Deux problèmes majeurs auxquels est confrontée l'énergie de fusion à confinement magnétique permettent aux parois des dispositifs qui abritent les réactions de fusion de survivre au bombardement par des particules énergétiques, et l'amélioration du confinement du plasma nécessaire aux réactions. Au Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), les chercheurs ont découvert que le revêtement des murs du tokamak avec du lithium - une lumière, métal argenté—peut conduire à des progrès sur les deux fronts.

Des expériences récentes sur le Lithium Tokamak Experiment (LTX), la première installation à entourer totalement le plasma de lithium liquide, ont montré que les revêtements de lithium peuvent produire des températures qui restent constantes depuis le noyau central chaud du plasma jusqu'au bord extérieur normalement froid. Les résultats ont confirmé les prédictions selon lesquelles des températures de bord élevées et des profils de température constants ou presque constants résulteraient de la capacité du lithium à empêcher les particules de plasma parasites de donner un coup de pied ou de recycler le gaz froid des parois d'un tokamak vers le bord du plasma.

Près de 100 millions de degrés Celsius

Les appareils à fusion fonctionneront à près de 100 millions de degrés Celsius, plus chaud que le noyau de 15 millions de degrés du soleil. Le bord du plasma, à quelques mètres du noyau de 100 millions de degrés, sera normalement de quelques milliers de degrés relativement frais, comme le gaz ionisé ou le plasma à l'intérieur d'une ampoule fluorescente. "C'est la première fois que quelqu'un montre expérimentalement que le bord du plasma peut rester chaud en raison d'un recyclage réduit, " a déclaré le physicien Dennis Boyle, auteur principal d'un article publié en ligne le 5 juillet dans la revue Lettres d'examen physique . Le soutien pour ce travail vient du DOE Office of Science.

Un bord plus chaud peut améliorer les performances du plasma de plusieurs manières. Empêcher le gaz recyclé de refroidir le bord réduit la quantité de chauffage externe qui doit être appliquée pour maintenir le plasma suffisamment chaud pour que la fusion se produise, rendre un réacteur plus efficace. "Si le bord est chaud, il augmente le volume de plasma disponible pour la fusion, " Boyle a dit, "et l'absence de gradient de température empêche les instabilités qui réduisent le confinement du plasma."

Les chercheurs ont réalisé cette série d'expériences avec du lithium solide, Boyle a expliqué, mais un revêtement de lithium liquide pourrait produire des résultats similaires. Les physiciens ont longtemps utilisé les deux formes de lithium pour revêtir les parois du LTX. Étant donné que le lithium liquide en écoulement pourrait absorber les particules chaudes mais ne s'userait pas ou ne se fissurerait pas lorsqu'il les heurte, cela réduirait également les dommages aux murs du tokamak - un autre défi critique pour la fusion.

Mettre à niveau ensuite

Les physiciens ont effectué les recherches récentes avant une mise à niveau du LTX, qui est actuellement en cours. La mise à niveau ajoutera un injecteur à faisceau neutre qui alimentera le cœur du plasma et fournira plus de chaleur et de densité de plasma pour tester si le lithium peut toujours maintenir la température constante dans des conditions plus proches d'un réacteur de fusion réel.

Atteindre des profils de température constants a été un objectif majeur de LTX. Atteindre cet objectif "donne la preuve d'une nouvelle, régime plasma potentiellement performant pour les dispositifs de fusion, ", écrivent les auteurs. La prochaine étape sera de voir si un tel régime peut être atteint.