Physicists recreate forgotten experiment observing fusion
Des physiciens recréent une expérience oubliée d'observation de la fusion
Par le Laboratoire national de Los Alamos
Édité par Lisa Lock, relu par Robert Egan
Notes de la rédaction
Richard Crane, directeur de thèse d'Arthur Ruhlig, travaille sur l'accélérateur de l'Université du Michigan utilisé pour les expériences. Crédit : Laboratoire national de Los Alamos
Une collaboration de Los Alamos a reproduit une expérience de physique importante mais largement oubliée : la première observation de fusion deutérium-tritium (DT). Comme le décrit l'article publié dans Physical Review C, la refonte de cette expérience jusque-là méconnue a confirmé le rôle du physicien Arthur Ruhlig de l'Université du Michigan, dont l'expérience et l'observation de la fusion deutérium-tritium en 1938 ont probablement jeté les bases d'un processus physique qui alimente encore aujourd'hui les travaux de sécurité nationale et la recherche sur l'énergie nucléaire.
« Comme nous l'avons découvert, la contribution de Ruhlig a consisté à émettre l'hypothèse selon laquelle la fusion DT se produit avec une très forte probabilité lorsque le deutérium et le tritium sont suffisamment proches l'un de l'autre », a déclaré Mark Chadwick, directeur adjoint du laboratoire Science, Calcul et Théorie de Los Alamos. « Reproduire son expérience nous a permis d'interpréter ses travaux et de mieux comprendre son rôle, ainsi que ses conclusions, pour l'essentiel correctes. L'évolution de la physique du combustible nucléaire a confirmé les profondes conséquences de la brillante intuition d'Arthur Ruhlig. »
La réaction de fusion DT est essentielle au développement des technologies de fusion, que ce soit dans le cadre des capacités de dissuasion nucléaire du pays ou des efforts actuels visant à développer la fusion pour l'énergie civile. Par exemple, la réaction deutérium-tritium est au cœur des travaux du National Ignition Facility visant à exploiter la fusion. Les physiciens de Los Alamos ont élaboré une théorie expliquant l'origine de cette idée – Ruhlig – puis ont mis au point une expérience qui confirmerait l'importance et la justesse de la suggestion de Ruhlig.
À la recherche de l'origine de la fusion DT
En 2023, Chadwick travaillait avec des collègues, dont le physicien théoricien Mark Paris, sur un recueil des débuts du développement de la fusion. Un élément relativement connu de cette histoire est la suggestion du physicien Emil Konopinski, lors d'une réunion à la conférence de physique de Berkeley, en juillet 1942, organisée par J. Robert Oppenheimer, futur directeur du projet Manhattan, selon laquelle la fusion DT, parmi les nombreuses réactions de fusion possibles, serait particulièrement avantageuse comme composant d'une arme à fission-réaction.
Mais Chadwick et ses collègues de Los Alamos se sont demandé : comment Konopinski est-il parvenu à cette idée de la fusion DT ? Choisir le procédé de fusion le plus viable parmi plusieurs options si tôt dans le programme – le projet Manhattan avait véritablement démarré quelques mois auparavant – s'est certainement avéré une décision opportune.
En fouillant un soir dans les archives du Centre de recherche sur la sécurité nationale, Chadwick tomba sur un enregistrement audio de 1986 de Konopinski relatant les prises de décision concernant les réactions deutérium-tritium. (L'équipe a mis l'enregistrement de Konopinski en ligne sur YouTube.) Sa voix surgissant du passé, évoquant un passé encore plus lointain, Konopinski attribua à plusieurs reprises sa motivation à explorer la recherche sur le deutérium-tritium à sa connaissance des recherches d'avant-guerre.
Le tritium fut découvert en 1934 par l'équipe du physicien expérimental Ernest Rutherford. Rutherford était un géant de la physique des débuts, ayant fait progresser le modèle de l'atome avec Niels Bohr et ayant également supervisé les travaux de James Chadwick sur la découverte du neutron. À partir de 1934, Paris éplucha la littérature de physique publiée et finit par tomber sur la lettre de Ruhlig à l'éditeur, publiée en 1938 dans Physical Review, au sujet d'une expérience sur les rayons gamma.
Ruhlig travaillait sur les interactions deutérium-deutérium : il projetait du deutérium avec un faisceau de deutérons et étudiait les effets des rayons gamma. (Un deutéron est le noyau – un neutron et un proton – d’un atome de deutérium.) Dans ce qui ressemble presque à une parenthèse dans le dernier paragraphe de sa lettre, Ruhlig décrit l’observation de protons à des énergies extrêmement élevées, déduisant qu’ils étaient générés par des réactions secondaires : des neutrons de fusion tritium-deutérium diffusant des protons hors d’une fine feuille de cellophane placée dans une chambre à brouillard.
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Des médecins recréent une expérience oubliée d'observation de la fusion
Par le Laboratoire national de Los Alamos
Édité par Lisa Lock, relu par Robert Egan
Notes de la rédaction
Richard Crane, directeur de thèse d'Arthur Ruhlig, travaille sur l'accélérateur de l'Université du Michigan utilisé pour les expériences. Crédit : Laboratoire national de Los Alamos
Une collaboration de Los Alamos a reproduit une expérience de physique importante mais largement oubliée : la première observation de fusion deutérium-tritium (DT). Comme le décrit l'article publié dans Physical Review C, la refonte de cette expérience jusque-là méconnue a confirmé le rôle du physicien Arthur Ruhlig de l'Université du Michigan, dont l'expérience et l'observation de la fusion deutérium-tritium en 1938 ont probablement jeté les bases d'un processus physique qui alimente encore aujourd'hui les travaux de sécurité nationale et la recherche sur l'énergie nucléaire.
« Comme nous l'avons découvert, la contribution de Ruhlig a consisté à émettre l'hypothèse selon laquelle la fusion DT se produit avec une très forte probabilité lorsque le deutérium et le tritium sont suffisamment proches l'un de l'autre », a déclaré Mark Chadwick, directeur adjoint du laboratoire Science, Calcul et Théorie de Los Alamos. « Reproduire son expérience nous a permis d'interpréter ses travaux et de mieux comprendre son rôle, ainsi que ses conclusions, pour l'essentiel correct. L'évolution de la physique du combustible nucléaire a confirmé les profondes conséquences de la brillante intuition d'Arthur Ruhlig. »
La réaction de fusion DT est essentielle au développement des technologies de fusion, que ce soit dans le cadre des capacités de dissuasion nucléaire du pays ou des efforts actuels visant à développer la fusion pour l'énergie civile. Par exemple, la réaction deutérium-tritium est au cœur des travaux du National Ignition Facility visant à exploiter la fusion. Les médecins de Los Alamos ont élaboré une théorie à l'origine de l'origine de cette idée – Ruhlig – puis ont mis au point une expérience qui confirmerait l'importance et la justesse de la suggestion de Ruhlig.
À la recherche de l'origine de la fusion DT
En 2023, Chadwick a travaillé avec des collègues, dont le médecin théoricien Mark Paris, sur un recueil des débuts du développement de la fusion. Un élément relativement connu de cette histoire est la suggestion du médecin Emil Konopinski, lors d'une réunion à la conférence de physique de Berkeley, en juillet 1942, organisée par J. Robert Oppenheimer, futur directeur du projet Manhattan, selon laquelle la fusion DT, parmi les nombreuses réactions de fusion possibles, serait particulièrement avantageuse comme composant d'une arme à fission-réaction.
Mais Chadwick et ses collègues de Los Alamos se sont demandé : comment Konopinski est-il parvenu à cette idée de la fusion DT ? Choisir le procédé de fusion le plus viable parmi plusieurs options si tôt dans le programme – le projet Manhattan avait véritablement démarré quelques mois auparavant – s'est certainement confirmé une décision opportune.
En fouillant un soir dans les archives du Centre de recherche sur la sécurité nationale, Chadwick tomba sur un enregistrement audio de 1986 de Konopinski relatant les prises de décision concernant les réactions deutérium-tritium. (L'équipe a mis l'enregistrement de Konopinski en ligne sur YouTube.) Sa voix surgissant du passé, évoquant un passé encore plus lointain, Konopinski attribue à plusieurs reprises sa motivation à explorer la recherche sur le deutérium-tritium à sa connaissance des recherches d'avant-guerre.
Le tritium a été découvert en 1934 par l'équipe du physicien expérimental Ernest Rutherford. Rutherford était un géant de la physique des débuts, ayant fait progresser le modèle de l'atome avec Niels Bohr et ayant également supervisé les travaux de James Chadwick sur la découverte du neutron. À partir de 1934, Paris éplucha la littérature de physique publiée et finit par tomber sur la lettre de Ruhlig à l'éditeur, publiée en 1938 dans Physical Review, au sujet d'une expérience sur les rayons gamma.
Ruhlig a travaillé sur les interactions deutérium-deutérium : il projetait du deutérium avec un faisceau de deutérons et étudiait les effets des rayons gamma. (Un deutéron est le noyau – un neutron et un proton – d'un atome de deutérium.) Dans ce qui ressemble presque à une parenthèse dans le dernier paragraphe de sa lettre, Ruhlig décrit l'observation de protons à des énergies extrêmement élevées, déduisant qu'ils étaient générés par des réactions secondaires : des neutrons de fusion tritium-deutérium diffusant des protons hors d'une fine feuille de cellophane placée dans une chambre à brouillard.
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ien qu'Arthur (Art) Ruhlig n'ait jamais été largement salué pour son observation initiale de la fusion deutérium-tritium, il a contribué de manière significative à la physique fondamentale pendant de nombreuses années. Né le 13 juin 1912 dans le Michigan, il a obtenu son diplôme d'études secondaires à Fort Wayne, dans l'Indiana, avant de rejoindre l'Université du Michigan.
Élève de H. Richard Crane, Ruhlig a obtenu un doctorat en physique en janvier 1938 pour sa thèse intitulée « Le passage des électrons et des positons rapides à travers le plomb ». Sa publication critique dans Physical Review, « Search for Gamma-Rays from the Deuteron-Deuteron Reaction », et son observation de la fusion DT, ont suivi en août de la même année.
La carrière de Ruhlig a couvert plusieurs disciplines de recherche, tant pour le gouvernement que pour le secteur privé. Il a rejoint le Naval Research Laboratory en 1940 comme ingénieur électricien, où il a travaillé pendant plus de 15 ans. En 1946, il travaillait à la Rocket Sonde Research Branch, une branche du Naval Research Laboratory chargée du développement de fusées utilisant des instruments pour étudier l'atmosphère. Il devint ensuite chef de la division rayonnement, puis du groupe tubes électroniques. Une grande partie de ses travaux de cette époque étaient et restent classifiés, bien qu'il ait occasionnellement publié dans des publications ouvertes.
Par un heureux hasard, Ruhlig fit partie d'une équipe du Naval Research Laboratory qui soutint l'opération Greenhouse de Los Alamos en 1951 dans le Pacifique. Ruhlig dirigea un groupe de diagnostic responsable des amplificateurs et des lignes de transmission. Ayant été le premier à observer la fusion DT en 1938, il fut ainsi parmi les premiers à observer le plasma de fusion en combustion, tel qu'il était déployé lors de la série d'essais thermonucléaires. Ruhlig développa une formule, largement utilisée pendant des décennies, permettant de déduire la température d'un plasma en combustion à partir du spectre neutronique observé.
En 1956, Ruhlig rejoint la société d'ingénierie et de recherche Aeronutronic (rachetée plus tard par Ford et fusionnée avec Philco), où il dirige un laboratoire de radar et d'électronique. En 1960, Ruhlig est nommé responsable de la physique et de l'informatique de ce qui est aujourd'hui la division Aeronutronic de Ford Motor Company à Newport Beach, en Californie, puis nommé scientifique senior en 1961.
L'entreprise souligne les « compétences étendues » dont Ruhlig a fait preuve durant son mandat dans les années 1960, notamment son rôle précieux dans le développement d'un projet de système laser pour l'US Air Force. Il parle couramment l'allemand, le français et le russe et est salué comme un « scientifique brillant », dont « la loyauté envers l'entreprise et (…) l'intégrité personnelle et professionnelle sont du plus haut niveau ».
Homme de famille, Ruhlig épousa Emily en 1934. Ils restèrent unis près de 67 ans avant son décès en 2001. Arthur Ruhlig mourut en 2003 à Santa Ana, en Californie. L'équipe de recherche de l'université de Los Alamos-Duke qui reproduisait l'expérience prit contact avec Vivian Lamb, la fille de Ruhlig, vivant en Caroline du Nord. Elle recherchait des informations sur sa famille pour les partager avec sa petite-fille et, voyant la demande d'informations sur Ruhlig en ligne, contacta l'équipe de recherche et partagea gracieusement son temps et ses souvenirs.
Elle transmit également une photo de son père travailleur, probablement prise après ses travaux de 1938 – un portrait, selon les mots de Vivian, du « scientifique accompli », celui qui alliait une « curiosité de toujours pour les problèmes de physique » à un « respect indéfectible pour les expériences scientifiques rigoureuses ».
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RESUME
Des physiciens recréent une expérience oubliée d'observation de la fusion
Une collaboration de Los Alamos a reproduit une expérience de physique importante, mais largement oubliée : la première observation de fusion deutérium-tritium (DT). Comme décrit dans l'article publié dans Physical Review C, la refonte de cette expérience jusque-là méconnue a confirmé le rôle du physicien Arthur Ruhlig de l'Université du Michigan, dont l'expérience et l'observation de la fusion deutérium-tritium en 1938 ont probablement jeté les bases d'un processus physique qui alimente encore aujourd'hui les travaux de sécurité nationale et la recherche sur l'énergie nucléaire.
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COMMENTAIRES
J 'avoue de pas trop m interesser a cet historique de Ruhlig et a cette premiere découverte de lma fusion nucléaire deutérium tritium ! En revancke j aimerais bien que le Brookhavenn National La boratory accelere ses recherches !!!!L humanité attend avec impatience l exploitation industrielle de la fusion nucléaire
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More information: W. Tornow et al, Modern version of the uncited 1938 experiment that first observed DT fusion, Physical Review C (2025). DOI: 10.1103/PhysRevC.111.064618
Journal information: Physical Review C
Provided by Los Alamos National Laboratory
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