Le lithium-6 est un matériau crucial pour les réacteurs de fusion nucléaire, mais l'isoler est difficile – les chercheurs ont maintenant trouvé un moyen de le faire sans utiliser de mercure toxique
Illustration d'un réacteur à fusion nucléaire
La puissance illimitée de la fusion nucléaire peut être un pas de plus près après la découverte accidentelle d'un nouveau processus pour fournir l'isotope lithium-6, ce qui est essentiel pour fournir du carburant à un réacteur à fusion durable.
Le processus de fusion le moins difficile consiste à combiner deux isotopes d'hydrogène, de deutérium et de tritium pour produire de l'hélium, un neutron et beaucoup d'énergie. Le tritium, un isotope radioactif rare de l'hydrogène, est difficile et coûteux à trouver. Les réacteurs «éleveur» cherchent à fabriquer du tritium en bombardant le lithium avec des neutrons.
Les atomes de lithium existent sous forme de deux isotopes stables: le lithium-7 représente 92,5% de l'élément dans la nature et le reste est le lithium-6. L'isotope plus rare réagit beaucoup plus efficacement avec les neutrons pour produire du tritium dans une réaction de fusion.
Cependant, les deux isotopes de lithium sont extrêmement difficiles à séparer. Jusqu'à présent, cela n'a été réalisé qu'à grande échelle en utilisant un processus hautement toxique dépendant du mercure. En raison de l'impact environnemental, ce processus n'a pas été utilisé dans les pays occidentaux depuis les années 1960 et les chercheurs sont obligés de s'appuyer sur des stocks de baisse de lithium-6 produits avant l'interdiction.
Sarbajit Banerjee à ETH Zurich en Suisse et ses collègues ont maintenant découvert une méthode alternative par hasard, alors qu'elles cherchaient des moyens de nettoyer l'eau contaminée par le forage pétrolier.
Les chercheurs ont remarqué que les membranes de ciment qu'ils employaient, contenant un composé fabriqué en laboratoire appelé oxyde de Zeta vanadium, ont collecté de grandes quantités de lithium et semblaient isoler de manière disproportionnée le lithium-6.
L'oxyde de zeta vanadium contient des tunnels entourés d'atomes d'oxygène, explique Banerjee. «Les ions lithium se déplacent dans ces tunnels, qui se trouvent être juste la bonne taille (pour lier le lithium-6)», dit-il. «Nous avons constaté que les ions lithium-6 sont liés plus fortement et sont conservés dans les tunnels.»
Les chercheurs ne comprennent pas pleinement pourquoi le lithium-6 est préférentiellement conservé, mais sur la base des simulations, ils croient que cela a à voir avec les interactions entre les ions et les atomes aux bords des tunnels, explique Banerjee.
Il dit qu'ils n'ont isolé que moins d'un gramme de lithium-6 jusqu'à présent, mais ils espèrent augmenter le processus afin qu'il puisse produire des dizaines de kilogrammes de l'isotope. Un réacteur de fusion commercial devrait avoir besoin de tonnes de l'élément chaque jour.
«Cependant, ces défis pâlent par rapport aux plus grands défis avec les réacteurs plasmatiques et l'allumage au laser pour la fusion», explique Banerjee.
