Le physicien Sam Lazerson du Département américain de l'énergie (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) s'est associé à des scientifiques allemands pour confirmer que le dispositif d'énergie de fusion Wendelstein 7-X (W7-X) appelé stellarator à Greifswald, Allemagne, produit des champs magnétiques de haute qualité qui sont cohérents avec leur conception complexe.

Les résultats, publié dans le numéro du 30 novembre de Communication Nature , a révélé un champ d'erreur - ou un écart par rapport à la configuration conçue - de moins d'une partie sur 100, 000. De tels résultats pourraient devenir une étape clé vers la vérification de la faisabilité des stellarators en tant que modèles pour les futurs réacteurs à fusion.

W7-X, dont PPPL est le premier collaborateur américain, est le stellarator le plus grand et le plus sophistiqué au monde. Construit par le Max Planck Institute for Plasma Physics à Greifswald, il a été achevé en 2015 en tant qu'avant-garde de la conception du Stellarator. Parmi les autres collaborateurs de l'équipe américaine, citons les laboratoires nationaux d'Oak Ridge et de Los Alamos du DOE, avec l'Université d'Auburn, le Massachusetts Institute of Technology, l'Université du Wisconsin-Madison et Xanthos Technologies.

Champs magnétiques sinueux

Les Stellarateurs confinent le chaud, gaz chargé, autrement connu sous le nom de plasma, qui alimente les réactions de fusion dans des champs magnétiques sinueux ou 3-D, par rapport aux champs symétriques - ou 2D - que créent les tokamaks les plus répandus. La configuration sinueuse permet aux stellarateurs de contrôler le plasma sans avoir besoin du courant que les tokamaks doivent induire dans le gaz pour compléter le champ magnétique. Les plasmas Stellarator courent donc peu de risques de perturber, comme cela peut arriver dans les tokamaks, provoquant l'arrêt brutal du courant interne et l'arrêt des réactions de fusion.

PPPL a joué un rôle clé dans le projet W7-X. Le laboratoire a conçu et livré cinq bobines de garniture de la taille d'une porte de grange qui affinent les champs magnétiques du stellarator et rendent leur mesure possible. "Nous avons confirmé que la cage magnétique que nous avons construite fonctionne comme prévu, " dit Lazerson, qui a dirigé environ la moitié des expériences qui ont validé la configuration du champ. « Cela reflète les contributions des États-Unis au W7-X, " il ajouta, "et souligne la capacité de PPPL à mener des collaborations internationales." Le soutien à ce travail provient d'Euratom et du DOE Office of Science.

Pour mesurer le champ magnétique, les scientifiques ont lancé un faisceau d'électrons le long des lignes de champ. Ils ont ensuite obtenu une coupe transversale de toute la surface magnétique en utilisant une tige fluorescente pour croiser et balayer les lignes, induisant ainsi une lumière fluorescente dans la forme de la surface.

Remarquable fidélité

Les résultats ont montré une fidélité remarquable à la conception du champ magnétique très complexe. "A notre connaissance, " les auteurs écrivent de l'écart de moins d'une partie sur 100, 000, "c'est une précision sans précédent, à la fois en termes d'ingénierie conforme à l'exécution d'un dispositif de fusion, ainsi que dans la mesure de la topologie magnétique."

Le W7-X est la version la plus récente du concept Stellarator, quel Lyman Spitzer, un astrophysicien de l'Université de Princeton et fondateur de PPPL, est née dans les années 1950. Les stellaires ont principalement cédé la place aux tokamaks une décennie plus tard, étant donné que les installations en forme de beignet sont plus simples à concevoir et à construire et qu'elles confinent généralement mieux le plasma. Mais les progrès récents de la théorie des plasmas et de la puissance de calcul ont suscité un regain d'intérêt pour les stellarators.

De telles avancées ont amené les auteurs à se demander si des appareils comme le W7-X peuvent fournir une réponse à la question de savoir si les stellarateurs sont le bon concept pour l'énergie de fusion. Des années de recherche en physique des plasmas seront nécessaires pour découvrir, ils concluent, et "cette tâche vient de commencer."