Cette découverte cruciale marque un énorme pas en avant dans les progrès des réacteurs à fusion

Les chercheurs ont utilisé les ondes d’Alfvén pour atténuer les électrons en fuite dans les dispositifs de fusion tokamak, ce qui aura des implications majeures pour les futurs projets d’énergie de fusion, notamment ITER en France.

Des scientifiques dirigés par Zhang Liu du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) a révélé une approche prometteuse pour atténuer les dommages causés par les électrons en fuite causés par la turbulence dans les dispositifs de fusion tokamak. La clé de cette approche était d’exploiter un genre unique plasma Une vague nommée en l’honneur de l’astrophysicien Hans Alvvén, prix Nobel en 1970.

On sait depuis longtemps que les ondes d’Alfvén relâchent le confinement des particules à haute énergie dans les réacteurs tokamak, permettant à certaines de s’échapper et réduisant l’efficacité des dispositifs en forme de beignet. Cependant, de nouvelles découvertes réalisées par Zhang Liu et des chercheurs de General Atomics, de l’Université de Columbia et du PPPL ont révélé des résultats utiles dans le cas des électrons en fuite.

Grand processus circulaire

Les scientifiques ont découvert qu’un tel relâchement pourrait disperser ou disperser des électrons de haute énergie avant qu’ils ne se transforment en avalanches endommageant les composants du tokamak. Ce processus est jugé remarquablement circulaire : les échappés créent des instabilités qui donnent naissance à des vagues d’Alfvén qui empêchent la formation de l’avalanche.

« Ces résultats fournissent une explication complète de l’observation directe des ondes d’Alfvén dans les expériences d’inactivation », a déclaré Liu, chercheur au PPPL et auteur principal d’un article détaillant les résultats. Lettres d’examen physique. « Les résultats démontrent un lien clair entre ces modèles et la génération d’électrons en fuite. »

Chang Liu. Crédit : Elle Starkman

Les chercheurs ont déduit une théorie du circuit observé de ces interactions. Les résultats correspondent bien aux évadés des expériences menées au National Fusion Facility DIII-D, un tokamak du Département de l’Énergie exploité par General Atomics pour le Bureau de la Science. Les tests de la théorie se sont également révélés positifs sur le supercalculateur Summit situé au laboratoire national d’Oak Ridge.

« Les travaux de Zhang Liu montrent que la taille du pool d’électrons qui s’échappent peut être contrôlée par des instabilités provoquées par les électrons qui s’échappent eux-mêmes », a déclaré Felix Parra Diaz, responsable de la théorie au PPPL. « Ses recherches sont très passionnantes car elles pourraient conduire à des conceptions de tokamak qui atténuent naturellement les dommages causés par les électrons incontrôlables grâce à leur instabilité inhérente. »

Trempe thermique

La turbulence commence par une forte baisse des températures à un million de degrés requises pour les réactions de fusion. Ces gouttes, appelées « trempe thermique », libèrent des avalanches de glissement de terrain similaires aux glissements de terrain déclenchés par les tremblements de terre. « Le contrôle des turbulences constitue un défi majeur pour le succès du tokamak », a déclaré Liu.

Les réactions de fusion combinent des éléments légers sous forme de plasma – l’état chaud et chargé de la matière composé d’électrons libres et de noyaux atomiques appelés ions – pour libérer l’énergie massive qui alimente le soleil et les étoiles. Atténuer le risque de turbulence et d’emballement des électrons offrirait ainsi un avantage unique aux installations tokamak conçues pour reproduire le processus.

Atténuer les risques de turbulence et d’emballement des électrons apporterait donc un avantage unique aux installations tokamak conçues pour reproduire le processus.

L’énergie de fusion nucléaire peut constituer une source essentielle d’énergie durable pour compléter les sources d’énergie renouvelables. La plus grande expérience de fusion au monde, ITER, est actuellement en construction en France. Crédit : ITER

La nouvelle approche pourrait avoir des implications sur l’avancement du projet ITER, un tokamak international en construction en France pour démontrer l’application pratique de l’énergie de fusion et pourrait représenter une étape majeure dans le développement de centrales électriques à fusion.

« Nos résultats ouvrent la voie à la création de nouvelles stratégies pour atténuer les électrons incontrôlables », a déclaré Liu. Des campagnes expérimentales sont actuellement en cours de planification dans le cadre desquelles les trois centres de recherche visent à développer davantage les résultats étonnants.