Le Saint Graal de l’énergie propre a été capturé ?
"Du jour au lendemain, l'équipe du MIT a réduit le coût par watt du réacteur à fusion à près de 1/40, rendant possible l'utilisation commerciale de la technologie de fusion nucléaire" !
Récemment, le Centre pour la science et la fusion du plasma du MIT et le Commonwealth Fusion Systems (CFS) ont publié un rapport complet.
Ce rapport cite 6 articles de recherche indépendants dans le numéro spécial de mars de "IEEE Transactions on Applied Superconductivity", prouvant que :
Le MIT a utilisé des "aimants supraconducteurs à haute température" dans l'expérience 2021 et le non- la conception isolée est tout à fait réalisable et fiable.
Il a également vérifié que l'aimant supraconducteur unique utilisé par l'équipe dans l'expérience est suffisant comme base d'une centrale nucléaire à fusion.
Cela indique que la « fusion nucléaire » deviendra bientôt une technologie commercialisée issue d'un projet de recherche scientifique en laboratoire.
Adresse papier :
https://ieeexplore.ieee.org/xpl/tocresult.jsp?isnumber=10348035&punumber=77
Et tout cela commencera à partir du MIT en 2021 commencer avec l'expérience de fusion nucléaire qui a établi un record mondial.
« L'aimant supraconducteur » établit le record mondial d'intensité du champ magnétique
Au petit matin du 5 septembre 2021, dans le laboratoire du Plasma Science and Fusion Center (PSFC) du MIT, les ingénieurs ont franchi une étape majeure ——
Un nouveau type d'aimant fabriqué à partir d'un « matériau supraconducteur à haute température » a atteint un record mondial d'intensité de champ magnétique à grande échelle de 20 tesla.
Vous savez, 20 tesla est exactement l'intensité du champ magnétique nécessaire pour construire une centrale nucléaire à fusion.
Les scientifiques prédisent qu’il devrait produire une puissance nette et potentiellement ouvrir la voie à une ère de production d’électricité presque illimitée.
L'expérience s'est avérée réussie tout en répondant à tous les critères fixés pour la conception d'un nouveau dispositif de fusion, connu sous le nom de SPARC, pour lequel les aimants constituent une technologie habilitante clé.
Les ingénieurs épuisés ont ouvert le champagne pour célébrer leurs fières réalisations. Ils ont déployé des efforts longs et acharnés pour y parvenir.
Mais les scientifiques ne se sont pas arrêtés à leur travail.
Au cours des mois suivants, l’équipe a démonté et inspecté les composants de l’aimant, examinant et analysant les données de centaines d’instruments qui enregistraient les détails des tests.
Ils ont également effectué deux autres tests sur le même aimant, le testant finalement jusqu'à ses limites pour connaître les détails des éventuels modes de défaillance.
Le but est de vérifier davantage si l'aimant supraconducteur de leur expérience peut fonctionner de manière stable dans divers scénarios extrêmes.
Une équipe a mis des aimants dans un conteneur cryostat
La production d'énergie par fusion nucléaire, le coût est réduit de 40 fois
Le professeur d'ingénierie américain Hitachi, Dennis Whyte, qui a récemment démissionné de son poste de directeur du PSFC, a déclaré : " Selon moi, "le succès des tests des aimants a été l'élément le plus important dans la recherche sur la fusion au cours des 30 dernières années."
Comme le montrent les résultats expérimentaux, les aimants supraconducteurs existants sont suffisamment puissants pour potentiellement produire de l'énergie de fusion.
Le seul inconvénient est qu’en raison de sa taille et de son coût énormes, il ne sera jamais pratique ou économiquement réalisable.
Des tests ultérieurs menés par les chercheurs ont montré qu'un aimant aussi puissant reste pratique même si sa taille est fortement réduite.
"Du jour au lendemain, le coût par watt des réacteurs à fusion a chuté de près de 40 fois en une journée."
Maintenant, la fusion nucléaire a une chance. Le « Tokamak » est actuellement le dispositif expérimental de fusion le plus utilisé.
"À mon avis, le tokamak a une chance de devenir abordable, car sous les contraintes connues des règles physiques, nous pouvons réduire considérablement la taille et le coût de l'appareil nécessaire pour réaliser la fusion, ce qui constitue un saut qualitatif."
Six articles détaillent les données complètes des tests magnétiques du MIT.
Ensuite, l'analyse montre que la nouvelle génération d'équipements de fusion nucléaire conçue par le MIT et le CFS, ainsi que les conceptions similaires d'autres sociétés commerciales de fusion, sont tout à fait réalisables scientifiquement.
C'est la fusion nucléaire, et c'est une percée dans la supraconductivité
La fusion nucléaire est le processus de combinaison d'atomes légers en atomes lourds, fournissant de l'énergie au soleil et aux étoiles.
Mais exploiter ce processus sur Terre s’est avéré être un défi difficile.
Pendant des décennies, les gens ont déployé d'énormes efforts et ont même dépensé des milliards de dollars en recherche sur des dispositifs expérimentaux.
L'objectif que les gens poursuivent mais n'a jamais atteint est : construire une centrale électrique à fusion qui produit plus d'énergie qu'elle n'en consomme.
Pendant son fonctionnement, une telle centrale peut produire de l'électricité sans émettre de gaz à effet de serre et ne produira pas une grande quantité de déchets radioactifs.
Et le combustible pour la fusion nucléaire, qui provient de l'hydrogène extrait de l'eau de mer, est presque infini.
Cependant, pour que la fusion nucléaire réussisse, le combustible doit être comprimé à des températures et des pressions extrêmement élevées.
Comme aucun matériau connu ne peut résister à de telles températures, des champs magnétiques extrêmement puissants doivent être utilisés pour confiner le carburant.
Si vous souhaitez générer un champ magnétique aussi puissant, vous avez besoin d'un "aimant supraconducteur", mais tous les aimants à fusion nucléaire précédents étaient constitués de matériaux supraconducteurs. Ce matériau nécessite environ 4 degrés au-dessus du zéro absolu (4 kelvins, soit. - 270 degrés Celsius).
Ces dernières années, un nouveau matériau appelé REBCO (oxyde de cuivre et de baryum de terres rares) a commencé à être utilisé dans les aimants à fusion nucléaire.
Il permet aux aimants de fusion nucléaire de fonctionner à une température de 20 kelvins, qui, bien que seulement 16 kelvins de plus que 4 kelvins, présente des avantages significatifs en termes de propriétés matérielles et d'ingénierie pratique.
Les nouveaux matériaux supraconducteurs à haute température sont une refonte de presque tous les principes utilisés pour fabriquer des aimants supraconducteurs.
Si ce nouveau matériau supraconducteur à haute température est utilisé pour fabriquer des aimants supraconducteurs, il sera non seulement amélioré sur la base de ses prédécesseurs, mais nécessitera également de l'innovation, de la recherche et du développement à partir de zéro.
Un nouvel article dans la revue "Transactions on Applied Superconductivity" décrit les détails de ce processus de refonte, et la protection par brevet est déjà en place.
Afin d'utiliser pleinement REBCO, les chercheurs ont repensé un câble industriel évolutif à courant élevé "VIPER REBCO" basé sur l'architecture TSTC.
Le câble VIPER REBCO présente ces avantages évidents :
- A moins de 5 % de dégradation de courant stable.
- Comprend des connecteurs amovibles robustes dans la gamme 2-5nΩ
;
- Pour la première fois, deux tests de trempe de câbles différents peuvent être effectués sur des conducteurs de taille réelle dans des conditions liées à la fusion, adaptées aux faibles vitesses de propagation de la zone normale de REBCO.
Innovation clé : conception sans couche d'isolation
Une autre conception incroyable de cet aimant supraconducteur consiste à retirer l'isolant autour de la bande supraconductrice fine et plate de l'aimant.
Dans les conceptions traditionnelles, les aimants supraconducteurs sont entourés de matériaux isolants pour les protéger des courts-circuits.
Et dans ce nouvel aimant supraconducteur, la bande supraconductrice est complètement exposée.
Les scientifiques s'appuient sur la conductivité plus forte de REBCO pour maintenir le courant électrique circulant avec précision à travers le matériau.
Le professeur Zach Hartwig du Département de science et d'ingénierie nucléaires du MIT, responsable du développement des aimants supraconducteurs, a déclaré : « Lorsque nous avons lancé ce projet en 2018, la technologie permettant de construire des aimants à champ élevé à grande échelle utilisant des Les supraconducteurs de température en étaient encore à leurs tout débuts. Seules de petites expériences peuvent être réalisées "
"Sur la base de cette échelle, notre projet de recherche et de développement sur les aimants a achevé le développement d'aimants à grande échelle en très peu de temps."
L'équipe a finalement fabriqué un aimant de près de 10 tonnes. L'aimant produit un champ magnétique stable et uniforme supérieur à 20 Tesla.
"La manière standard de fabriquer ces aimants est d'enrouler un conducteur autour d'un enroulement et de placer une couche isolante entre les enroulements. Vous avez besoin de la couche isolante pour gérer les hautes tensions générées lors de situations inattendues telles que des arrêts."
"L'avantage de retirer cette couche d'isolant est qu'il s'agit d'un système basse tension. Cela simplifie grandement le processus de fabrication et le calendrier."
Cela laisse également beaucoup de place pour le refroidissement ou une structure plus résistante.
L'ensemble magnétique légèrement plus petit qui forme la cavité en forme de beignet du dispositif de fusion nucléaire SPARC en cours de construction par le CFS.
Cette cavité est composée de 16 plaques appelées « crêpes ». Un côté de chaque plaque est enveloppé d'une bande supraconductrice en spirale, et l'autre côté est un canal de refroidissement à l'hélium.
"Cependant, la conception d'une couche non isolante est très risquée aux yeux de la plupart des gens, et elle est également très risquée même au stade des tests." Le professeur
a déclaré : "Il s'agit du premier aimant d'une échelle suffisante pour explorer les problèmes liés à la conception, à la fabrication et aux tests d'aimants utilisant cette couche non isolante et cette technologie sans torsion."
"Toute la communauté a été très surprise lorsque l'équipe a annoncé qu'il s'agissait d'une bobine non isolée."
Le test extrême est terminé, une utilisation commerciale à grande échelle arrive ?
Les premières expériences décrites dans un article précédent ont prouvé qu'un tel processus de conception et de fabrication est non seulement réalisable mais également très stable, même si certains chercheurs avaient exprimé des doutes.
Les deux tests suivants, également menés fin 2021, ont poussé les conditions de fonctionnement de l'équipement à l'extrême en créant délibérément des conditions instables, notamment en coupant complètement la puissance d'entrée, ce qui pourrait entraîner une surchauffe catastrophique.
Cette situation est appelée « extinction » et est considérée comme le pire cas pouvant survenir lors du fonctionnement de tels aimants, ce qui peut directement détruire l'équipement.
Une partie du plan de test, a déclaré Hartwig, consiste "à sortir et à éteindre intentionnellement un aimant à grande échelle afin que nous puissions obtenir des données critiques à la bonne échelle et dans les bonnes conditions pour faire progresser la science et valider le code de conception." .
"Ensuite, démonter les aimants pour voir ce qui n'a pas fonctionné, pourquoi cela n'a pas fonctionné et comment nous pourrions faire la prochaine itération pour le réparer... cela s'est avéré être un énorme succès »
Hartwig a déclaré que le test final s'était terminé avec la fonte d'un coin de 16 "crêpes", mais avait produit beaucoup de nouvelles informations.
Premièrement, ils ont utilisé plusieurs modèles informatiques différents pour concevoir et prédire les performances de divers aspects des aimants, et dans la plupart des cas, ces modèles sont cohérents dans leurs prédictions globales et grâce à une série de tests et de mesures réelles. sont bien vérifiés.
Cependant, lors de la prédiction de l'effet « quenching », les résultats de prédiction du modèle ont dévié, il est donc nécessaire d'obtenir des données expérimentales pour évaluer l'efficacité du modèle.
Le modèle développé par les chercheurs prédit presque avec précision comment l'aimant chauffe, combien il le fait lorsque la trempe commence et les dommages qui en résultent pour l'aimant.
Les expériences décrivent avec précision la physique en jeu et permettent aux scientifiques de comprendre quels modèles seront utiles à l'avenir et quels modèles seront inexacts.
Après avoir testé les performances de tous les aspects de la bobine, les scientifiques ont également délibérément réalisé la pire simulation de la bobine.
Il a été constaté que la zone endommagée de la bobine ne représentait que quelques pour cent du volume de la bobine.
Sur la base de ce résultat, ils ont continué à apporter des modifications à la conception, anticipant qu'ils seraient capables d'éviter des dommages à cette échelle aux aimants d'un véritable dispositif à fusion nucléaire, même dans les conditions les plus extrêmes.
Le professeur Hartwig a souligné que la raison pour laquelle l'équipe a pu réaliser une nouvelle conception d'aimant aussi record et la terminer à une vitesse extrêmement rapide dans un premier temps était principalement due aux décennies Alcatel C-Mod Toka. de connaissances approfondies, d'expertise et d'équipements développés par Mark et Francis Bute au Magnet Laboratory et d'autres travaux réalisés au PSFC.
À l'avenir, l'expérience continuera de progresser pour parvenir à une utilisation commerciale à grande échelle de l'électricité propre.
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