Des chercheurs de General Atomics (GA) ont inventé un nouveau type de caméra à rayons gamma qui peut imager des faisceaux d'électrons énergétiques à l'intérieur d'un plasma de fusion ultra-chaud.

L'appareil est utilisé dans la recherche mondiale en cours qui développe la fusion en une nouvelle source d'énergie propre. Transformer le combustible de fusion en énergie extractible nécessite qu'il soit plus chaud que le centre du soleil, donc à l'état de plasma. Si la phase d'arrêt de l'exploitation n'est pas bien maîtrisée, l'énergie magnétique libérée peut conduire une population d'électrons à des vitesses relativistes. Si cette population n'est pas contrôlée, les électrons impactent les parois internes de la chambre à plasma, entraînant des dégâts matériels.

Une équipe de chercheurs travaille à mieux comprendre les propriétés de ces électrons au DIII-D National Fusion Facility exploité par GA à San Diego pour le département américain de l'Énergie. Ils ont conçu et construit un imageur à rayons gamma pour capturer l'image de ces particules.

Le Gamma Ray Imager fonctionne sur le principe d'une caméra sténopé standard (Figure 1), sauf qu'il est fait de plomb et pèse 420 livres (190,5 kilogrammes). L'imageur enregistre en fait des images de rayons gamma de même énergie qui sont émis par les électrons, et le plomb est nécessaire pour obtenir une bonne mise au point (Figure 2). Ces mesures de rayons gamma fournissent des informations sur l'énergie, direction, et quantité d'électrons dans la population relativiste, donnant aux chercheurs une vue inégalée de la façon dont les électrons énergétiques évoluent et interagissent avec le plasma de fusion.

"Ce système nous permet de voir avec des détails sans précédent comment différentes propriétés du plasma peuvent atténuer ces électrons, " a déclaré le Dr Carlos Paz-Soldan, le scientifique qui a dirigé les premières expériences utilisant la nouvelle caméra. Les résultats, sera présenté à la conférence de la Division de la physique des plasmas de l'American Physical Society du 31 octobre au 31 novembre. 4, démontrent expérimentalement que les forces de "réaction" du rayonnement sont capables de saper les électrons les plus énergétiques, tandis que les collisions avec d'autres électrons sont plus efficaces à faible énergie (Figure 3).

Ces mesures impliquent que le contrôle énergétique des électrons n'est pas unique, et que des énergies différentes nécessitent des stratégies de contrôle différentes.

Avec les nouvelles mesures, les scientifiques peuvent comparer le comportement des populations d'électrons aux modèles théoriques développés par des équipes de recherche dans le monde entier. Ces modèles sont, à son tour, crucial pour prédire le comportement des populations d'électrons dans les nouveaux réacteurs, comme le tokamak ITER actuellement en construction à Cadarache, La France, et ainsi s'assurer qu'ils peuvent être contrôlés de manière adéquate.