Newswise : Les scientifiques ont découvert l’impact remarquable de l’inversion d’une méthode standard pour lutter contre un obstacle majeur à la production d’énergie de fusion sur Terre. Les théoriciens du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du Département américain de l’énergie (DOE) ont proposé de faire exactement le contraire de la procédure prescrite pour améliorer considérablement les résultats futurs.

Percer des trous dans le confinement du plasma

Le problème, appelé « modes de déchirure verrouillés », se produit dans tous les tokamaks actuels, des installations magnétiques en forme de beignet conçues pour créer et contrôler la puissance de fusion pratiquement illimitée qui alimente le soleil et les étoiles. Les modes provoqués par l’instabilité tournent avec un plasma chaud et chargé, le quatrième état de la matière composé d’électrons libres et de noyaux atomiques qui alimentent les réactions de fusion, et génèrent des trous appelés îlots dans le champ magnétique qui confine le gaz, permettant une fuite de chaleur clé. .

Ces îlots se développent lorsque les modes cessent de tourner et se verrouillent en place, un taux de croissance qui augmente la perte de chaleur, réduit la production de plasma et peut provoquer des perturbations qui permettent à l’énergie stockée dans le plasma de frapper et d’endommager le plasma. tokamakles murs intérieurs. Pour éviter de tels risques, les chercheurs envoient maintenant des micro-ondes dans le plasma pour stabiliser les modes avant qu’ils ne puissent se verrouiller.

Cependant, les résultats de PPPL suggèrent fortement que les chercheurs stabilisent les modes dans les grands tokamaks de nouvelle génération après leur verrouillage. Dans les tokamaks d’aujourd’hui, « ces modes se verrouillent plus vite que les gens ne le pensaient et il devient beaucoup plus difficile de les stabiliser pendant qu’ils tournent encore », a déclaré Richard Nies, doctorant au programme de physique des plasmas de Princeton et auteur principal d’un La fusion nucléaire article exposant les découvertes surprenantes.

READ  « Tellement de profondeur » : Nick Kyrgios fait l'éloge du talent australien à Wimbledon | Wimbledon

Un autre inconvénient, a-t-il ajouté, est que « ces micro-ondes augmentent en largeur en se réfractant dans le plasma, rendant la stabilisation de mode tout en tournant encore moins efficace aujourd’hui, et ce problème a été exacerbé ces dernières années ».

A ces problèmes s’ajoute le fait que dans les futurs grands tokamaks comme ITER, l’installation internationale en construction dans le sud de la France, « le plasma est tellement gros que la rotation est beaucoup plus lente et ces modes se bloquent assez vite quand ils sont encore solides . » assez petit. dit Nies. « Il sera donc beaucoup plus efficace de modifier le package de stabilisation des futurs grands tokamaks et de les laisser d’abord se verrouiller puis se stabiliser. »

Cet investissement pourrait faciliter le processus de fusion, que les scientifiques du monde entier cherchent à reproduire. Le processus combine des éléments légers sous forme de plasma pour libérer de grandes quantités d’énergie. « Cela offre une manière différente de voir les choses et pourrait être un moyen beaucoup plus efficace de s’attaquer au problème », a déclaré Allan Reiman, chercheur distingué et co-auteur de l’article. « Les gens devraient prendre plus au sérieux la possibilité de permettre aux îles de se verrouiller », a déclaré Reiman.

près d’interrompre

Il est peu probable que la technique recommandée fonctionne sur les tokamaks d’aujourd’hui car les îlots en mode déchirure se développent si rapidement et sont si grands lorsqu’ils sont bloqués dans ces installations que le plasma est sur le point de se rompre une fois qu’il a été bloqué. C’est pourquoi les chercheurs doivent désormais utiliser de grandes quantités d’énergie pour stabiliser les modes au prix de limiter la production de fusion. En revanche, la lente croissance des îles sur les tokamaks de nouvelle génération « laisse un long chemin à parcourir avant qu’il n’y ait une panne, il y a donc beaucoup de temps pour stabiliser le mode », a déclaré Nies.

READ  Décès de coronavirus aux États-Unis: 200000 sont morts de Covid-19. C'est plus que les morts au combat des États-Unis après 5 guerres combinées

Une fois que les modes des futurs tokamaks sont verrouillés en place, les micro-ondes peuvent pointer directement vers eux au lieu de les stabiliser uniquement lorsqu’ils tournent devant le faisceau de micro-ondes dans les installations actuelles. « Ces calculs théoriques montrent l’efficacité de ce que nous proposons », a déclaré Nies.

Ce qu’il faut maintenant, ce sont des expériences pour tester le plan d’action proposé, a-t-il déclaré. « Nous ne voudrions pas activer ITER et découvrir ensuite quelle stratégie fonctionne. Il existe une réelle opportunité d’explorer la physique que nous abordons dans les appareils d’aujourd’hui. »

Les résultats de simulation présentés dans cette étude proviennent du groupe de recherche en informatique PPPL. Les co-auteurs comprenaient le professeur de physique Nat Fisch, directeur du programme de physique des plasmas de Princeton et directeur associé des affaires académiques au PPPL. Le soutien pour ce travail provient du DOE Office of Science.

PPPL, au campus Forrestal de l’Université de Princeton à Plainsboro, NJ, se consacre à créer une nouvelle compréhension de la physique des plasmas (gaz chargés ultra-chauds) et à développer des solutions pratiques pour créer de l’énergie de fusion. Le laboratoire est géré par l’University for Science Bureau du US Department of Energy, qui est le plus grand sponsor de la recherche fondamentale en sciences physiques aux États-Unis et s’efforce de relever certains des défis les plus urgents de notre époque. Pour plus d’informations, visitez https://energy.gov/science.