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    Les premiers résultats d'un appareil amélioré mettent en évidence la valeur des lithiums pour la production de fusion

    L'équipe qui a amélioré le LTX-β. Première rangée en partant de la gauche :Shigeyuki Kubota, Dylan Corl, Guy Rossi, Anurag Maan (derrière Rossi). Deuxième rangée en partant de la gauche :Filippo Scotti, Dennis Boyle, Drew Elliott, Dick Majeski, Tom Kozub, Paul Hugues, Ron Bell (derrière Hughes), Kristopher Gilton. Troisième rangée en partant de la gauche :John Armeli, Vsevolod Soukhanovskii, Fredy Rabanales, Enrique Merino, Peter Sloboda. Crédit :Elle Starkman/Bureau des communications du PPPL

    Lithium, le métal argenté qui alimente les téléphones intelligents et aide à traiter les troubles bipolaires, pourrait également jouer un rôle important dans l'effort mondial visant à récolter sur Terre le coffre-fort, une énergie de fusion propre et pratiquement illimitée qui alimente le soleil et les étoiles. Premiers résultats du Lithium Tokamak Experiment-Beta (LTX-β) largement amélioré au laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE), démontrer que les améliorations majeures fonctionnent comme prévu et améliorent les performances du chaud, plasma chargé qui alimentera les futurs réacteurs à fusion.

    Plus pertinent pour la fusion

    La mise à niveau de trois ans a transformé ce qui est maintenant le LTX-β en un plus chaud, dispositif plus dense et plus pertinent pour la fusion qui testera dans quelle mesure le revêtement de toutes les parois faisant face au plasma avec du lithium liquide peut améliorer le confinement et augmenter la température du plasma. « Nous avons atteint nombre de nos objectifs d'ingénierie initiaux, " a déclaré le physicien Drew Elliott du Laboratoire national d'Oak Ridge, un collaborateur majeur du LTX-β. Elliott, en mission de longue durée chez PPPL, a été l'auteur principal du premier document de résultats rapporté dans Transactions IEEE en science du plasma .

    Les réactions de fusion combinent des éléments légers sous forme de plasma - l'état de la matière composé d'électrons libres et de noyaux atomiques qui constituent 99% de l'univers visible - pour libérer d'énormes quantités d'énergie. Les physiciens du monde entier cherchent à dupliquer et à contrôler les réactions de fusion pour créer un coffre-fort illimité, énergie sans carbone pour produire de l'électricité.

    Principales caractéristiques du LTX-β, une version plus petite des installations de tokamak magnétique en forme de beignet largement utilisées qui abritent des réactions de fusion, inclure ces facteurs :un puissant injecteur à faisceau neutre pour chauffer et alimenter le plasma; un champ magnétique presque doublé par rapport à l'appareil précédent; et un système d'évaporation double pour enrober entièrement le lithium liquide sur toutes les surfaces faisant face au plasma.

    Prédictions correspondantes

    Le fonctionnement du faisceau correspondait bien aux prédictions de la fraction de puissance qu'il déposerait dans le plasma, plutôt que de simplement briller à travers elle. « Nous cherchons à augmenter le dépôt de puissance vers 100 % afin que toute la puissance que nous injectons aille dans le plasma, " dit Elliott, qui a dirigé l'optimisation du faisceau neutre, qui est basé sur la technologie mise au point à l'ORNL dans les années 1970. "Ce sera une grande poussée scientifique, dans les prochaines campagnes."

    Les améliorations substantielles visent à tester si le LTX-β peut améliorer les performances du plasma au-delà des réalisations notables de son prédécesseur. Il s'agit notamment de la démonstration de températures qui restent constantes, ou plat, depuis le cœur chaud du plasma jusqu'au bord extérieur normalement froid.

    De tels profils de température sans gradient, le premier jamais vu dans une installation de fusion magnétique dans l'appareil précédent, découlent de la capacité du lithium à retenir les particules parasites qui fuient du cœur du plasma et à les empêcher de se recycler et de refroidir le bord et le cœur du plasma. Le maintien du bord chaud augmente le volume de plasma disponible pour la fusion et la production d'une température plate empêche le développement d'instabilités qui réduisent le confinement du plasma.

    Objectifs de la mise à niveau

    « Les objectifs de la mise à niveau sont de déterminer si des parois de lithium à très faible recyclage peuvent améliorer le confinement du plasma dans un tokamak avec chauffage par faisceau neutre, " dit Dick Majeski, chercheur principal pour le LTX-β. "Si LTX-β réussit, nous pouvons passer aux expériences sur le lithium liquide dans le National Spherical Torus Experiment-Upgrade [NSTX-U], " l'expérience de fusion phare du PPPL.

    L'exécution initiale du LTX-β a démontré les améliorations suivantes :

    • Augmentation du ravitaillement et de la densité du plasma, objectifs majeurs de l'injecteur à faisceau neutre;
    • Dépôt accru de lithium liquide sur plus de 90 % des parois internes du LTX-β ;
    • Décharges plasma plus longues, ou légumineuses, activé par le champ magnétique renforcé; et
    • Courant de plasma plus élevé - un élément critique qui provoque la spirale du champ magnétique, ce qui est nécessaire pour confiner le plasma.

    De nouveaux diagnostics plasma seront également installés dans la mise à niveau qui caractériseront davantage le régime d'exploitation élargi de l'installation. Et il reste à mettre en service des diagnostics avancés qui mesureront le profil précis de plusieurs paramètres plasmatiques.

    "L'ajout du faisceau neutre augmente la puissance d'entrée du plasma d'un ordre de grandeur et a le potentiel de créer un régime de plasma pertinent pour la fusion avec des performances améliorées, " dit Phil Efthimion, chef du département de science et technologie plasma de PPPL qui comprend le LTX-β. « Dick Majeski et toute l'équipe LTX-β doivent être félicités pour avoir achevé cette mise à niveau agressive dans le respect du budget et du calendrier.

    Des experts à travers les États-Unis

    La mise à niveau tirée d'experts à travers les États-Unis, y compris la collaboration de PPPL, ORNL, Université de Princeton, l'Université de Californie, Los Angeles (UCLA), et l'Université du Tennessee, Knoxville, et fournit un outil important pour la recherche sur la fusion.

    "L'ORNL et le PPPL sont partenaires dans la science et la technologie de la fusion depuis de nombreuses années, et cela continue cette union forte, " dit Mickey Wade, directeur de la division Énergie de fusion de l'ORNL. "LTX-β permettra à la communauté de la fusion d'approfondir la promesse du lithium et ce qu'il pourrait débloquer en permettant une énergie de fusion pratique."

    Majeski a de grands projets devant lui. "À l'avenir, nous aimerions augmenter la durée d'impulsion du faisceau neutre pour fournir une plus longue période de chauffage et de ravitaillement pour le plasma, " dit-il. " Le faisceau ajoute beaucoup de flexibilité à l'expérience, et nous voulons profiter des nouvelles capacités."


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