Les expériences de plasma dans le dispositif de fusion Wendelstein 7-X à l'Institut Max Planck de physique des plasmas (IPP) à Greifswald, Allemagne, ont été repris après une interruption de conversion de 15 mois. L'extension a rendu l'appareil adapté à une puissance de chauffage plus élevée et à des impulsions plus longues. Cela permet désormais de tester le concept optimisé de Wendelstein 7-X. Wendelstein 7-X, le plus grand appareil de fusion au monde de type stellarator, est d'étudier son adéquation pour une centrale électrique.

Outre de nouvelles installations de chauffage et de mesure, plus de 8 ans, 000 carreaux muraux en graphite et dix modules de divertor ont été installés dans la cuve à plasma depuis mars de l'année dernière, c'est-à-dire la fin prévue de la première phase d'expérimentation. Cette gaine doit protéger les parois de la cuve et permettre des températures plus élevées et des décharges de plasma d'une durée de 10 secondes dans les expériences à venir.

Une fonction particulière est exercée ici par les dix sections du divertor :Comme de larges bandes sur la paroi de la cuve à plasma, les tuiles du divertor épousent exactement le contour de torsion du bord plasma. Ils protègent ainsi en particulier les zones de paroi vers lesquelles les particules s'échappant du bord de l'anneau de plasma sont spécifiquement dirigées. En plus des impuretés indésirables, les particules incidentes sont neutralisées et pompées. Le divertor est donc un outil important pour réguler la pureté et la densité du plasma.

Le plus petit prédécesseur, le stellarator Wendelstein 7-AS à l'IPP de Garching, avait déjà donné des résultats encourageants dans les tests de divertor. Mais pas avant le successeur beaucoup plus grand, Wendelstein 7-X à Greifswald, les conditions géométriques ont-elles atteint la taille de la centrale, en particulier le rapport entre la surface du divertor et le volume de plasma. « Nous sommes donc très heureux de pouvoir maintenant pour la première fois déterminer si le concept de divertor d'un stellarator optimisé peut vraiment fonctionner correctement », déclare le professeur Thomas Klinger, chef de projet. Ces tests joueront un rôle majeur :de nombreuses investigations détaillées vérifieront soigneusement comment guider le plasma et quelles structures de champ magnétique et quelles méthodes de chauffage et de réapprovisionnement sont les plus efficaces.

Des instruments de mesure nouvellement mis en service permettront également d'observer pour la première fois la turbulence dans le plasma :ces paramètres étant importants pour une future centrale électrique, car ils déterminent la taille de la plante et donc sa valeur économique. "Nous pourrons pour la première fois vérifier si les prédictions prometteuses de la théorie pour un stellarator complètement optimisé sont correctes. En comparaison avec les appareils précédents, Wendelstein 7-X devrait produire un tout nouveau, peut-être encore mieux, conditions", dit Thomas Klinger.

Comme les dix émetteurs micro-ondes pour le chauffage micro-ondes du plasma sont entre-temps prêts à l'emploi, cela permettra un débit d'énergie plus élevé et des plasmas de densité plus élevée. Il sera désormais possible de monter l'énergie à 80 mégajoules une fois que toutes les versions du chauffage micro-ondes auront été abordées et testées, contre 4 mégajoules en 2016. La densité plasmatique assez faible jusqu'alors peut désormais être plus que doublée pour atteindre des valeurs répondant aux besoins des centrales.

Cela a des conséquences importantes :Premièrement, la densité du plasma doit être suffisante pour permettre aux électrons et aux ions d'échanger efficacement de l'énergie. Précédemment, le chauffage par micro-ondes n'avait pu chauffer essentiellement que les électrons. Au lieu d'électrons chauds à 100 millions de degrés et d'ions froids à 10 millions de degrés comme jusqu'à présent, les électrons et les ions du nouveau plasma auront des températures presque égales allant jusqu'à 70 millions de degrés. Cela devrait également améliorer l'isolation thermique du plasma. Alors qu'elle n'était jusqu'alors que moyenne supérieure par rapport à la taille de l'appareil, l'effet de l'optimisation de Wendelstein 7-X devrait maintenant devenir visible :"Ça devient très excitant", déclare Thomas Klinger.

Fond

L'objectif de la recherche sur la fusion est de développer une centrale électrique favorable au climat et à l'environnement. Comme le soleil, c'est tirer de l'énergie de la fusion des noyaux atomiques. Comme le feu de fusion ne s'allume pas tant que des températures supérieures à 100 millions de degrés ne sont pas atteintes, le carburant, à savoir. un plasma d'hydrogène basse densité, ne doit pas entrer en contact avec les parois des vaisseaux froids. Confiné par des champs magnétiques, il lévite à l'intérieur d'une chambre à vide sans pratiquement aucun contact.

La cage magnétique de Wendelstein 7-X est formée d'un anneau de 50 bobines magnétiques supraconductrices d'environ 3,5 mètres de haut. Leurs formes spéciales sont le résultat de calculs d'optimisation sophistiqués. Bien que Wendelstein 7-X ne soit pas destiné à produire de l'énergie, l'appareil doit prouver que les stellarators conviennent aux centrales électriques. Pour la première fois la qualité du confinement du plasma dans un stellarator est d'atteindre le niveau des dispositifs concurrents de type tokamak.

Dans ce but, d'autres étapes de modification sont prévues. Par exemple, les tuiles en graphite du divertor doivent être remplacées dans quelques années par des éléments en carbone renforcés de fibres de carbone et refroidis à l'eau. Cela permettra des décharges d'une durée allant jusqu'à 30 minutes au cours desquelles on pourra tester si Wendelstein 7-X atteindra ses objectifs d'optimisation sur le long terme :L'appareil doit ainsi démontrer l'avantage essentiel des stellarators, à savoir. leur capacité de fonctionnement continu.