Des ingénieurs américains ont mis au point une technologie de revêtement par pulvérisation pour créer un matériau résistant aux conditions rigoureuses à l’intérieur d’un réacteur de fusion. Cette innovation pourrait faciliter la conception de réacteurs de fusion compacts plus efficaces et plus faciles à entretenir.
Les chercheurs ont utilisé un processus de pulvérisation à froid pour déposer un revêtement de tantale, un métal capable de résister à des températures élevées, sur de l’acier inoxydable. Ils ont testé leur revêtement de tantale pulvérisé à froid dans des conditions extrêmes similaires à celles d’un réacteur de fusion et ont constaté qu’il se comportait très bien.
Le tantale est intrinsèquement bon pour absorber l’hydrogène, et les chercheurs soupçonnaient que la création d’un revêtement de tantale à l’aide d’un processus de pulvérisation à froid augmenterait encore plus ses capacités de piégeage de l’hydrogène.
Des expériences concluantes
Mykola Ialovega, chercheur postdoctoral en génie nucléaire et physique de l’ingénierie à l’UW-Madison, a mené des expériences sur le matériau revêtu dans des installations à l’Université Aix Marseille en France et à Forschungszentrum Jülich GmbH en Allemagne.
Au cours de ces expériences, il a constaté que lorsqu’il chauffait le matériau à une température plus élevée, il expulsait les particules d’hydrogène piégées sans modifier les revêtements, un processus qui régénère essentiellement le matériau pour qu’il puisse être réutilisé.
« Nous avons découvert que le revêtement de tantale pulvérisé à froid absorbe beaucoup plus d’hydrogène que le tantale en vrac en raison de la microstructure unique du revêtement« , explique Kumar Sridharan, professeur d’ingénierie nucléaire et de physique de l’ingénieur à l’UWM.
Au cours de la dernière décennie, le groupe de recherche a introduit la technologie de pulvérisation à froid dans la communauté de l’énergie nucléaire en la mettant en œuvre pour de multiples applications liées aux réacteurs à fission.
En synthèse
Cette nouvelle technologie de revêtement par pulvérisation à froid pourrait révolutionner la conception et l’entretien des réacteurs de fusion. En améliorant la capacité du tantale à piéger l’hydrogène, les chercheurs ont créé un matériau qui peut résister aux conditions extrêmes à l’intérieur d’un réacteur de fusion et qui peut être régénéré pour une réutilisation continue. Cette avancée pourrait faciliter la conception de réacteurs de fusion compacts plus efficaces et plus faciles à entretenir.
« La création d’un composite métallique réfractaire présentant ces caractéristiques de manipulation bien contrôlée de l’hydrogène, combinées à la résistance à l’érosion et à la résilience générale du matériau, constitue une percée pour la conception de dispositifs à plasma et de systèmes d’énergie de fusion« , déclare Olivier Schmitz à l’UWM. « La perspective de modifier l’alliage et d’inclure d’autres métaux réfractaires pour améliorer le composite en vue d’applications nucléaires est particulièrement intéressante.«
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Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le tantale ?
Le tantale est un métal rare et précieux connu pour sa résistance à la corrosion et à la chaleur.
Qu’est-ce que la pulvérisation à froid ?
La pulvérisation à froid est un processus qui consiste à propulser des particules de matériau de revêtement à des vitesses supersoniques sur une surface. Lors de l’impact, les particules s’aplatissent comme des crêpes et recouvrent toute la surface.
Pourquoi le tantale est-il utilisé dans les réacteurs de fusion ?
Le tantale est utilisé dans les réacteurs de fusion en raison de sa capacité à résister à des températures élevées et à absorber l’hydrogène.
Quels sont les avantages de cette nouvelle technologie de revêtement ?
Cette nouvelle technologie de revêtement permet de créer un matériau qui peut résister aux conditions extrêmes à l’intérieur d’un réacteur de fusion et qui peut être régénéré pour une réutilisation continue.
Quelles sont les prochaines étapes pour cette recherche ?
Les chercheurs prévoient d’utiliser leur nouveau matériau dans le Wisconsin HTS Axisymmetric Mirror (WHAM), un dispositif expérimental en construction près de Madison, dans le Wisconsin.
Références
Légende illustration principale : Les étudiants diplômés Evan Willing (à gauche) et Tyler Dabney installent l’équipement pour appliquer un revêtement par pulvérisation à froid dans le laboratoire de pulvérisation à froid du professeur Kumar Sridharan. Photo par Joel Hallberg
University of Wisconsin-Madison. (2023). New coating technology for fusion reactors. Physica Scripta.
