À l'aide de simulations informatiques à grande échelle, le groupe de recherche sur la physique des plasmas et l'énergie de fusion du Département des sciences de la Terre et de l'espace apporte d'importantes contributions au Joint European Torus (JET), la plus grande expérience de fusion actuellement en cours. Les simulations fournissent des informations sur la turbulence du plasma et le transport des plasmas qu'il serait impossible ou trop coûteux d'étudier expérimentalement.

Le groupe Physique des plasmas et énergie de fusion est impliqué dans plusieurs projets internationaux dans le but de réaliser la fusion comme source d'énergie. La recherche se fait principalement en collaboration avec le Joint European Torus (JET), la plus grande expérience de fusion actuellement en opération, et se concentre sur la préparation du démarrage du réacteur expérimental de fusion ITER en construction à Cadarache, La France. L'un des projets en cours vise à comprendre comment les noyaux d'hydrogène participant à la réaction de fusion peuvent être reconstitués par injection de pastilles d'hydrogène.

Le JET est particulièrement adapté à l'étude des problèmes d'ITER en raison de sa taille et du fait qu'il partage de nombreuses caractéristiques de la conception d'ITER, telles qu'une paroi métallique (béryllium et tungstène) et une capacité au tritium. Le groupe de recherche Chalmers utilise les données des expériences JET afin d'exécuter des simulations informatiques à grande échelle de la turbulence du plasma et du transport associé de particules et d'énergie.

"Ces expériences numériques nous permettent d'étudier la turbulence à un niveau de détail qui n'est pas possible dans l'expérience réelle. Nous examinons également l'impact des changements des paramètres du plasma qui seraient impossibles ou trop coûteux à étudier expérimentalement. L'outil que nous utilisons pour c'est le code GENE, un code dit gyrocinétique qui fait évoluer la fonction de distribution des particules dans cinq dimensions d'espace et de vitesse, " explique Daniel Tegnered, Doctorant dans le groupe Physique des plasmas et énergie de fusion.

L'une des questions cruciales pour ITER est de savoir comment le ravitaillement en plasma doit être réalisé. Les particules du plasma seront inévitablement perdues, à la fois au mur, puisque le confinement des particules ne sera pas parfait, et aussi par les réactions de fusion elles-mêmes qui consomment des noyaux d'hydrogène. Cela rend l'alimentation continue du plasma une nécessité. Pour ITER, un ravitaillement en pellets est prévu, grâce à quoi des pastilles contenant des isotopes d'hydrogène appropriés sont injectées à grande vitesse dans le plasma. Cependant, les pastilles ne pourront pas atteindre la partie centrale du plasma avec les densités et températures les plus élevées avant d'être soumises à l'ablation. Cela perturbera les profils de température et de densité du plasma, provoquant une "bosse" dans la densité du plasma, comme le montre l'image. Ces particules doivent ensuite être transportées vers l'intérieur par diffusion et convection provoquées par la turbulence.

"Nos simulations de décharges de JET à pellets ont montré que la turbulence dans certaines conditions peut être stabilisée dans cette région en raison de la "bosse" de densité et de température, " dit Daniel Tegnered.

D'autres simulations de conditions plus similaires à ITER ont également montré qu'un rapport plus élevé de la pression plasmatique à la pression magnétique, un paramètre important pour la viabilité économique des futurs réacteurs de fusion, sert également à stabiliser les turbulences dans cette région. Cela réduit à son tour le flux de particules vers l'intérieur, rendant potentiellement le ravitaillement en pellets moins efficace. D'autres analyses et simulations de décharges JET de type ITER seront cruciales pour le développement réussi de scénarios de plasma pour ITER.