Vous connaissez peut-être mieux l'élément lithium en tant que composant intégral de la batterie de votre téléphone intelligent, mais l'élément joue également un rôle dans le développement d'une énergie de fusion propre. Lorsqu'il est utilisé sur des surfaces de tungstène dans des appareils de fusion, le lithium peut réduire les instabilités périodiques du plasma qui peuvent endommager les parois du réacteur, les scientifiques ont trouvé.

Les résultats, démontré par des scientifiques du laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) et des collaborateurs du tokamak supraconducteur expérimental avancé (EAST) de la Chine ont découvert que la poudre de lithium peut éliminer les instabilités connues sous le nom de modes localisés aux bords (ELM) lorsqu'elle est utilisée pour revêtir un composant faisant face au plasma de tungstène appelé « déviateur », l'unité qui évacue la chaleur résiduelle et les particules du plasma qui alimentent les réactions de fusion. Si laissé seul, de telles instabilités peuvent endommager le divertor et provoquer l'échec des réactions de fusion.

Les résultats sont de bonnes nouvelles pour les futurs appareils qui prévoient d'utiliser du tungstène pour leurs propres divertisseurs conçus pour fonctionner avec le lithium.

Des expériences passées avec de la poudre de lithium sur EAST ont confirmé la capacité du métal à éliminer ou à réduire la fréquence et l'intensité des rafales périodiques d'ELM qui se produisent dans le bord extérieur des plasmas qui peuvent endommager le divertor. Les ELM se développent régulièrement lorsque le plasma entre dans un état de haute énergie appelé mode de confinement élevé, ou mode H, qui retient plus efficacement la chaleur dans le plasma. Les ELM peuvent également libérer de grandes quantités de chaleur qui endommagent les composants faisant face au plasma et libèrent des matériaux érodés qui peuvent pénétrer dans le plasma et refroidir les réactions de fusion.

Lors des expériences passées, Les divertors supérieur et inférieur d'EAST étaient recouverts de carbone léger et poreux plutôt que de métal lourd de tungstène. "Donc, la question était de savoir si le lithium aurait le même effet sur les parois en tungstène qu'avec les parois en carbone, " a déclaré Rajesh Maingi, physicien du PPPL, auteur principal avec Jiansheng Hu de l'Institut de physique des plasmas de l'Académie chinoise des sciences (ASIPP) d'un article décrivant les résultats dans la revue La fusion nucléaire .

Le problème était en cause car des recherches récentes sur d'autres tokamaks en forme de beignet, tels que l'Axi-Symmetric Divertor Experiment-Upgrade (ASDEX-U) en Allemagne, ont suggéré que les composants face au plasma en tungstène réduisent en fait la capacité des revêtements de lithium à contrôler les ELM. Le lithium a été injecté dans ASDEX-U via de grosses pastilles rapides, par rapport à la poudre de lithium qui a été injectée par gravitation dans les expériences EAST.

Dans les expériences récentes, les chercheurs ont manipulé le plasma dans EAST afin qu'il épuise sa chaleur perdue sur la partie supérieure des deux diverteurs du tokamak. Contrairement au divertor inférieur, qui était en carbone, le divertor supérieur est fabriqué en tungstène.

Les résultats ont montré que le lithium injecté dans le plasma au contact du tungstène réduit les ELM tout autant que le lithium le fait lorsque le plasma épuise sa chaleur sur le carbone. Les physiciens sont maintenant de plus en plus convaincus que les techniques utilisées pour réduire les ELM dans les machines à fusion actuelles seront en mesure de réduire les ELM dans les machines plus grandes à l'avenir, tant qu'ils sont conçus pour être compatibles avec le lithium.

L'équipe de recherche a noté qu'il devenait plus facile d'éliminer les ELM au fur et à mesure que les expériences progressaient, suggérant que l'élimination pourrait nécessiter moins de lithium avec le temps. Les scientifiques aimeraient donc trouver un moyen de réguler la quantité de lithium injectée dans le plasma, éventuellement réduire le débit d'injection une fois les ELM disparus pour contrôler le stock de lithium et optimiser les performances du plasma.