Figure 1. Capsule de diamant pour la fusion nucléaire réalisée par la méthode de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) (Diamètre :~500 µm, épaisseur du film <6 µm). Crédit :Université d'Osaka
Des chercheurs dirigés par l'Université d'Osaka ont démontré que la perturbation de l'impression laser sur une capsule de combustible de fusion nucléaire fabriquée à partir de matériaux rigides et lourds était atténuée. En utilisant la dernière méthode de dépôt chimique en phase vapeur (CVD), ils ont également produit des capsules de carburant en diamant de haute précision, une technologie clé applicable au combustible de fusion.
Lors de l'initiation de réactions de fusion nucléaire par compression d'une cible de combustible sous forme de capsule, une perturbation de l'impression laser due à une non-uniformité d'irradiation se développe à la surface de la capsule. En fusion par confinement inertiel (ICF), une capsule de combustible est irradiée directement avec des faisceaux laser, ainsi, l'impression laser par irradiation laser et la rugosité de surface d'une capsule sont des problèmes majeurs car elles empêchent la compression et l'échauffement du carburant.
Dans cette étude, les chercheurs ont d'abord essayé d'atténuer l'impression laser. En prêtant attention au fait que le diamant est rigide mais présente une élasticité élevée sous ultra-haute pression de 100 GPa, ils ont effectué des expériences et des simulations de base concernant l'influence de la rigidité et de la densité du matériau sur l'atténuation de la perturbation de l'empreinte. Par conséquent, il a été précisé que la perturbation de l'impression laser sur la surface d'une capsule de diamant était réduite à environ 30 pour cent de celle du polystyrène, un matériau de capsule classique. Ces résultats de recherche ont été publiés dans Physique des plasmas .
Figure 2. Illustration schématique de l'impression laser. (a) Immédiatement après l'irradiation laser. (b) Le plasma se développe sur la surface cible avec le temps. Crédit :Université d'Osaka
Par ailleurs, chercheurs de l'Institut d'Ingénierie Laser, L'Université d'Osaka et l'Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST) ont fabriqué des capsules de diamant hautement uniformes avec une surface lisse ( <0,1 m) et une sphéricité de 99,7% en décomposant un mélange gazeux composé d'hydrogène et de méthane et en produisant des capsules de diamant par une technique de dépôt chimique en phase vapeur à filament chaud (HFCVD). Cette méthode peut encore améliorer le lissé de surface grâce à l'optimisation de la concentration et de la pression des gaz de matériau.
Cette méthode, qui ne nécessite pas de processus de polissage, peut éviter les dommages dus au processus de polissage et les problèmes sur la surface usinée causés par les contraintes résiduelles dues aux dommages d'usinage, conduisant à la production en série de capsules pour la fusion nucléaire. Ces résultats de recherche ont été publiés dans Diamant et matériaux connexes .
L'auteur Keisuke Shigemori dit :"L'utilisation du diamant, qui est rigide et ne produit pas l'impression laser, en tant que matériau pour les capsules de combustible, il permettra une compression stable et un chauffage efficace du combustible de fusion laser, accélérer les réactions de fusion nucléaire.
