Coupe transversale d'un plasma de tokamak, avec axe de symétrie cylindrique sur le côté gauche, montrant une solution potentielle au défi de l'échappement de la puissance de fusion :(1) plasma à cœur symétrique haut-bas, défini par des points x magnétiques et (2) spécialement conçus, canaux d'échappement à longue jambe pour dissiper la puissance par rayonnement, interaction avec le gaz et un point X magnétique secondaire dans la jambe. Crédit :MIT
La fusion magnétique consiste à gérer l'interface entre le plasma chaud et les matériaux ordinaires. Le fort champ magnétique dans un tokamak - le récipient utilisé dans cette approche de fusion - est un isolant très efficace; il est capable de réduire la température du plasma d'un facteur 100, de plus de 100 millions de degrés Celsius au centre à "seulement" 1 million de degrés au bord. Cependant, ce n'est pas assez bas. Par conséquent, c'est le travail du plasma limite de réduire la température d'un autre facteur de 100 avant qu'il n'entre en contact avec la paroi.
Malheureusement, cette couche limite a tendance à être très mince, concentrer le pouvoir sur une petite zone. Les centrales électriques devraient avoir des densités de puissance d'échappement supérieures à 100 fois la surface du soleil et un facteur 10 supérieur aux expériences actuelles, dépassant de loin les limites que les surfaces matérielles peuvent supporter. De plus, des niveaux extrêmes de puissance d'échappement peuvent survenir brusquement, présentant un défi de contrôle très difficile.
Heureusement, les chercheurs découvrent maintenant que les canaux d'échappement de plasma à longue jambe (ou diverteurs) peuvent fournir la solution nécessaire pour les centrales à fusion. Ceux-ci utilisent intelligemment les points x :des emplacements spéciaux où la topologie du champ magnétique est capable d'étendre et de rediriger le flux d'échappement du plasma dans plusieurs canaux.
D'abord, un plasma à cœur symétrique haut-bas est créé, défini par deux points x magnétiques primaires. Dans cette configuration, les expériences indiquent qu'environ 90 pour cent de la chaleur sort du plasma central sur la moitié extérieure de l'appareil le long des deux branches extérieures [Résumé 1]. L'extension de la longueur des canaux extérieurs et l'intégration de points X secondaires dans ceux-ci amélioreront alors la gestion de l'échappement de puissance. En outre, cette configuration favorise l'accumulation de hautes pressions de gaz dans les jambes.
Simulation de puissance d'échappement et de rayonnement dans un canal d'échappement de plasma à longue jambe qui contient un point X magnétique secondaire. L'échappement de la chaleur du plasma est entièrement pris en charge par une couche rayonnante passivement stable, empêcher le plasma chaud d'entrer en contact avec les parois du matériau. Au fur et à mesure que la puissance d'échappement augmente, l'emplacement de la couche rayonnante descend le long de la jambe. Le point X magnétique intégré agit comme un backstop pour gérer les niveaux de puissance les plus intenses. Crédit :MIT
Une évaluation récente des capacités de gestion de la puissance des configurations de divertor à longue jambe a été réalisée et comparée aux configurations conventionnelles à l'aide d'un code de simulation de plasma de bord développé au Lawrence Livermore National Laboratory qui pourrait gérer les points X magnétiques dans la jambe [Résumé 2]. Les effets combinés de la géométrie magnétique à longues jambes, Les interactions gaz-plasma améliorées et la présence d'un point X magnétique secondaire augmentent la capacité de gestion de la puissance de crête jusqu'à un facteur 10 par rapport aux divertisseurs conventionnels, un résultat sans précédent.
Plus important encore, le point x secondaire produit une couche rayonnante stable qui s'adapte entièrement à l'échappement de chaleur du plasma, éliminant le contact du plasma chaud sur les parois du matériau même lorsque la puissance d'échappement du plasma varie d'un facteur 10. Cela rend la puissance d'échappement facile à contrôler. Comme la puissance est variée, l'emplacement de la couche de rayonnement se déplace simplement vers le haut ou vers le bas de la jambe selon les besoins pour correspondre à la puissance entrante (Figure 2). La couche rayonnante reste dans la branche du divertor et n'impacte pas les points x primaires, ce qui dégraderait les performances du plasma du cœur.
Ces résultats, combiné avec d'autres, contribuent à la planification de la prochaine étape des dispositifs expérimentaux qui testeraient les idées d'échappement de puissance à des densités de puissance au niveau du réacteur [Résumé 3].
