Nuclear fusion: the United States announces a historic breakthrough

In the aftermath of World War II, major industrial nations were busy developing a sun-like energy: nuclear fusion. Today, scientists around the world are still working on its development, which has many benefits, especially for the decarbonization of the planet. Nuclear fusion promises an almost infinite source of electricity that, in addition to being safer and cheaper, would end our dependence on fossil fuels, which are responsible for global warming.

On Tuesday, December 13, 2022, the United States announced a historic scientific breakthrough in this field, which could within decades revolutionize energy production on Earth by providing abundant clean energy.
“For the first time, an experiment has succeeded in producing an amount of energy greater than that used by lasers causing the reaction,” Lawrence Livermore National Laboratory in California announced in a statement. The achievement will go“ into the history books,” Energy Secretary Jennifer Granholm said at a news conference.

Nuclear fission, nuclear fusion ? How it works…

Nuclear fission consists of projecting a neutron onto an unstable heavy atom (uranium 235 or plutonium 239). This neutron absorbs the atom, causing it to split into two lighter atoms: this produces energy, radioactive radiation and two or three neutrons. These new neutrons will then be able in turn to cause fission: the operation is repeated ad infinitum. Today, fission is used in nuclear power plants to produce electricity.

Conversely, nuclear fusion brings together two hydrogen atoms (deuterium and tritium) at temperatures of several million degrees. When these atoms fuse, the new nucleus created is in an unstable state: it ejects a helium atom and a neutron with a lot of energy.

This reaction, found at the heart of stars, is reproduced inside a tokamak: an experimental reactor that confines a fusion plasma.

In stars, as in fusion machines, plasmas constitute a medium in which hydrogen atoms can fuse and generate energy. The electrically charged particles that make up the plasma can be confined and controlled by powerful magnetic fields generated by superconducting magnets.

In order to maintain the superconducting state of these magnets, Absolut System uses cryogenic technologies by cooling them to temperatures below -250°C (~20K).

Thanks to this, the magnets can generate the very intense magnetic fields necessary for the confinement and stabilization of the plasma.

“Superconducting magnets could not, with current superconductor technologies, function without cryogenics and thus provide the magnetic fields necessary for plasma confinement in nuclear fusion experiments. It is fascinating to imagine these magnets maintained at temperatures so close to absolute zero while in proximity to a material, the plasma, which is levitating at several million degrees. The challenge of developing such systems is colossal and Absolut System is proud to participate in the design and supply of the cooling systems! “ Matthieu Dalban, Absolut System Project Engineer

It will still take time to implement, but nuclear fusion remains the hope for abundant energy and a better environmental future for our planet.

Fusion nucléaire : les Etats-Unis annoncent une avancée historique

Au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, les grandes nations industrielles s’affairent au développement d’une énergie semblable au soleil : la fusion nucléaire. Aujourd’hui encore, les scientifiques du monde entier travaillent sur son développement, qui présente de nombreux avantages, notamment pour la décarbonation de la planète. La fusion nucléaire promet une source d’électricité presque infinie qui, en plus d’être plus sûre et moins chère, permettrait la fin de notre dépendance aux énergies fossiles, responsables du réchauffement climatique.

Le mardi 13 décembre 2022, les États-Unis ont annoncé une percée scientifique historique dans ce domaine, qui pourrait d’ici quelques décennies révolutionner la production d’énergie sur Terre en fournissant une énergie propre en abondance.

« Pour la première fois, une expérience a réussi à produire une quantité d’énergie supérieure à celle utilisée par les lasers provoquant la réaction », a annoncé dans un communiqué le Laboratoire National Lawrence Livermore, en Californie. Cette réussite se retrouvera « dans les livres d’histoire », a déclaré lors d’une conférence de presse la secrétaire à l’Énergie, Jennifer Granholm.

Fission nucléaire, fusion nucléaire ? Comment ça marche…

La fission nucléaire consiste à projeter un neutron sur un atome lourd instable (uranium 235 ou plutonium 239). Ce neutron absorbe l’atome en le faisant éclater en 2 atomes plus légers : cela produit de l’énergie, des rayonnements radioactifs ainsi que 2 ou 3 neutrons. Ces nouveaux neutrons seront alors capables à leur tour de provoquer une fission : l’opération se répète à l’infini. Aujourd’hui, c’est la fission qui est utilisée dans les centrales nucléaires de production d’électricité.

A l’inverse, la fusion nucléaire rapproche deux atomes d’hydrogène (deutérium et tritium) à des températures de plusieurs millions de degrés. Lorsque ces atomes fusionnent, le nouveau noyau créé se retrouve dans un état instable : il éjecte alors un atome d’hélium et un neutron avec beaucoup d’énergie.

Cette réaction, que l’on retrouve au cœur des étoiles, est reproduite à l’intérieur d’un tokamak : un réacteur expérimental permettant de confiner un plasma de fusion.

Dans les étoiles, comme dans les machines de fusion, les plasmas constituent un milieu dans lequel les atomes d’hydrogène peuvent fusionner et générer de l’énergie. Les particules qui composent le plasma, électriquement chargées, peuvent être confinées et contrôlées grâce à de puissants champs magnétiques générés par des aimants supraconducteurs.

Afin de maintenir l’état supraconducteur de ces aimants, Absolut System a recours aux technologies cryogéniques en les refroidissant à des températures inférieures à -250°C (~20K).

” Les aimants supraconducteurs ne pourraient pas, avec les technologies de supraconducteurs actuelles, fonctionner sans la cryogénie et ainsi fournir les champs magnétiques nécessaires au confinement du plasma dans les expériences dédiées à la fusion nucléaire. Il est fascinant d’imaginer ces aimants maintenus à des températures si proches du zéro absolu alors qu’ils sont à proximité d’un matériau, le plasma, qui se trouve, lui en lévitation, à plusieurs millions de degrés. Le défi de développer de tels systèmes est colossal et la société Absolut System est fière de participer au design et à la fourniture des systèmes de refroidissement ! ”  Matthieu Dalban, Ingénieur Projet Absolut System

Il faudra encore du temps pour sa mise en œuvre mais la fusion nucléaire reste l’espoir d’une énergie abondante et d’un avenir environnemental meilleur pour notre planète.