Les chercheurs travaillant sur le tokamak DIII-D à San Diego s'efforcent de montrer comment le transport du plasma et la physique atomique se combinent pour fournir des solutions d'échappement de puissance.

L'un des grands défis auxquels sont confrontés les scientifiques de la fusion est de faire face aux flux de puissance massifs épuisés par les plasmas de fusion, qui sont créés dans des appareils appelés tokamaks comme le DIII-D National Fusion Facility. Laissé à lui-même, la puissance intense transportée dans un plasma de tokamak serait concentrée dans une zone si petite qu'elle détruirait rapidement tout matériau sur son passage.

La stratégie standard pour gérer l'échappement de puissance dans les réacteurs consiste à convertir la chaleur en rayonnement électromagnétique, qui répartit la puissance plus uniformément et donne aux parois métalliques entourant le plasma une chance de se battre. Ce processus se produit dans le divertor du tokamak, un dispositif qui sert de zone tampon entre le plasma de fusion et les parois environnantes de la chambre.

Jusqu'à maintenant, les simulations ont prédit beaucoup moins de rayonnement que ce qui est mesuré dans les expériences. Cela a été attribué à la combinaison très compliquée de la physique atomique et moléculaire en jeu dans la région du divertor, qui est difficile à inclure pleinement dans les simulations. Les chercheurs du DIII-D ont adopté une autre approche pour étudier le problème :éliminer la physique moléculaire de l'expérience en exécutant des plasmas à l'hélium, un gaz noble qui ne forme pas de molécules (Figure 1).

Ces expériences ont montré que le rayonnement peut être entièrement reproduit dans les simulations, à condition que les paramètres du plasma divertor soient correctement pris en compte (Figure 2). Cette comptabilisation reposait sur l'appariement de la densité mesurée directement dans le divertor, une mesure uniquement disponible au DIII-D. En utilisant des mesures dans le bord le plus éloigné du plasma principal comme entrée de la simulation, comme on le fait habituellement, n'est pas assez bon, faisant apparaître qu'il manque un chaînon dans le transport du plasma reliant le plasma principal au divertor. Une fois que cela est comptabilisé, le plasma à l'intérieur du divertor peut également être reproduit à l'aide des modèles.

"Ces résultats donnent beaucoup plus de confiance dans notre capacité à utiliser des simulations pour concevoir des solutions d'échappement rayonnant pour l'avenir, qui est essentiel au succès de l'effort de fusion, " a déclaré le Dr John Canik du Laboratoire national d'Oak Ridge, qui a dirigé l'équipe qui comprenait des scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory et de General Atomics, qui exploite l'installation DIII-D en coopération avec le département américain de l'Énergie.

Ce succès souligne également l'importance de capturer la physique atomique et moléculaire plus compliquée des plasmas standards, expliqua le Dr Canik. Les résultats de l'équipe seront présentés lors de la 58e conférence annuelle de l'American Physical Society Division of Plasma Physics à San Jose.

"Ce travail a mis en évidence un "chaînon manquant" dans le transport du plasma reliant le divertor au plasma principal, " il a dit, notant que leurs travaux feront l'objet d'expérimentations futures.