Ce qui est encore plus difficile, c'est que l'énergie doit être produite de manière continue et stable, pas seulement comme un éclair dans la casserole.

Le 5 décembre, le Lawrence Livermore National Laboratory, grâce à la technologie de "fusion par confinement inertiel", a finalement réalisé la réaction de fusion "gain d'énergie net", un pas de plus vers le soleil artificiel.

Les chercheurs ont tiré 192 faisceaux laser géants dans une chambre noire recouverte d'or de la longueur d'une gomme, et l'énergie intense a chauffé le récipient, qui contenait des particules de carburant de la taille de grains de poivre, à plus de 3 millions de degrés Celsius.

Le laser est continuellement réfléchi et chauffé, produisant éventuellement des rayons X . Les rayons X ont épluché la surface du grain, déclenchant une implosion semblable à une fusée qui a poussé les températures et les pressions à des extrêmes atteignables uniquement dans les étoiles, les planètes géantes et les explosions nucléaires et la fusion du tritium .

Enfin, pour un instant d'une durée inférieure à un trillionième de seconde, l'énergie de l'entrée laser est de 2,05 mégajoules, et l'énergie des neutrons produits par la fusion est de 3,15 mégajoules, celle-ci divisée par la première, et le gain d'énergie est plus important que 1.

L'électricité durable, encore dans un futur lointain

Bien que la réaction de fusion du "gain d'énergie net" ait été réalisée, il reste encore un long chemin à parcourir avant qu'elle puisse être pratiquée en dehors de l'environnement du laboratoire et même mise en œuvre commerciale.

Premièrement, le « gain d'énergie net » ne reflète que la réaction de fusion elle-même, et non les 300 mégajoules nécessaires pour alimenter le laser . L'efficacité de conversion de l'énergie électrique en laser est très faible, et si le rapport de l'énergie électrique de sortie à l'énergie électrique d'entrée est calculé, le gain d'énergie est inférieur à 1.

Deuxièmement, recréer cette réaction de fusion à l'échelle nécessaire à la production d'énergie nécessite d'énormes ressources.

Et, les machines qui déploieront l'énergie générée sur le réseau, les ingénieurs doivent encore les développer.

Par conséquent, la fusion nucléaire est encore à au moins dix ans d'une utilisation commerciale, et cela peut prendre des décennies, et les centrales électriques sont même loin.

À l'heure actuelle, le laser du Lawrence Livermore National Laboratory n'est déclenché qu'une fois par jour environ, et le coût est trop élevé pour construire une centrale électrique viable en peu de temps.

Lors d'une conférence de presse, le directeur de Lawrence Livermore, Kim Budil, a déclaré que le lancement représentait un allumage par fusion, mais qu'il reste encore beaucoup à faire pour parvenir à une production commerciale d'énergie par fusion, y compris "de nombreux allumages par fusion par minute".

De même, la fusion nucléaire ne peut pas être mise de sitôt dans la protection du climat.

Julio Friedmann, un expert en technologie énergétique, a souligné que les résultats obtenus aujourd'hui sont très importants : si l'énergie de sortie n'est pas supérieure à l'énergie d'entrée, elle ne peut pas être une source d'énergie. Mais cela ne contribuera pas de manière significative aux réductions climatiques pour les 20 à 30 prochaines années, ce qui est la différence entre allumer une allumette et construire une turbine à gaz.

Pour limiter le réchauffement à la « ligne de sécurité » de 1,5 degrés Celsius, nous devons atteindre zéro émission nette d'ici 2050. Compter sur la fusion nucléaire pour sortir de la crise climatique est un rêve lointain.

Riccardo Betti, professeur à l'Université de Rochester et expert en fusion laser, a comparé cette percée dans la fusion nucléaire à la première fois que l'homme a su raffiner du pétrole en essence :

"Vous n'avez toujours pas de moteur, vous n'avez toujours pas de pneus, vous ne pouvez pas dire que vous avez une voiture."

L'humanité a fait un grand pas, mais il y a peut-être des dizaines de milliers de pas à franchir.

Pour la prochaine génération d'énergie propre, le monde se prépare

Au cours des dernières décennies, de nombreux pays ont fait progresser la fusion nucléaire contrôlée.

Le confinement inertiel mentionné ci-dessus est l'une des deux solutions principales pour réaliser la fusion nucléaire contrôlable, et l'autre est le confinement magnétique.

En fait, le confinement magnétique est actuellement la principale direction dans laquelle les pays s'attaquent à la fusion nucléaire contrôlable.Le dispositif "tokamak" est la méthode la plus célèbre de fusion nucléaire par confinement magnétique.

Le tokamak est un dispositif en forme d'anneau piloté par des ondes électromagnétiques confinées pour créer un environnement et une température ultra-élevée pour la fusion du deutérium et du tritium, et pour réaliser le contrôle humain des réactions de fusion.

Le réacteur Ark dans "Iron Man" est un peu comme un tokamak. Le réacteur Ark de la base industrielle de Stark et le mini-réacteur sur la poitrine de l'armure d'Iron Man sont tous des "réacteurs à fusion (nucléaire) à confinement magnétique".

Bien que la technologie de fusion nucléaire contrôlable et le dispositif tokamak soient d'abord originaires de l'étranger, notre pays s'est rendu compte que les retardataires sont en avance et à l'avant-garde du monde.

Le "soleil artificiel" EAST de la Chine, qui a été construit en 2006, s'appelle "Full Superconducting Tokamak Nuclear Fusion Experimental Device", également connu sous le nom de "Oriental Super Ring". Il a été construit par l'Institut de physique des plasmas de l'Académie chinoise des sciences en Hefei, Anhui.

Fin 2021, EAST a réalisé une opération plasma à haut paramètre à impulsions longues pendant 1056 secondes, au cours de laquelle la température des électrons était de près de 70 millions de degrés Celsius, établissant un record pour la plus longue durée de fonctionnement plasma à haute température d'un dispositif Tokamak à ce moment-là.

Le 4 décembre 2020, une nouvelle génération de dispositif de «soleil artificiel» (HL-2M) conçu et construit indépendamment par le CNNC Southwest Institute of Physics a été achevée.

En octobre de cette année, HL-2M a fait une percée – le courant plasma a dépassé 1 million d'ampères (1 mégaampère).

À l'avenir, le réacteur à fusion Tokamak devra fonctionner de manière stable à des mégaampères. Par conséquent, cette percée marque également que mon pays se rapproche de plus en plus de l'allumage par fusion.

Le « soleil artificiel » est un enjeu scientifique majeur qui préoccupe le monde. Face à la prochaine génération d'énergies propres, les pays sont en partenariat avec les parties prenantes. Le plus représentatif est le réacteur thermonucléaire expérimental international (ITER), qui a été lancé en 2006. projet.

Il s'agit actuellement de l'un des projets scientifiques internationaux les plus vastes et les plus ambitieux au monde, auquel ont participé la Chine, l'Union européenne, les États-Unis, la Russie, le Japon, la Corée du Sud, l'Inde et d'autres États membres. créé conjointement par tous les pays est Actuellement le plus grand réacteur de fusion nucléaire du monde est situé à Cadarache dans le sud de la France.

L'assemblage du corps d'ITER devrait être achevé en 2025, et dans les prochaines années, les composants d'ITER seront transportés de divers États membres à Karadashe. En tant que membre à part entière, mon pays réalise 9,09 % des travaux de la phase de construction d'ITER et bénéficie de 100 % du droit d'utilisation des réalisations techniques d'ITER.

Le charbon, le pétrole et le gaz naturel peuvent s'épuiser et causer une pollution de l'environnement ; l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique et l'énergie solaire sont limitées par les conditions météorologiques ou géographiques ; des éléments tels que l'uranium et le plutonium nécessaires à la fission nucléaire ont des réserves limitées et produiront également de la radioactivité .

En revanche, la technologie de fusion nucléaire contrôlable est une méthode énergétique future sur laquelle toute l'humanité place de grands espoirs. Elle est connue comme la "source d'énergie ultime" car elle peut presque résoudre les problèmes énergétiques une fois pour toutes. Lorsqu'il est réellement utilisé à des fins commerciales, en plus des avantages pour le climat, il peut également fournir de l'électricité bon marché aux zones pauvres.

La perspective est lumineuse, mais la route est tortueuse. J'espère que dans un avenir prévisible, nous pourrons assister au lever du "soleil artificiel".

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