Des chercheurs dirigés par le laboratoire de physique du plasma de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) ont proposé une conception innovante pour améliorer la capacité des futures centrales à fusion à générer des une énergie propre et abondante en régime permanent, ou constante, manière. La conception utilise des boucles de lithium liquide pour nettoyer et recycler le tritium, l'isotope radioactif de l'hydrogène qui alimente les réactions de fusion, et pour protéger les plaques de divertor de la chaleur d'échappement intense du tokamak qui contient les réactions.

« Le développement de l'énergie de fusion présente de nombreux défis et la gestion de la chaleur sur les plaques de divertor en fait partie, " a déclaré le physicien du PPPL Masa Ono, auteur principal d'un article sur le design publié dans la revue La fusion nucléaire . "Nous voulions voir comment nous pouvons protéger les plaques de divertor et garder la chambre de fusion propre."

La fusion, la fusion d'éléments légers pour libérer de l'énergie, est le processus qui alimente le soleil et les étoiles. Ici sur Terre, les centrales à fusion combineront le tritium avec son isotope frère deutérium pour créer l'énergie nécessaire à la production d'électricité. La production de cette puissance dans un appareil à fusion est parfois appelée « mettre une étoile dans un bocal ».

Le système conçu par Ono et ses collègues consiste à pomper du lithium liquide dans et hors d'un tokamak, un type de dispositif de fusion magnétique, pour maintenir un fonctionnement stable tout en nettoyant la poussière et les autres impuretés du plasma et en protégeant le divertor. Le lithium, un métal argenté qui se combine facilement avec d'autres éléments, remplirait plusieurs fonctions :

• Couvrir les plaques de divertor. L'injection de lithium liquide dans la chambre du divertor du tokamak enroberait les plaques de la substance liquide, les protégeant de la chaleur et des particules qui montent du cœur du plasma. Le revêtement de lithium liquide agirait également comme une éponge, capturer les particules avant qu'elles ne heurtent la plaque et les empêcher de rebondir dans le plasma pour le refroidir et réduire les performances de fusion.

  "Même une fine couche de lithium liquide peut protéger les plaques, " a déclaré Ono. " Il a également la promesse d'améliorer les performances du plasma comme observé dans l'expérience nationale sur le tore sphérique et l'expérience sur le tore au lithium au PPPL et dans d'autres expériences de fusion, et réduit le flux de chaleur. Et comme le lithium liquide s'évapore, nous devons continuellement en fournir plus pour garder les assiettes humides."

• Recyclage du tritium, un combustible clé qui fusionnera avec le deutérium pour produire des réactions de fusion dans les futures centrales électriques. On s'attend à ce qu'environ un pour cent seulement du tritium injecté dans le plasma soit consommé au cours de ce processus. Le tritium non consommé restant doit être retiré et recyclé pour maintenir le ravitaillement.

  Pour accomplir cette tâche, le lithium liquide se combinerait avec le tritium dans le tokamak et le transporterait avec de la poussière et d'autres impuretés vers un filtre à l'extérieur du tokamak où la poussière serait retirée. Le prochain arrêt serait un piège froid fonctionnant à 200 degrés Celsius qui permettrait au tritium de se cristalliser. Après avoir drainé le lithium du piège, le système réchaufferait et régénérerait le tritium et l'amènerait à un séparateur qui éliminerait les impuretés et refoulerait le tritium dans le tokamak. Alternativement, la boucle pourrait alimenter une centrifugeuse qui sépare le tritium du lithium et renvoie l'isotope au tokamak.

Enlever la poussière. Si elle n'est pas cochée, plusieurs tonnes de poussières pourraient s'accumuler en un an à cause des interactions entre le plasma et les parois de la chambre de fusion. La même boucle qui recycle le tritium livrerait la poussière à un filtre comme décrit ci-dessus. "Une fois le filtre à poussière rempli, il doit être remplacé, " dit Ono. " Puisque le filtre serait relativement proche de la chambre de fusion, il doit être remplacé à distance. "Éliminer les éléments indésirables. Le contact entre le plasma et les parois du tokamak donnerait également lieu à des impuretés telles que l'azote et l'oxygène qui pourraient refroidir le plasma. Le lithium liquide en circulation transporterait ces impuretés jusqu'au séparateur de tritium, comme indiqué ci-dessus, qui les supprimerait. « Étant donné que ces impuretés devraient être relativement faibles, " Ono a dit, "ils pourraient être manipulés après séparation par des boucles de nettoyage spécialisées plus petites attachées à la principale."

PPPL et des groupes du monde entier testent des concepts de lithium liquide en écoulement. "Nous regardons vers l'avenir pour trouver des solutions, " a déclaré Ono. " Ces questions doivent être traitées si nous voulons réaliser des centrales à fusion pratiques et attrayantes. "