EX-Fusion Inc., dirigée par son PDG Kazuki Matsuo, et l’Institut de Technologie de Tokyo, présidé par Kazuya Masu, ont établi un Cluster de Recherche Collaborative dédié à l’avancement des dispositifs à métal liquide pour la réalisation de réacteurs à fusion laser commerciaux. Cette collaboration marque un tournant significatif dans la recherche sur l’énergie durable.
Le ‘Cluster de Recherche Collaborative sur le Métal Liquide EX-Fusion’ a été établi avec le soutien de la Plateforme d’Innovation Ouverte de Tokyo Tech. Il vise à fournir un soutien pour la gestion de la recherche, la stratégie de propriété intellectuelle, et la commercialisation, avec pour objectif ultime de faciliter la mise en œuvre sociétale des résultats de recherche développés au sein du Cluster de Recherche Collaborative.
En plein milieu de la demande urgente pour des sources d’énergie qui n’émettent pas de gaz à effet de serre, les réacteurs à fusion laser suscitent de grandes attentes à l’échelle mondiale comme source d’énergie durable. Les réactions de fusion nucléaire sont l’un des phénomènes naturels par lesquels le soleil, comme toutes les autres étoiles, génère une énergie immense, impliquant la fusion de noyaux atomiques, tels que l’hydrogène, dans des conditions de haute température et de haute pression, les transformant en noyaux plus lourds comme l’hélium.
La fusion laser : une technologie d’avenir
La fusion laser, en revanche, est une technologie qui induit des réactions de fusion nucléaire en irradiant le combustible avec des lasers, ce qui entraîne la génération d’énergie. En exploitant les ressources en eau de mer, elle offre une option d’approvisionnement en énergie sûre et durable. De plus, elle possède la capacité de s’adapter de manière flexible aux fluctuations de la demande en électricité, et à long terme, elle est projetée pour être un acteur clé dans la conduite vers la décarbonation.
Cependant, bien que de nombreux efforts de recherche et de développement soient en cours dans le monde entier pour relever les défis techniques et améliorer l’efficacité énergétique, à ce jour, les réacteurs à fusion laser commerciaux n’ont pas encore été réalisés.
Vers la réalisation de réacteurs à fusion laser commerciaux
Grâce à la recherche collaborative entre EX-Fusion, qui développe des réacteurs à fusion laser, et Tokyo Tech, qui mène des recherches académiques liées au fluide métallique liquide, le Cluster de Recherche Collaborative vise à construire un concept pour des couvertures de combustible liquide adaptées aux réacteurs à fusion laser. Il développera également les technologies nécessaires pour les composants de la couverture liquide tout en travaillant largement sur la recherche conjointe pour la conception d’une boucle de maquette de couverture.
Les connaissances et le groupe de technologie des métaux liquides obtenus grâce à cette recherche collaborative devraient être utiles non seulement dans la fusion, mais aussi dans un large éventail de domaines tels que les miroirs de métal liquide et les technologies de purification de l’environnement.
En synthèse
EX-Fusion est une entreprise en démarrage qui développe des technologies essentielles pour les réacteurs à fusion laser, y compris les lasers et les cibles de combustible. Elle a été reconnue par Toyo Keizai, un important magazine économique japonais, comme l’une des ‘100 meilleures entreprises en démarrage’ en 2023.
Grâce à la collaboration entre EX-Fusion et Tokyo Tech, qui est à la pointe de la recherche sur les systèmes de conversion d’énergie utilisant le fluide métallique liquide, ils prévoient de s’attaquer conjointement à un large éventail d’applications technologiques, dans le but de maximiser la mise en œuvre sociale de ces technologies.
Au cours des trois prochaines années, le Cluster de Recherche Collaborative vise à faire avancer la méthode de synthèse de haute pureté pour le matériau d’élevage de combustible liquide, qui est clé pour le cycle du combustible de la fusion laser. Ce développement technologique vise à soutenir le développement de l’énergie de fusion qui se produit à l’échelle mondiale.
En outre, tout en conceptualisant le système de couverture liquide, ils développeront diverses technologies liées à sa longévité et à son efficacité opérationnelle. En intégrant ces technologies de couverture dans les réacteurs à fusion laser développés par EX-Fusion, ils visent la commercialisation de l’énergie de fusion laser dans les 10 prochaines années.
Terminologies
Dispositifs en métal liquide : Il s’agit de composants tels que la couverture de lithium-plomb liquide (LiPb) responsable de la reproduction du combustible et de la conversion de l’énergie dans un réacteur à fusion laser, les parois en métal liquide qui protègent les matériaux structurels et les miroirs en métal liquide présentant une excellente résistance aux dommages pour l’irradiation laser. En irradiant l’alliage liquide de lithium-plomb (LiPb) avec des neutrons produits lors des réactions de fusion nucléaire, on produit du combustible, comme le tritium, et de l’énergie thermique.
Réacteur à fusion laser commercial : une source d’énergie propre, sûre et fiable, qui ne produit pas de déchets hautement radioactifs. Elle est générée par un réacteur de fusion compact qui utilise un combustible abondant extrait de l’eau de mer. Sa puissance est égale ou supérieure à celle d’un réacteur nucléaire, tout en conservant les niveaux de sécurité des énergies renouvelables conventionnelles. Le système peut également s’adapter aux variations de charge en modifiant le taux de répétition du laser.
Blanket mock-up loop : Dispositif expérimental pour l’extraction continue d’énergie tout en faisant circuler du métal liquide, servant de couverture de reproduction du combustible liquide pour un réacteur à fusion laser.
Matériau de reproduction du combustible liquide lithium-plomb : Alliage liquide de plomb et de lithium, il fonctionne à la fois comme multiplicateur de neutrons et comme surgénérateur de tritium. Un métal liquide possède d’excellentes propriétés de transfert de chaleur en tant que liquide de refroidissement, puisqu’il fonctionne comme un fluide de métal en fusion. Tokyo Tech a développé avec succès une méthode de synthèse à basse pression à l’aide d’un agitateur de type presse-purée en 2022 et a publié un article à ce sujet la même année.
Système optique final : Les miroirs, appelés système optique final, qui sont essentiels pour réfléchir le laser sur la cible de combustible et nécessaires pour irradier la cible de combustible avec un laser, sont exposés à des neutrons de haute énergie. Il est donc nécessaire de disposer d’un système optique final capable de se remettre rapidement des dommages induits par les neutrons. Dans le cadre de cette recherche conjointe, il est prévu d’étudier la fonctionnalité d’autoréparation en tirant parti de la fusion et de la solidification des métaux à bas point de fusion[6].
Miroirs métalliques à bas point de fusion pour l’exploration de l’espace lointain : Tokyo Tech a introduit un concept pour simplifier le transport et l’installation de métaux, tels que les liquides, pour créer des miroirs de télescope primaire sur des corps célestes comme la lune. Les résultats fondamentaux de ce concept ont été publiés dans un article en 2023.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la fusion laser ?
La fusion laser est une technologie qui induit des réactions de fusion nucléaire en irradiant le combustible avec des lasers, ce qui entraîne la génération d’énergie. Elle offre une option d’approvisionnement en énergie sûre et durable en exploitant les ressources en eau de mer.
Qu’est-ce que le Cluster de Recherche Collaborative ?
Le Cluster de Recherche Collaborative est une initiative conjointe entre EX-Fusion Inc. et l’Institut de Technologie de Tokyo. Il vise à avancer les dispositifs à métal liquide pour la réalisation de réacteurs à fusion laser commerciaux.
Quels sont les objectifs de cette collaboration ?
Le but ultime de cette collaboration est de faciliter la mise en œuvre sociétale des résultats de recherche développés au sein du Cluster de Recherche Collaborative. Ils visent à construire un concept pour des couvertures de combustible liquide adaptées aux réacteurs à fusion laser et à développer les technologies nécessaires pour les composants de la couverture liquide.
Qu’est-ce que EX-Fusion Inc. ?
EX-Fusion est une entreprise en démarrage qui développe des technologies essentielles pour les réacteurs à fusion laser, y compris les lasers et les cibles de combustible. Elle a été reconnue comme l’une des ‘100 meilleures entreprises en démarrage’ en 2023 par Toyo Keizai, un important magazine économique japonais.
Quand peut-on s’attendre à la commercialisation de l’énergie de fusion laser ?
En intégrant les technologies de couverture dans les réacteurs à fusion laser développés par EX-Fusion, ils visent la commercialisation de l’énergie de fusion laser dans les 10 prochaines années.
Légende illustration principale : Le design conceptuel d’un réacteur de fusion laser qu’EX-Fusion et Tokyo Tech développeront dans le cadre de la recherche collaborative. Credit : EX-Fusion corporation
Article : « Fundamental study on optical performance of low-melting-point metal mirrors for space telescopes » – DOI: 10.1016/j.rio.2023.100473
