Lors de son dernier jour de fonctionnement, le tokamak Alcator C-Mod du Plasma Science &Fusion Center du Massachusetts Institute of Technology a établi un nouveau record de pression plasmatique dans un dispositif de confinement magnétique. Ces résultats permettent de valider l'approche à haut champ de l'énergie de fusion, ce qui pourrait conduire à plus petit, centrales à fusion moins chères.

L'énergie de fusion nécessite que le produit de trois facteurs :la densité de particules d'un plasma, son temps de confinement, et sa température (appelée "triple produit") - dépassent une certaine valeur seuil. Au dessus de cette valeur, l'énergie libérée par le processus de fusion dépasse l'énergie nécessaire pour maintenir la réaction.

Pression, qui est le produit de la densité et de la température, représente environ les deux tiers de ce défi. La densité de puissance de fusion augmente avec le carré de la pression, donc doubler la pression entraîne une multiplication par quatre de la production d'énergie. Et puisque l'économie de l'énergie de fusion sera dominée par les coûts d'investissement, des densités de puissance élevées seront essentielles.

C-Mod est un compact, tokamak haut champ, qui a produit une multitude de résultats nouveaux et importants depuis sa mise en service en 1993, fournir des données qui étendent les tests de modèles physiques critiques à de nouvelles plages de paramètres et à de nouveaux régimes. L'équipe de recherche comprend des scientifiques, ingénieurs, techniciens et étudiants du MIT et d'un grand nombre d'institutions collaboratrices nationales et internationales. Ses capacités uniques et record découlent directement du puissant électro-aimant au cœur de sa conception.

Au cours des 23 années d'exploitation de l'Alcator C-Mod, il a avancé à plusieurs reprises le record de pression plasmatique dans un dispositif de confinement magnétique. La valeur précédente de 1,77 atmosphères, mis à C-Mod en 2005, a été éclipsé par le nouveau record de 2,05 atmosphères (en autres unités 2,1 Bar ou 0,21 MPa). Ces dernières valeurs ont été atteintes en employant plus de 4 mégawatts de chauffage par radiofréquence, augmenter la température à l'intérieur de C-Mod à plus de 35 millions de degrés Celsius ou environ deux fois plus chaud que le centre du soleil. La machine fonctionnait avec une force de champ magnétique central de 5,7 Tesla et 1,4 million d'ampères de courant électrique.

Dans ces nouvelles expériences, les résultats C-Mod ont dépassé la prochaine pression la plus élevée, atteint dans d'autres appareils, d'environ 70 pour cent. A moins qu'une nouvelle expérience ne soit annoncée et construite, le record de pression qui vient d'être établi dans C-Mod durera probablement au moins les 15 prochaines années. ITER, un tokamak actuellement en construction en France, sera environ 800 fois plus grand en volume de plasma que C-Mod, mais il fonctionnera à un champ magnétique inférieur. ITER devrait atteindre 2,6 atmosphères lorsqu'il sera pleinement opérationnel d'ici 2032, selon un récent rapport du département américain de l'Énergie.

En 2012, le DOE a décidé de mettre fin au financement de C-Mod en raison des pressions budgétaires liées à la construction d'ITER. Suite à cette décision, le Congrès américain a rétabli le financement de C-Mod pour une période de trois ans, qui a pris fin le 30 septembre.

Tout au long de sa vie, les résultats de C-Mod ont directement soutenu les décisions de conception et la planification opérationnelle d'ITER. À la fois, ils ouvrent la voie vers une voie de développement de la fusion qui serait plus compacte, appareils à champ plus élevé.

Comme indiqué ci-dessus, la densité de puissance de fusion augmente avec le carré de la pression plasma, qui à son tour s'échelonne comme le carré du champ magnétique. Ainsi, la densité de puissance de fusion augmente comme la quatrième puissance du champ magnétique. Le gain d'énergie s'échelonne avec la troisième puissance du champ. De ces arguments, il est clair que les dispositifs de fusion les plus rentables fonctionneraient avec les champs les plus élevés pouvant être conçus de manière fiable. À plusieurs reprises, lorsque les États-Unis prévoyaient de construire leurs propres appareils à plasma, par exemple, le CIT proposé, Appareils BPX et FIRE, l'argument du prix à la performance a conduit à des conceptions compactes à haut champ. Dans l'attente et compte tenu des coûts substantiels et du calendrier de construction prolongé d'ITER, qui a été conçu avec la technologie d'aimant supraconducteur à champ modéré, une voie de développement qui comporte un champ plus élevé semble attrayant.

Jusque récemment, l'option à champ élevé n'était ouverte que pour les expériences pulsées, car les supraconducteurs conventionnels à base de niobium ont des courants et des champs critiques qui limiteraient les aimants de fusion de grand volume à environ 6 Tesla. Cependant, la maturité industrielle des supraconducteurs dits à haute température (HTS) à base de composés de terres rares comme l'oxyde d'yttrium-baryum-cuivre (YBCO) change la donne. Un concept d'usine pilote de fusion, appelé ARC, a été développé au MIT pour explorer les capacités permises par la nouvelle technologie supraconductrice. Cette étude a montré qu'une machine de la taille du tokamak JET, fonctionnant avec des aimants HTS à 9 Tesla et avec des paramètres de plasma normalisés déjà atteints dans les expériences actuelles, pourrait produire 500 mégawatts d'énergie de fusion et 200 mégawatts d'électricité nette.