Sa réussite promet un avenir où une énergie propre et pratiquement illimitée pourra alimenter notre monde. L'autorité britannique de l'énergie atomique (UKAEA) est à la pointe de ces efforts. Dans le cadre de son programme Fusion Industry Programme (FIP), elle s'emploie à créer l'infrastructure et la technologie nécessaires pour concrétiser le potentiel de la fusion en tant que source d'énergie fiable.
En mai 2024, l'UKAEA a attribué 9,6 millions de livres sterling à six organisations, dont deux universités et quatre entreprises privées, y compris IS-Instruments, pour faire avancer des projets qui développent les outils, les technologies et les compétences nécessaires pour accélérer la commercialisation de l'énergie de fusion.
Toutefois, il reste des défis majeurs à relever pour faire de la fusion nucléaire une réalité durable et une solution évolutive à la crise énergétique mondiale.La fusion nécessite des températures de plus de 100 millions de degrés Celsius (pour le confinement magnétique) ou des pressions élevées de 100 à 1000 GPa.Cela soulève la question de l'obtention et du maintien stable de ces conditions extrêmes, des matériaux qui les contiennent et de la surveillance des processus qui s'y déroulent.Un autre défi concerne le combustible nécessaire à la fusion : le tritium.
Isotopologue radioactif de l'hydrogène, le tritium est un combustible essentiel pour la fusion nucléaire. Cependant, le tritium naturel étant rare, sa production, son stockage et sa gestion sont essentiels à la viabilité commerciale des centrales à fusion nucléaire.
Le tritium pose des problèmes aux systèmes de mesure. Plusieurs techniques sont généralement nécessaires, combinant des mesures en ligne et hors ligne.
Les capteurs chimiques sont largement utilisés. Bien qu'ils soient peu coûteux, ils manquent de précision et de spécificité. La chromatographie en phase gazeuse est fiable et précise, mais les instruments sont volumineux, ce qui limite leur déploiement, et complexes, ce qui nécessite un personnel spécialement formé pour les utiliser et interpréter les résultats.L'absorption infrarouge est non invasive et précise, mais elle ne permet pas de différencier le diatomique H2, qui n'a pas de raie IR. Le comptage par scintillation liquide offre une limite de détection basse mais nécessite une masse d'échantillon importante, ne peut pas mesurer H2 ou D2, nécessite une digestion sous forme liquide et génère des déchets secondaires.
Le rôle du RamanLe Raman offre d'excellentes possibilités d'analyse qualitative de la composition des matériaux grâce à sa grande sélectivité.
IS-Instruments est un expert en spectroscopie Raman, spécialisé dans la conception d'équipements de spectroscopie Raman déployables pour l'analyse chimique et des matériaux sur site.Depuis plus de cinq ans, nos systèmes modulaires flexibles ont démontré qu'ils fonctionnaient avec succès dans des environnements de mesure difficiles.
Leur participation au projet GRADE du FIP est axée sur le cycle du combustible de fusion, en particulier sur l'identification des isotopes de l'hydrogène, avec un accent particulier sur le tritium.
Alors que le Raman est une technique bien établie pour mesurer les solides et les liquides, la nature diffuse des gaz présente des défis importants. Cette collaboration a permis d'étudier l'utilisation de fibres à cœur creux microstructurées (HCF) pour augmenter la longueur du trajet de l'interaction laser-gaz. Grâce à une série de projets financés par Innovate UK, l'instrument a mesuré avec succès N2, O2 et H2O, puis CH4, IPA et CO. Avec GRADE, l'instrument est développé pour analyser le tritium gazeux dans le cycle du combustible de fusion.
La phase initiale d'investigation de GRADE s'est conclue par des analyses simultanées réussies de l'hydrogène, du deutérium et de l'hydrure de deutérium. Les données recueillies ont permis de détecter de manière répétée des concentrations variées. Après comparaison avec la littérature actuelle et extrapolation, il a été déterminé que le tritium serait détectable avec la configuration actuelle de l'instrument, ce qui nous amène à la phase de travail actuelle. Au cours de la phase initiale des travaux, ISI a collaboré avec Amentum pour concevoir un système complet qui permettrait d'intégrer l'instrument en toute sécurité dans un environnement tritié.
Leur objectif actuel est de confirmer la capacité de la technologie Gas Raman à analyser et à mesurer avec succès le tritium en temps réel. Elle pourrait également être utilisée pour surveiller le tritium lorsqu'il subit une désintégration bêta, émettant des particules bêta de faible énergie qui interagissent avec les polymères, les rendant cassants et inflexibles. Le rayonnement bêta peut également entraîner la formation de sous-produits gazeux tels que le méthane ou de petits hydrocarbures lorsque le polymère se dégrade, libérant ainsi des composés titrés dans l'environnement.
La désintégration bêta du tritium présente un risque pour l'environnement, les opérateurs des réacteurs de fusion et les équipements. Sa nature radioactive impose également la nécessité d'une zone de confinement spécialisée pour tester chaque composant du nouvel équipement de surveillance afin de s'assurer de sa résistance aux radiations.
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