La clé de cette nouvelle technique consiste à mesurer la quantité de lumière émise par les murs lorsqu'ils sont frappés par des particules à haute énergie, telles que celles trouvées dans les appareils à fusion appelés tokamaks. Cette méthode, connue sous le nom de thermographie active, sera à l'avenir combinée à une caméra de thermographie infrarouge qui mesure déjà la quantité de chaleur circulant à travers les murs.
"Pour la première fois, nous pouvons étudier simultanément le transport de chaleur et de particules sur un appareil à fusion", a déclaré Richard Hawryluk, physicien du PPPL et chercheur principal du projet. "Comprendre la chaleur et les particules déposées sur les matériaux des parois nous aidera à découvrir comment optimiser les performances et la durée de vie du réacteur."
Les scientifiques du PPPL ont collaboré avec des chercheurs du Laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL) du DOE, de General Atomics et du Massachusetts Institute of Technology pour développer la nouvelle technique. L’équipe a testé la technique sur le Joint European Torus (JET) de l’ORNL, le dispositif de fusion tokamak le plus grand et le plus puissant au monde.
"Nous avons pu utiliser un faisceau chauffant de haute puissance pour chauffer avec précision un point localisé à la surface du navire JET et enregistrer la lumière émise", a déclaré Hawryluk. "Cela nous a permis de mesurer la contribution relative de la chaleur et des particules aux charges thermiques de surface et de déterminer comment les charges thermiques de surface changent à mesure que nous modifions les conditions du plasma."
L’équipe a découvert que les charges thermiques étaient réduites lorsque le plasma était dans un mode de confinement élevé appelé « mode H ». En effet, le plasma était plus stable en mode H et la chaleur et les particules étaient plus efficacement confinées au cœur du plasma, réduisant ainsi la quantité de chaleur et de particules atteignant les parois.
La nouvelle technique constitue un outil précieux pour étudier les interactions plasma-paroi dans les tokamaks. Ces informations sont essentielles à la conception et à l’exploitation d’appareils à fusion capables de produire de l’électricité sans endommager leurs composants.
"Il s'agit d'une étape très importante dans la compréhension de la manière dont la chaleur et les particules se déposent sur les surfaces des dispositifs à fusion faisant face au plasma", a déclaré Hawryluk. "Ces connaissances nous aideront à concevoir de futurs réacteurs à fusion qui pourront fonctionner plus efficacement et pendant des périodes plus longues."
