Des scientifiques du NRL, en collaboration avec le département de l'Énergie des États-Unis, ont publié les résultats de leurs recherches.Fluorure d'argon (ArF)Des recherches sur la fusion laser ont été publiées dans les Philosophical Transactions de la Royal Society l'automne dernier.
L'article scientifique intitulé « Gain de fusion élevé avec une énergie laser inférieure au mégajoule grâce à un laser à fluorure d'argon à pilotage direct » indique que l'ArF est une technologie prometteuse pour obtenir les implosions de fusion inertielle à gain élevé nécessaires à la production d'énergie. La fusion laser repose sur l'implosion de petites capsules afin d'atteindre les densités et les températures élevées (100 millions de degrés Celsius) requises pour amorcer une réaction de fusion.
L'énergie de fusion peut être utilisée comme source d'énergie si le gain est beaucoup plus important que l'énergie nécessaire pour alimenter le laser, et les simulations du NRL ont montré que la lumière ultraviolette profonde d'ArF peut atteindre un gain élevé à des énergies laser beaucoup plus faibles que ce que l'on pensait possible auparavant.« Les lasers ArF permettent le développement et la construction de centrales à fusion plus petites et moins coûteuses », a déclaré Obenschain. « Cela accélérera le déploiement de cette source d'énergie prometteuse, qui dispose de suffisamment de combustible pour durer des milliers d'années. »
Les résultats du NRL sont particulièrement importants car le National Ignition Facility (NIF) du Lawrence Livermore National Laboratory a annoncé le 8 août avoir mené une expérience de fusion laser qui a produit presque autant d'énergie de fusion que les faisceaux laser utilisés pour provoquer les implosions. Les résultats du NIF ont produit 1,3 mégajoules d'énergie de fusion, l'équivalent d'une livre d'explosifs puissants, démontrant ainsi la faisabilité scientifique et technologique fondamentale de la fusion laser.
« Les résultats du NIF sont impressionnants et soulignent la nécessité de se tourner vers une technologie laser capable d'accélérer les progrès futurs. La technologie laser ArF du nRL offre une voie vers des gains et des rendements de fusion plus élevés », a déclaré Obenschain. « Ces qualités sont essentielles au programme de gestion des stocks de la NNSA, et un gain élevé est indispensable à la production d'énergie par fusion. »
Le réseau de lentilles laser Nike focalise 44 faisceaux laser au fluorure de krypton (KrF) sur des cibles représentant une petite portion de la capsule d'implosion. Ces cibles, de taille millimétrique, sont visibles dans la lentille centrale. Les lasers KrF sont similaires aux lasers ArF, mais avec une longueur d'onde légèrement supérieure (248 nm). L'expérience Nike fait progresser la compréhension fondamentale de la physique de l'accélération uniforme d'une cible aux vitesses élevées requises pour l'implosion par fusion. Source : Laboratoire de recherche navale
Obenschain souligne que les lasers ArF à haute énergie nécessiteront des investissements importants pour atteindre les performances, l'énergie, la fréquence de répétition, la précision et la fiabilité à un milliard de dollars requises pour la fusion dans les centrales électriques commerciales.
« Nos travaux menés jusqu'à présent ont démontré qu'il n'existe aucun obstacle fondamental empêchant les systèmes d'énergie de fusion inertielle à entraînement direct ArF de répondre à ces exigences », a déclaré Obenschain.
Il a déclaré : « Ces avantages pourraient faciliter le développement de modules de centrales à fusion de taille modeste et moins coûteux, fonctionnant à des énergies laser inférieures à 1 mégajoule. » « Cela révolutionnerait l’idée reçue selon laquelle l’énergie de fusion laser est trop coûteuse et les centrales trop volumineuses. »
« Le NRL est un leader mondial dans le développement de la technologie laser à fluorure d'argon de haute énergie », a déclaré le Dr Max Karasik, chef de la division de physique des cibles entraînées par laser du NRL. « De plus, nous menons des expériences pour faire progresser les bases physiques de la fusion laser et des simulations informatiques pour déterminer la configuration optimale pour une implosion laser ArF à gain élevé. »
Le potentiel du laser ArF pour la production d'énergie de fusion est soutenu par le programme BETHE (Breakthroughs to Enable Thermonuclear Fusion Energy) de l'Agence américaine pour les projets de recherche avancée sur l'énergie (ARPA-E). Ce programme vise à favoriser le développement rapide de sources d'énergie de fusion commercialement viables.
La branche Laser Plasma de la Division de Physique des Plasmas dirige ces travaux de recherche et a élaboré un plan en trois phases pour faire progresser les lasers à fluorure d'argon afin d'atteindre les performances requises pour les implosions à gain d'énergie élevé.
La première phase permettra de finaliser les travaux scientifiques et technologiques fondamentaux relatifs à la radiofréquence argon (ArF), actuellement en cours au NRL. La phase II consistera en la construction et les essais d'une ligne de faisceau laser ArF haute énergie à échelle réelle. La phase III prévoit la construction d'une installation d'implosion à partir de 20 à 30 lignes de faisceau de ce type, afin de démontrer le gain énergétique élevé (>100) requis pour les applications de défense et énergétiques.
Date de publication : 18 septembre 2024