Tout comme le feu produit de la cendre, la combinaison d'éléments légers dans les réactions de fusion peut produire un matériau qui interfère éventuellement avec ces mêmes réactions. Maintenant, Des scientifiques du laboratoire de physique du plasma de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) ont trouvé des preuves suggérant qu'un processus pourrait éliminer les matériaux indésirables et rendre les processus de fusion plus efficaces dans un type d'installation de fusion connue sous le nom de configuration à champ inversé ( FRC).

Dans toutes les machines de fusion, électrons et noyaux atomiques, ou des ions, tourbillonner dans une sorte de soupe connue sous le nom de plasma. Au cours du processus de fusion proposé pour un FRC, les noyaux de deutérium et d'hélium-3, atomes d'hydrogène et d'hélium avec un neutron chacun, combiner et dans le processus libérer de grandes quantités d'énergie. Les physiciens étudient actuellement la meilleure façon de piéger les particules de carburant dans les champs magnétiques afin de maximiser le nombre de réactions de fusion tout en empêchant simultanément d'endommager les parois de la machine à cause des particules énergétiques qui s'échappent de la bouteille magnétique. Le but de toute expérience d'énergie de fusion est d'imiter sur Terre le processus de fusion au sein du soleil et des étoiles pour produire une énergie pratiquement illimitée.

Les machines FRC diffèrent des tokamaks en forme de beignet et twisty, des stellarators de type cruller qui sont actuellement les conceptions de prédilection pour les installations de fusion dans le monde entier. Les FRC confinent le plasma à des températures plus élevées que les tokamaks mais ne nécessitent qu'un seul ensemble de bobines électromagnétiques en forme de cercles simples. En outre, au lieu des conteneurs circulaires dans les tokamaks et les stellarators, Les FRC créent des champs s'étendant entre deux extrémités presque linéaires, rendre un dispositif FRC de faible puissance potentiellement adapté comme moteur de fusée à fusion pour la propulsion d'engins spatiaux.

Récemment, cependant, de nouvelles recherches à PPPL ont laissé entendre que, avec le bon design, Les FRC pourraient produire des plasmas stables. Et parce que la variante PPPL du FRC devrait produire beaucoup moins de neutrons de haute énergie que les tokamaks, ce type de réacteur FRC nécessiterait moins de blindage pour protéger les équipements internes et environnants.

La recherche a commencé il y a cinq ans lorsque les étudiants de premier cycle Matt Chu-Cheong et Samuel Cohen, chercheur principal des expériences FRC du Laboratoire, commencé à réfléchir à la manière dont les particules de cendres créées dans les futurs réacteurs hypothétiques FRC pourraient être éliminées. Leurs calculs suggéraient que les particules indésirables migreraient lentement vers la « couche de raclage » qui relie le plasma aux surfaces matérielles du récipient. En entrant et en sortant de cette région relativement fraîche, les particules perdraient de l'énergie et ralentiraient, tout comme les engins spatiaux peuvent réduire leur vitesse en plongeant dans l'atmosphère d'une planète. Finalement, les particules perdraient suffisamment de vitesse pour rester dans la couche de raclage et seraient acheminées vers un système d'échappement qui les éliminerait du plasma.

Les particules entreraient automatiquement dans la couche de grattage en raison de leur haute énergie. « C'est un bon moyen d'éliminer les produits de fusion du cœur et de les empêcher de s'accumuler, " dit Evans, un auteur principal d'un article dans Physics of Plasmas qui a rigoureusement examiné les processus.

Evans et Cohen craignaient, cependant, que si les électrons de la couche de grattage étaient trop froids, ils pourraient ne pas se déplacer assez rapidement pour piéger les ions et provoquer leur élimination. "Si les électrons se déplacent trop lentement, " Cohen a dit, "ils ne sont pas capables de suivre les ions rapides et les ions ne ressentent pas beaucoup de force d'entraînement."

Evans a formulé une hypothèse et a ensuite effectué des simulations détaillées sur des ordinateurs hautes performances au National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), une installation d'utilisateurs du DOE Office of Science au Lawrence Berkeley National Laboratory. Les simulations, qui a pris en compte les champs magnétiques de la machine FRC hypothétique et les effets des électrons froids, a produit des données suggérant que les particules de cendres dans un réacteur FRC seraient retirées du plasma, bien que plus lent que ne le prévoyaient les théories créées en 1960. Néanmoins, le taux d'élimination prévu était suffisant pour épuiser les ions de cendres et les empêcher d'interférer avec les réactions de fusion dans les futurs plasmas FRC.

Les résultats ont été extrêmement encourageants. "Ma principale réaction a été le soulagement que les simulations aient fonctionné, que nos estimations précédentes étaient correctes, et qu'au moins dans ces simulations, nous ne voyions aucune raison pour laquelle ce processus ne fonctionnerait pas, " a déclaré Evans. " En d'autres termes, jusque là, si bon."