Les scientifiques ont découvert un moyen remarquablement simple de supprimer une instabilité commune qui peut arrêter les réactions de fusion et endommager les parois des réacteurs construits pour créer une « étoile dans un bocal ». Les résultats, publié en juin dans la revue Lettres d'examen physique , proviennent d'expériences réalisées sur le National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U), au Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du ministère de l'Énergie.

L'instabilité supprimée est appelée mode propre d'Alfvén global (GAE) - une perturbation ondulatoire courante qui peut provoquer l'échec des réactions de fusion. La suppression a été réalisée avec un deuxième injecteur de faisceau neutre récemment installé dans le cadre de la mise à niveau du NSTX-U. Seule une petite quantité de particules hautement énergétiques provenant de ce deuxième injecteur a pu arrêter les GAE.

Semblable à un serpent ou un dragon

De telles instabilités s'apparentent à un serpent ou à un dragon qui avale sa propre queue. Les GAE d'agitation sont les mêmes particules de faisceau neutres qui chauffent le plasma, qui sont ionisés en électrons et ions, ou des noyaux atomiques, à l'intérieur du gaz. Une fois déclenché par ces ions rapides, les GAE peuvent se soulever et les chasser, refroidissement du plasma et arrêt des réactions de fusion.

Supprimer cette excitation étaient des faisceaux du deuxième injecteur, qui s'écoulent à travers le plasma à un angle de pas plus élevé, dans une direction sensiblement parallèle au champ magnétique qui confine le gaz chaud. Les physiciens appellent ces faisceaux "hors-bord" pour les distinguer des faisceaux "intérieurs" que l'injecteur NSTX-U d'origine produit, qui traversent le plasma et le champ magnétique de manière plus perpendiculaire.

L'injection du faisceau extérieur a supprimé les GAE en quelques millisecondes. Ions rapides du faisceau combinés à ceux du faisceau intérieur pour augmenter la densité des ions et modifier leur distribution dans le plasma. L'altération brutale a réduit la pente, ou pente, de la densité ionique, sans lesquels les GAE étaient incapables de se former et de se propager dans le plasma.

Bonne nouvelle pour le développement de la fusion

Ces résultats remarquables étaient une bonne nouvelle pour le développement de la fusion. "Normalement, lorsque vous injectez des particules énergétiques, tu fais monter les instabilités, " a déclaré Jonathan Ménard, responsable de la recherche sur NSTX-U. "Le fait que le deuxième faisceau neutre ait pu les désactiver en faisant varier la distribution des ions rapides avec une petite quantité de particules offre de la flexibilité à nos recherches et est une découverte bienvenue."

Le résultat a validé les prédictions d'un code informatique appelé "HYM, " développé par la physicienne PPPL Elena Belova, et pourrait s'avérer utile à ITER, l'installation de fusion internationale en construction en France pour démontrer sa capacité à confiner un plasma en combustion et à produire 10 fois plus d'énergie qu'il n'en consomme.

"Cette recherche démontre la suppression des GAE avec juste une petite population de particules énergétiques, " a déclaré le physicien Eric Fredrickson, auteur principal de l'article de la revue. « Cela donne l'assurance qu'en utilisant ce code, des prédictions raisonnables de la stabilité du GAE peuvent être faites pour ITER."