General Atomics a récemment reçu un crédit d'impôt de l'État de Californie pour concevoir et construire une nouvelle installation d'essai à San Diego afin de tester un composant clé d'un réacteur à fusion nucléaire - une gaine de fusion qui peut produire du « combustible fait maison » pour le réacteur tout en produisant de l'électricité. Cette décision est considérée comme un signal important pour que la Californie renforce sa présence dans le domaine de la technologie de l'énergie nucléaire de nouvelle génération, et fournit également une plate-forme clé de vérification technique pour la fusion nucléaire commerciale afin d'évoluer vers un « combustible autosuffisant ».
La fusion nucléaire est considérée comme la solution « énergétique ultime » susceptible de changer fondamentalement le paysage énergétique mondial, mais réaliser une centrale à fusion commercialement viable n’est pas aussi simple que de déclencher une réaction de fusion nucléaire en laboratoire. À l’heure actuelle, tout laboratoire de physique, sous certaines conditions, peut produire une réaction de fusion dans un appareil de bureau. Le véritable problème réside dans la manière de construire un réacteur commercial capable de fonctionner de manière stable pendant une longue période, d'atteindre une production énergétique nette et d'être techniquement réalisable. En plus de faire en sorte que le réacteur produise beaucoup plus d'énergie qu'il n'en consomme, la conception technique doit également prendre en compte la voie spécifique de conversion de l'énergie en électricité et garantir que le système présente toujours une résistance structurelle et une fiabilité à long terme suffisantes dans des conditions extrêmes telles que des champs magnétiques puissants, des températures extrêmement élevées et un rayonnement neutronique de haute intensité.
Dans la recherche et le développement actuels de la technologie de fusion nucléaire, le développement et la vérification de divers composants techniques constituent l'un des principaux objectifs, parmi lesquels le composant appelé « couverture de reproduction de fusion » est particulièrement critique. Comme son nom l'indique, il s'agit d'un « gainage » en alliage de lithium recouvrant la paroi interne de la chambre de confinement magnétique (tokamak), proche de la cavité contenant le plasma d'hydrogène à haute température. Cette enveloppe a une double mission : d'une part, elle capte l'énergie neutronique générée par la réaction de fusion, la convertit en chaleur, puis la transforme en électricité grâce à des liaisons de conversion thermoélectriques classiques ; d'autre part, il utilise ces neutrons pour « cultiver » davantage de combustible de fusion afin d'entretenir et de poursuivre le fonctionnement du réacteur.
La conception actuelle de la réaction de fusion utilise un combustible mixte composé des isotopes de l'hydrogène, le deutérium et le tritium. Le deutérium est relativement facile à extraire de l’eau, tandis que le tritium est très rare. Sa demi-vie radioactive est d'environ 12,32 ans, ce qui signifie que la quantité totale de tritium naturellement présente sur Terre n'est que d'environ 4 kilogrammes. Par conséquent, le combustible au tritium utilisé dans les réacteurs à fusion doit presque être produit artificiellement. La voie principale consiste à utiliser des neutrons pour bombarder le lithium afin d’induire une réaction nucléaire pour générer du tritium. L'enveloppe de fusion joue un rôle dans ce processus : lorsque des neutrons de fusion à haute énergie bombardent continuellement la couche d'alliage de lithium, une partie des neutrons sera absorbée par le noyau de lithium, provoquant sa fission pour produire de l'hélium et du tritium, et libérer une énorme énergie thermique d'environ 4,8 MeV. Le processus de réaction nucléaire correspondant peut être exprimé par la formule ⁶Li + n → ⁴He + ³H + 4,8 MeV.
Bien que ce processus soit relativement clair du point de vue physique, sa mise en œuvre technique présente de nombreux défis. À cette fin, General Atomics unira ses forces avec le Département américain de l'énergie, le Laboratoire national de l'Idaho, l'Université de Californie à San Diego et plusieurs partenaires industriels et universitaires pour construire conjointement le « Blanket Component Test Facility ». L'objectif de l'installation est de réaliser des tests systématiques de gaines de fusion à grande échelle dans des conditions proches des conditions réelles d'un réacteur afin d'évaluer sa durabilité structurelle dans des environnements à haute température et à forte irradiation, tout en mesurant quantitativement sa capacité de production de chaleur et son taux de production de tritium.
L'équipe du projet espère qu'en complétant la vérification d'indicateurs clés tels que les propriétés thermodynamiques, la stabilité des matériaux et « l'efficacité de reproduction » du combustible des composants de revêtement à l'avance dans cette installation, lorsque le premier lot de centrales électriques à fusion commerciales sera construit, ils pourront directement soutenir la technologie de revêtement mature qui a passé avec succès la vérification technique. De cette manière, les futurs réacteurs à fusion devraient disposer de capacités d’auto-approvisionnement en combustible dès les premiers stades d’exploitation, réduisant considérablement la dépendance à l’égard des sources externes de tritium, donnant ainsi à l’énergie de fusion une base plus solide en termes de sécurité, de durabilité et d’économie.