Prospects For A New Light Nuclei, Fission Fusion Energy Cycle
L'article propose un nouveau cycle d'énergie nucléaire sans déchets pour la propulsion avancée et la production d'énergie qui utilise l'abondance du lithium et de la fusion deutérium-tritium, où la fission primaire du lithium-6 déclenche des réactions de fusion secondaire et de fission du lithium-7 pour produire des sous-produits stables.
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La recherche d'une énergie propre et puissante mène souvent les scientifiques au cœur de l'atome, là où deux processus distincts se disputent l'attention : la fission et la fusion. La fission, la méthode utilisée dans les centrales nucléaires actuelles, consiste à diviser des atomes lourds comme l'uranium, libérant de la chaleur et laissant derrière elle des déchets radioactifs qui doivent être stockés pendant des milliers d'années. La fusion, le processus qui alimente le soleil, tente de fracasser des atomes légers pour en créer des plus lours, offrant la promesse d'une énergie immense avec peu de déchets, mais s'est avérée incroyablement difficile à maintenir sur Terre. Une nouvelle proposition suggère un moyen de jeter un pont entre ces deux mondes en utilisant les éléments les plus légers disponibles, spécifiquement le lithium et l'hydrogène, pour créer un cycle qui pourrait alimenter des fusées et des villes sans générer de déchets nucléaires à longue durée de vie issus de son combustible, bien qu'il puisse activer les matériaux techniques environnants via le flux de neutrons. Cette approche repose sur une réaction en chaîne où un événement nucléaire en déclenche un autre, utilisant des particules qui sont déjà abondantes dans les matériaux utilisés pour les batteries de véhicules électriques modernes.
Une équipe de chercheurs de l'Université Texas Tech et de l'Université du Missouri a proposé et commencé à tester un cycle nucléaire spécifique qui combine ces éléments légers. Leur idée se concentre sur une séquence de réactions commençant par le lithium-6, un isotope naturel présent dans le lithium métallique. Lorsqu'un neutron à faible vitesse frappe un atome de lithium-6, il se divise en un atome d'hélium et une particule à grande vitesse appelée triton. Dans ce nouveau cycle, ce triton ne s'envole pas simplement ; il est capturé au sein d'un combustible solide composé de deutériure de lithium, un composé de lithium et d'hydrogène. Tandis que le triton traverse ce matériau solide, il entre en collision avec soit un atome de lithium-7, soit un atome de deutérium, déclenchant deux réactions secondaires différentes. Une collision divise le lithium-7, tandis que l'autre fait fusionner le deutérium avec le triton. Le résultat est une cascade de libération d'énergie où les sous-produits sont de l'hélium stable et non radioactif ainsi que des neutrons, à condition que les tritons soient entièrement consommés au cours du processus.
Pour voir si cette réaction en chaîne pourrait fonctionner en pratique, les chercheurs ont mis en place une série d'expériences utilisant une source de neutrons pour bombarder différentes colonnes de matériaux. Ils ont placé une colonne d'air, une colonne de lithium pur et une colonne de particules de deutériure de lithium sur le passage des neutrons. Le but était de détecter si le deutériure de lithium produisait une signature unique de neutrons à haute énergie indiquant que les réactions secondaires avaient lieu. Lorsqu'ils ont analysé les données, ils ont observé que la colonne de deutériure de lithium présentait une queue de distribution d'énergie de neutrons nettement plus élevée que les colonnes d'air et de lithium pur. Ces données sont indicatives de réactions de fusion triton-secondaires, bien que l'équipe note que ces résultats sont préliminaires et ne constituent pas encore une preuve concluante.
Cependant, l'équipe prend garde à noter que ces résultats sont préliminaires. L'expérience a utilisé une source de neutrons relativement faible, et l'équipe prévoit de répéter les tests en utilisant un réacteur beaucoup plus puissant à l'Université du Missouri pour obtenir des données plus claires. Ils ont également l'intention de tester une variante du combustible incluant de l'oxygène pour voir si d'autres types de collisions se produisent. De plus, les chercheurs ont étudié une idée connexe proposée par d'autres scientifiques, suggérant que les neutrons pourraient provoquer la fusion dans du deutériure de titane solide sans nécessiter le cycle spécifique du lithium. Après avoir effectué leurs propres tests avec des faisceaux de neutrons à haute intensité, ils n'ont trouvé aucune preuve étayant ce mécanisme de fusion basé sur le titane, suggérant que les résultats observés dans leur propre configuration de lithium-deutérium sont uniques à leur proposition de conception plutôt qu'une propriété générale de tous les combustibles solides.
Les implications potentielles de ce cycle sont significatives, particulièrement pour l'avenir des transports et du stockage d'énergie. Le combustible requis, le lithium, est déjà extrait et recyclé à grande échelle pour soutenir l'industrie des véhicules électriques. Les chercheurs ont calculé que le lithium contenu dans une seule batterie de voiture électrique, s'il était traité via ce nouveau cycle, pourrait théoriquement fournir assez d'énergie pour faire parcourir à ce véhicule des centaines de milliers de miles. Parce que le processus repose sur des matériaux qui sont déjà extraits et recyclés, et parce qu'il ne produit aucun déchet radioactif à longue durée de vie issu de son combustible, il offre une voie vers une énergie qui pourrait être intégrée aux infrastructures industrielles existantes. Bien que la technologie soit encore aux premiers stades de vérification, les données initiales suggèrent qu'un cycle nucléaire à l'état solide utilisant des éléments légers est physiquement possible et mérite une investigation plus approfondie et plus rigoureuse.
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