« Dieu ne joue pas aux dés », disait Einstein, critiquant l'interprétation probabiliste (de Copenhague), devenue un classique, de la mécanique quantique moderne. Nombreux sont ceux qui l'ignorent, mais notre Soleil et nos étoiles brillent grâce aux lois du monde quantique qui ont tant effrayé et indigné Einstein. Aujourd'hui, des scientifiques chinois ont utilisé ces lois et… est venu avecComment déclencher à moindre coût une réaction thermonucléaire dans des conditions terrestres sans recréer l'environnement à l'intérieur des étoiles.
Pour qu'une réaction thermonucléaire auto-entretenue se produise dans un réacteur terrestre, les atomes de combustible ionisés (hydrogène) doivent surmonter la répulsion coulombienne et fusionner pour former un atome d'hélium. On dit souvent que la pression colossale et la température relativement élevée (15 millions de degrés Celsius) du Soleil facilitent ce processus. En réalité, les conditions physiques à l'intérieur d'une étoile sont insuffisantes pour une réaction de fusion thermonucléaire auto-entretenue (et elles le sont encore moins dans les chambres des réacteurs à fusion terrestres).
Les noyaux d'hydrogène franchissent la barrière de Coulomb par effet tunnel, plutôt que par saut. Cet effet tunnel obéit aux lois de la mécanique quantique et présente une probabilité non négligeable. À l'échelle d'une étoile, il garantit les réactions thermonucléaires et une combustion continue, du simple fait de l'abondance des noyaux d'hydrogène : les possibilités de fusion sont immenses, même en tenant compte du caractère probabiliste du processus.
Des physiciens chinois ont adopté une approche inattendue : au lieu de tenter de pousser le plasma du réacteur à son maximum, ils ont proposé d’accroître la probabilité de l’effet tunnel pour les noyaux d’hydrogène combustible. Si les noyaux ne s’échappent de toute façon pas de leur puits d’énergie, pourquoi gaspiller de l’énergie inutilement ? C’est la conclusion d’un article théorique co-écrit par trois scientifiques chinois : Jintao Qi de l’Université de technologie de Shenzhen, le professeur Zhaoyan Zhou de l’Université nationale des technologies de défense et le professeur Xu Wang de l’École doctorale de l’Académie chinoise de physique de l’ingénierie.
L'étude s'appuie sur des calculs du comportement de deux noyaux combustibles d'hydrogène : le deutérium et le tritium. À l'avenir, les chercheurs analyseront leur proposition en tenant compte de plusieurs noyaux et de leurs interactions. L'idée est de compléter le chauffage classique du plasma combustible dans un réacteur par un procédé qui augmenterait la probabilité que les noyaux combustibles franchissent la barrière de Coulomb par effet tunnel, sans dépense énergétique significative. Un tel procédé pourrait contribuer à réduire la consommation énergétique globale des réactions de fusion dans les réacteurs et accélérer le développement de centrales à fusion commerciales.
Traditionnellement, on envisageait l'utilisation de lasers à haute fréquence (comme les lasers à électrons libres à rayons X) pour le pompage de l'énergie du plasma : ils y injectent des particules de très haute énergie. Une nouvelle analyse a démontré que les lasers à basse fréquence (notamment ceux du proche infrarouge) sont plus efficaces pour accroître la probabilité de fusion à énergie injectée égale ou comparable. En effet, le champ à basse fréquence permet aux noyaux d'absorber et d'émettre des photons de manière répétée lors de leur approche, interagissant ainsi plus intensément avec le champ électromagnétique des lasers de pompage. Ceci élargit la distribution d'énergie des collisions et augmente de ce fait les chances d'effet tunnel quantique à travers la barrière de Coulomb.
À titre d'exemple numérique, les auteurs citent les estimations suivantes : à une énergie de collision de 1 keV (kiloélectronvolt) sans laser auxiliaire, la probabilité d'une réaction deutérium-tritium est extrêmement faible. Cependant, en irradiant le combustible avec un champ laser basse fréquence d'une énergie de 1,55 eV et d'une intensité de 1020²⁰ W/cm², la probabilité de fusion augmente de trois ordres de grandeur, soit d'un facteur 1000. En augmentant l'intensité à 5 × 1021²¹ W/cm², la probabilité de fusion augmente de neuf ordres de grandeur (un milliard de fois !) par rapport aux conditions normales. Il s'agit d'une possibilité incroyable, jusqu'alors soit non envisagée, soit considérée comme irréalisable.
Bien que ces travaux demeurent théoriques, ils fournissent une base générale pour l'analyse des réactions de fusion assistées par des champs laser de différentes fréquences et intensités, et suggèrent la possibilité d'assouplir les conditions de température rigoureuses imposées à la fusion contrôlée. À l'avenir, les auteurs envisagent d'étendre la théorie à des environnements plasma plus réalistes, prenant en compte les effets collectifs et les interactions laser-plasma. Cette extension est essentielle pour évaluer la faisabilité pratique des mécanismes décrits en laboratoire.
Source:
Source: 3dnews.ru
