Un code informatique utilisé par les physiciens du monde entier pour analyser et prédire les expériences de tokamak peut désormais approcher le comportement de noyaux atomiques hautement énergétiques, ou des ions, dans les plasmas de fusion plus précisément que jamais. La nouvelle capacité, développé par le physicien Mario Podestà au Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), équipe le code TRANSP d'un sous-programme qui simule le mouvement qui conduit à la perte d'ions énergétiques causée par les instabilités du plasma qui alimentent les réactions de fusion. Le code, dont le nom est dérivé du terme « transport, " est hébergé au PPPL.

Podestà a modélisé les ions hautement énergétiques qui sont utilisés pour chauffer le plasma. Ces particules, que les physiciens injectent comme atomes neutres, sont ionisés à l'intérieur du plasma et augmentent son énergie thermique. Le modèle pourrait également s'appliquer aux particules énergétiques générées par fusion dans les futurs tokamaks.

Les physiciens doivent prédire et minimiser la perte de ces ions du plasma dans des installations en forme de beignet appelées tokamaks pour atteindre un niveau de performance élevé. Une perte soudaine peut arrêter les réactions de fusion et endommager les composants faisant face au plasma. La prévision et la maîtrise des déperditions thermiques seront cruciales pour ITER, le tokamak international en construction en France, où les températures doivent atteindre 150 millions de degrés Celsius, ou 10 fois la chaleur au cœur du soleil.

Les résultats de Podestà s'appuient sur des recherches qu'il a menées en 2015. « Le travail original avec mon modèle était axé sur la reproduction, la modélisation, et interpréter les résultats des expériences existantes, ", a-t-il déclaré. "Ce nouveau travail explore la possibilité d'utiliser ce même modèle pour prédire le transport de particules énergétiques dans de futures expériences."

La révision, rapporté en juillet dans le journal Physique des plasmas et fusion contrôlée , emploie un sous-programme appelé « kick model » pour simuler le mouvement des ions rapides provoqués par les instabilités du plasma. Le modèle de coup de pied ne capture que la quantité minimale de physique nécessaire pour simuler ce phénomène spécifique.

Le sous-programme permet d'effectuer des calculs en quelques heures, plutôt que des semaines ou des mois. Utiliser le modèle kick signifie sacrifier une certaine précision, mais cela permet aux chercheurs d'obtenir des résultats plus rapidement. "C'est le compromis, " a déclaré Podestà. Le soutien à cette recherche provient du Bureau des sciences du DOE (Fusion Energy Sciences).

Podestà a testé sa version modifiée en la comparant aux données produites par la National Spherical Torus Experiment (NSTX) de PPPL avant sa mise à niveau. Le code modifié prédit des niveaux de transport de particules énergétiques conformes aux expériences NSTX.

La nouvelle approche suggère qu'avec d'autres modifications, de telles prévisions peuvent être rendues plus fiables avec juste une augmentation limitée du temps de calcul. "La question avant cette recherche était de savoir si nous pouvons prédire ce qui se passera dans les expériences futures, avec un minimum d'informations préalables, " dit Podestà. " Il semble maintenant que nous pouvons, et ces résultats favorables motivent d'autres améliorations du modèle."