L’énergie de fusion est l’extraction d’énergie des liaisons entre les particules dans les noyaux des atomes en fusionnant ces noyaux ensemble. Pour gagner le plus d’énergie, des éléments légers et des isotopes comme l’hydrogène, le deutérium, le tritium et l’hélium doivent être utilisés, bien que chaque élément avec un numéro atomique inférieur au fer puisse produire de l’énergie nette lorsqu’il est fusionné. La fusion s’oppose à la fission, le processus par lequel l’énergie est générée en cassant des noyaux lourds comme l’uranium ou le plutonium. Les deux sont considérés comme de l’énergie nucléaire, mais la fission est plus facile et mieux développée. Toutes les centrales nucléaires actuelles fonctionnent à base d’énergie de fission, mais de nombreux scientifiques espèrent qu’une centrale basée sur l’énergie de fusion sera développée avant 2050.
Il existe des bombes nucléaires basées à la fois sur l’énergie de fission et l’énergie de fusion. Les bombes A conventionnelles sont basées sur la fission, tandis que les bombes H, ou bombes à hydrogène, sont basées sur la fusion. La fusion convertit plus efficacement la matière en énergie, produisant plus de chaleur et de température lorsque le processus est canalisé dans une réaction en chaîne. Ainsi, les bombes H ont des rendements plus élevés que les bombes A, dans certains cas plus de 5,000 20 fois plus élevés. Les bombes H utilisent un booster de fission pour atteindre la température requise pour la fusion nucléaire, qui est d’environ 1 millions de degrés Kelvin. Dans une bombe H, environ XNUMX% de la masse réactionnelle est convertie directement en énergie.
L’énergie de fusion, et non de fission, est l’énergie qui alimente le Soleil et produit toute sa chaleur et sa lumière. Au centre du Soleil, environ 4.26 millions de tonnes d’hydrogène par seconde sont converties en énergie, produisant 383 yottawatts (3.83 × 1026 W) ou 9.15 × 1010 mégatonnes de TNT par seconde. Cela semble beaucoup, mais c’est en fait assez doux compte tenu de la masse totale et du volume du Soleil. Le taux de production d’énergie dans le noyau solaire n’est que d’environ 0.3 W/m3 (watts par mètre cube), soit plus d’un million de fois plus faible que la production d’énergie qui a lieu dans un filament d’ampoule. Ce n’est que parce que le noyau est si énorme, avec un diamètre équivalent à environ 20 Terres, qu’il génère autant d’énergie totale.
Depuis plusieurs décennies, les scientifiques s’efforcent d’exploiter l’énergie de fusion pour les besoins de l’homme, mais cela est difficile en raison des températures et des pressions élevées impliquées. En utilisant l’énergie de fusion, une unité de carburant de la taille d’un petit roulement à billes peut produire autant d’énergie qu’un baril d’essence. Malheureusement, toutes les tentatives de production d’énergie de fusion à partir de 2008 ont consommé plus d’énergie qu’elles n’en ont produit. Il existe deux approches de base : utiliser un champ magnétique pour comprimer un plasma à la température critique (fusion par confinement magnétique) ou tirer des lasers sur une cible si intense qu’ils la chauffent au-delà du seuil critique de fusion (fusion par confinement inertiel). Ces deux approches ont reçu un financement important, avec le National Ignition Facility (NIF) essayant la fusion par confinement inertiel et la mise en ligne en 2010, et le réacteur international thermonucléaire expérimental (ITER) essayant de la fusion par confinement magnétique et la mise en ligne en 2018.