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Les secrets de la fusion contrôlée examinés aux rayons X

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Un chercheur effectue un réglage dans le dispositif optique de Vulcain. Crédit : STFC

Présenté comme une solution d'avenir pour les besoins en énergie, le contrôle de la fusion thermonucléaire reste un considérable défi technique. L'une des deux voies envisageables, la fusion inertielle, peut s'étudier à l'aide de rayons X dans un milieu simulant le cœur d'une planète géante, où la matière est extrêmement chaude et dense.

La voie de la fusion inertielle consiste à faire imploser une microbille constituée d'un mélange de deutérium et de tritium sous l'effet d'un puissant rayon laser. Les conditions de température et de pression ainsi atteintes devraient permettre aux réactions thermonucléaires de s'enclencher. Mais, dans la pratique, on est encore loin de savoir contrôler la fusion de cette manière.

Pour avancer, il faut mieux comprendre la physique de cette matière chauffée à des températures dépassant 50.000 K sous des pressions analogues à celles régnant à l'intérieur des planètes géantes comme Saturne et Jupiter. Or justement, les astrophysiciens étudient depuis longtemps l'équation d'état de la matière dans le cœur de ces astres...

Cliquez pour agrandir. La mise en place d'un échantillon avant le bombardement par le laser Vulcain. Crédit : STFC

Une équipe internationale de chercheurs utilise dans ce but le laser Vulcain du Science and Technology Facilities Council's (STFC) Central Laser Facility. Il s'agit d'un laser néodyme dans le domaine infrarouge. Il sert aux planétologues pour comprimer des échantillons de matériaux aussi bien que dans le domaine de la fusion inertielle où il est utilisé comprendre les étapes initiales de l'ignition d'une microbille de combustible.

Une matière à la fois liquide et gazeuse

Pour mesurer les conditions thermodynamiques de pression et de température régnant dans les échantillons de matière et leurs degrés d'ionisation, les chercheurs ont eu recours à la diffusion inélastique d'un intense faisceau de rayons X. Ils viennent de publier les résultats de leur recherche dans Nature Physics. Un morceau de lithium a été porté à des températures supérieures à 50.000 K et le spectre de rayons X diffusés a été mesuré puis analysé avec des simulations numériques.

Selon eux, leurs expériences indiquent que la matière au cœur des planètes géantes et dans la croûte de certaines vieilles étoiles comme les naines blanches se trouverait dans un état intermédiaire entre un solide et un gaz. Pour être un peu plus précis, elle ressemblerait à un liquide chargé sur une échelle de 0,3 nanomètre, mais à un gaz pour des distances plus courtes. Voilà qui montre à quel point la matière soumise à ces conditions hors normes adopte un comportement complexe, mélange d'effets de physique classique et quantique.

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