La fusion nucléaire, la libération d'énergie lors de la fusion des noyaux atomiques légers, est présenté comme une solution sans carbone aux besoins énergétiques mondiaux. Une voie potentielle vers la fusion nucléaire est le confinement inertiel. Maintenant, une équipe dirigée par KAUST a modélisé le flux complexe de plasma qui pourrait se produire dans un tel réacteur de fusion.

Le confinement inertiel consiste à tirer plusieurs faisceaux laser puissants sur une pastille d'hydrogène dans de nombreuses directions, qui provoque une onde de choc d'implosion qui chauffe la cible à des températures suffisamment élevées pour créer un plasma - un nuage de particules chargées - et initier la fusion. La pastille doit imploser symétriquement, mais de légères différences dans la puissance des faisceaux laser créent un plasma de température et de densité différentes, qui s'écoulent différemment et créent des instabilités dans le carburant.

doctorat l'étudiant Yuan Li et son superviseur Ravi Samtaney du programme de génie mécanique de KAUST et Vincent Wheatley de l'Université du Queensland, Australie, ont utilisé un modèle fluide de la dynamique du plasma pour étudier l'évolution d'un type particulier d'instabilité appelé l'instabilité de Richtmyer-Meshkov (RMI).

Le RMI commence par de petites perturbations entre les régions de fluides à accélération impulsive de haute et basse densité. Les perturbations croissent initialement linéairement avec le temps; il s'ensuit un régime non linéaire avec formation de bulles de fluide léger pénétrant dans le fluide lourd et avec des pointes de fluide lourd dans le fluide léger. Finalement, cela évolue vers un mélange turbulent, ce qui est préjudiciable à la réalisation du point chaud au centre de l'implosion.

Li, Samtaney et Wheatley ont étudié numériquement le RMI dans le cas d'un choc cylindrique convergent interagissant avec deux interfaces séparant des fluides de trois densités. Des recherches antérieures ont indiqué que l'application d'un champ magnétique diminue la température requise pour l'allumage et réduit l'instabilité. L'équipe a étudié les modifications du champ d'écoulement sous l'influence d'un champ magnétique en forme de selle; une topologie préalablement identifiée comme la plus efficace.

En simulant ce système avec différents rapports de densités entre les trois fluides et différentes intensités de champ magnétique, l'équipe a confirmé que le champ magnétique en forme de selle pourrait en effet réduire l'instabilité. Cependant, ils ont montré que l'étendue de la suppression varie sur l'interface :qu'elle soit légère à lourde ou lourde à légère. Cela conduit à son tour à une croissance non symétrique des perturbations. Le degré de cette asymétrie augmente avec l'augmentation de l'intensité du champ magnétique.

« Le champ magnétique de la selle supprime le RMI ; cependant, il brise également la symétrie d'écoulement, " explique Samtaney. " La symétrie est très importante pour que l'implosion atteigne une température et une densité élevées. "

"Nous espérons ensuite utiliser un modèle mathématique plus avancé des instabilités provoquées par les chocs dans la fusion par confinement inertiel qui traite les ions et les électrons comme des fluides séparés, " dit Samtaney.