AZoCleantech interviewe le Dr Joe Milnes, Head of JET Operations, UK Atomic Energy Authority (UKAEA), à propos de l'expérience record de son équipe qui contribue à accélérer le avenir d'une énergie propre et illimitée.
Qu'est-ce que le laboratoire Joint European Torus (JET) et quelles recherches clés y sont menées ?
JET est la machine tokamak opérationnelle la plus grande et la plus puissante au monde et est exploitée par le Royaume-Uni Atomic Autorité de l'énergie (UKAEA) à Oxford. Point focal du programme européen de recherche sur la fusion EUROfusion, il est actuellement le seul tokamak capable d'utiliser du deutérium et du tritium, les carburants qui seront utilisés dans les premières centrales à fusion commerciales.
JET est l'une des machines les plus importantes de l'histoire de la recherche sur l'énergie de fusion. Nous sommes extrêmement fiers de l'avoir exploité ici à Oxford pour le compte du consortium EUROfusion au cours des quatre dernières décennies. Sa longévité et ses succès nous ont permis de faire tomber de nombreux obstacles dans notre mission de transformer cette expérience scientifique ultime en une puissance commerciale durable.
L'intérieur du JET avec plasma superposé. Crédit d'image : UKAEA/EUROfusion
JET témoigne de l'ingéniosité de l'équipe de conception d'origine et des équipes scientifiques et opérationnelles qui ont mis à jour et amélioré la machine tant de fois pour s'assurer qu'elle continue d'être l'appareil le plus performant au monde, même après quatre décennies de fonctionnement.
Impulsion et historique du JET 100K. Crédit vidéo : UKAEA/EUROfusion
Quelle technologie est actuellement utilisée dans l'installation ?
Les combustibles de fusion - le deutérium et le tritium, deux isotopes de l'hydrogène - sont injectés dans une enceinte à vide. Le carburant est chauffé à environ 150 millions de degrés Celsius et passe d'un gaz à un plasma.
Une enceinte à vide en forme d'anneau est utilisée pour contrôler le plasma, le gardant éloigné des parois de la chambre à l'aide d'aimants puissants. Les systèmes d'évacuation du plasma éliminent l'hélium produit par fusion de la chambre et plus de 100 systèmes de diagnostic surveillent les propriétés clés, notamment la densité du plasma, la température, les impuretés et bien d'autres.
Salle JET Torus. Crédit d'image : UKAEA/EUROfusion
Les systèmes de chauffage incluent l'utilisation d'une bobine de solénoïde centrale pour conduire des courants électriques dans le plasma jusqu'à 4 millions d'ampères, ainsi que des faisceaux de particules à haute énergie et des ondes radio pour fournir un chauffage auxiliaire au plasma. Pour y parvenir, il faut des technologies de pointe dans les systèmes de vide, le transfert de chaleur, la cryogénie, la robotique, les lasers, le contrôle, le calcul haute puissance et bien d'autres.
Ces résultats marquants sont la preuve que la recherche et l'innovation révolutionnaires menées ici au Royaume-Uni, avec nos partenaires à travers l'Europe, font de l'énergie de fusion une réalité.
Pouvez-vous expliquer ce qu'est la fusion et comment vous avez commencé vos recherches ?
L'énergie de fusion est cruciale pour lutter contre le changement climatique grâce à un approvisionnement énergétique sûr, durable, efficace et à faible émission de carbone. Il a le potentiel de fournir de l'énergie verte pour les générations à venir.
Crédit d'image : UKAEA/EUROfusion
La fusion a lieu au cœur des étoiles, comme notre soleil, et fournit la puissance qui anime l'univers. Pour recréer ce processus sur Terre, nous utilisons une combinaison de gaz hydrogène, de deutérium et de tritium, qui sont chauffés à des températures très élevées pour créer un plasma (il s'agit de la réaction de fusion « la plus simple » à réaliser). L'énergie est libérée lorsque les atomes de deutérium et de tritium fusionnent pour former un atome d'hélium et un neutron.
Culham est un important centre de recherche international sur la fusion depuis les années 1960.
JET a fait les gros titres dans le monde entier en 1991 lorsqu'il est devenu la première machine à réaliser une fusion contrôlée. Il a ensuite établi un record mondial d'électricité produite à partir de plasma en 1997 et a continué d'être affiné pour ouvrir la voie à son successeur international, ITER.
Pouvez-vous expliquer l'expérience que votre équipe a menée et ce que vous avez entrepris ?
JET DTE2 est l'expérience d'énergie de fusion magnétique la plus importante au monde depuis plus de 20 ans. Nous avons entrepris de produire des niveaux élevés et soutenus d'énergie de fusion, dans des conditions plus similaires aux conceptions de centrales électriques attendues que les tentatives précédentes, en utilisant des combustibles - deutérium et tritium - qui devraient alimenter les futures centrales électriques commerciales.
Les objectifs généraux de l'expérience étaient les suivants :
Quelles sont les principales conclusions de l'expérience ?
Les expériences actuelles montrent que nous pouvons produire des niveaux élevés d'énergie de fusion pendant une période de cinq secondes. Bien que cinq secondes ne soient clairement pas suffisantes pour une centrale électrique, cela augmente considérablement notre confiance dans le fait que ces performances seront possibles sur des échelles de temps beaucoup plus longues dans des appareils qui utiliseront les développements technologiques récents (tels que les aimants supraconducteurs).
JET a produit un total de 59 mégajoules d'énergie thermique à partir de la fusion sur une période de cinq secondes (la durée de l'expérience de fusion). Au cours de cette expérience, JET a obtenu en moyenne une puissance de fusion (c'est-à-dire une énergie par seconde) de plus de 10 mégawatts (mégajoules par seconde).
Pulse record du monde JET. Crédit vidéo : UKAEA/EUROfusion
Qu'est-ce qui a permis à votre équipe de battre votre propre record de puissance de fusion ?
Des milliers de scientifiques, d'ingénieurs, d'étudiants et d'employés de toute l'Europe ont travaillé ensemble pour plus que doubler le précédent record d'expériences de fusion atteint en 1997 sur le site de l'UKAEA dans l'Oxfordshire.
Le record d'énergie atteint par JET en 1997 était de 22 mégajoules d'énergie thermique. Passer de là aux résultats actuels a été un véritable challenge. Ce résultat du JET est particulièrement remarquable car nous avons réuni tous les ingrédients nécessaires (mélange de combustibles, matériaux de paroi plus pertinents et scénarios pertinents pour ITER) pour le tout premier plasma D-T soutenu au monde à haut rendement énergétique.
Les nouveaux matériaux de paroi en particulier ont nécessité un effort incroyable de la part des scientifiques pour apprendre à gérer le défi accru des impuretés qu'ils présentaient. De plus, dans les années qui ont précédé les expériences, les ingénieurs ont consacré énormément d'efforts à la mise à niveau des systèmes pour se préparer à l'utilisation du tritium et maximiser le nombre de diagnostics sur la machine - le résultat a été une grande quantité de données scientifiques. qui assistera ITER et toute la communauté de la fusion.
Une percée significative a été faite dans le développement de la fusion nucléaire pratique. Qu'est-ce que cela signifie pour l'avenir de l'énergie à faible émission de carbone ?
Ces résultats marquants nous ont fait faire un grand pas en avant pour relever l'un des plus grands défis scientifiques et techniques de tous. C'est une récompense pour plus de 20 ans de recherche et d'expérimentation avec nos partenaires de toute l'Europe.
En fin de compte, la fusion promet une source d'électricité verte quasi illimitée à long terme, utilisant de petites quantités de carburant pouvant être obtenues dans le monde entier et étant intrinsèquement sûre car elle ne peut pas démarrer un processus d'emballement.
Alors que les pressions augmentent pour faire face aux effets du changement climatique en décarbonant la production d'énergie, ce succès est une avancée majeure sur la feuille de route de la fusion en tant que moyen sûr, efficace et à faible émission de carbone pour faire face à la crise énergétique mondiale.
Quelles sont les limites actuelles de l'énergie nucléaire et comment cette recherche pourrait-elle s'avérer cruciale pour révolutionner son avenir ?
La fusion peut être réalisée et a été réalisée sur JET . Cependant, mettre l'électricité de fusion sur le réseau, et le faire de manière économique et fiable, nécessite des solutions technologiques à plusieurs défis majeurs :
UKAEA entreprend des travaux de pointe (avec la chaîne d'approvisionnement industrielle britannique) dans tous ces domaines via ses installations MRF, MAST-U, RACE, FTF et H3AT (voir Q11).
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Crédit d'image : UKAEA/EUROfusion
Avez-vous rencontré des difficultés au cours de vos recherches et comment ont-elles été ou seront-elles surmontées ?
Ce fut une campagne extrêmement difficile, et il nous a fallu tout de suite la fin avant que nous puissions atteindre cette performance record.
La réalisation d'une expérience paneuropéenne avec des scientifiques contributeurs des 30 membres d'EUROfusion au milieu d'une pandémie a nécessité quelques ajustements : normalement, tout le monde peut être présent sur place, mais cette fois, nous avons dû apprendre à faire beaucoup de choses à distance.
Sur le plan technique, c'était un défi de faire fonctionner simultanément tous les systèmes JET à des performances maximales dont nous avions besoin pour des performances plasma optimales, mais nous y sommes finalement parvenus.
Où voyez-vous l'énergie de fusion dans les 10 à 20 prochaines années ?
Je m'attends à voir de l'énergie de fusion sur le réseau électrique de mon vivant et tout le monde à L'UKAEA s'engage à accélérer autant que possible le chemin vers ce point. Que cette étape soit franchie dans les 10, 20 ou 30 prochaines années, le déploiement de centaines de centrales à fusion à la suite de cette réalisation prendra plus de temps, comme c'est le cas pour toute nouvelle technologie de production d'énergie. Mais il est clair que la fusion offre l'une des rares options pour fournir de grandes quantités d'électricité continue et sans carbone au réseau dans la seconde moitié du 21e siècle, et pendant des milliers d'années au-delà. , il est donc essentiel que nous la développions aux côtés d'autres sources d'énergie durables.
Quelles sont les prochaines étapes du projet ?
Au cours des deux prochaines années, nous analyserons toutes les données issues de cette campagne expérimentale et les publier dans la littérature scientifique. Cela conduira sans aucun doute à des expériences de suivi au JET et dans d'autres dispositifs de fusion européens contrôlés par EUROfusion.
Le record et les données scientifiques de ces expériences sont un atout majeur pour ITER, la version la plus grande et la plus avancée de JET. ITER est un méga-projet de recherche sur la fusion basé en France. Il démontre en outre la faisabilité scientifique et technologique de l'énergie de fusion.
Ces résultats donnent une grande confiance pour la prochaine étape des expériences à ITER et les futures usines de démonstration telles que le programme STEP du Royaume-Uni, DEMO de l'UE et plusieurs autres projets publics et privés qui sont conçus pour mettre l'électricité sur le réseau.
Les autres expériences et installations de l'UKAEA auront également un rôle essentiel à jouer dans l'acheminement de l'énergie de fusion vers le réseau. Celles-ci incluent :
Une entrevue avec Joe Milnes. Crédit vidéo : UKAEA/EUROfusion
Où les lecteurs peuvent-ils trouver plus d'informations ?
https://ccfe.ukaea.uk/
Lien vers la conférence de presse : https://www.youtube.com/watch?v=H99hvPlC4is
À propos du Dr Joe Milnes
J'ai rejoint l'UKAEA en tant que diplômé en 2000. J'ai une formation en génie mécanique et en modélisation thermohydraulique. Au cours de ma carrière à l'UKAEA, j'ai occupé divers postes d'ingénierie et de gestion au sein de JET, MAST-U et ITER. En plus de mon rôle actuel de chef des opérations de JET, je préside ou conseille des examens d'autres installations de fusion à travers le monde.
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