3,6 mm de diamètre, 40um d'épaisseur, Coquille de diamant remplie de B de 20 mg. Crédit :R. Moyer, Université de Californie, San Diego.
La fusion offre le potentiel d'une énergie presque illimitée en chauffant un gaz piégé dans un champ magnétique à des températures incroyablement élevées où les atomes sont si énergétiques qu'ils fusionnent lorsqu'ils entrent en collision. Mais si ce gaz chaud, appelé plasma, se libère du champ magnétique, il doit être remis en place en toute sécurité pour éviter d'endommager le dispositif de fusion - ce problème a été l'un des grands défis de la fusion à confinement magnétique.
Au cours de ces soi-disant perturbations, la libération rapide de l'énergie dans le plasma peut endommager le dispositif de fusion :une chaleur intense peut vaporiser ou faire fondre les parois, des courants électriques importants peuvent générer des forces dommageables, et les faisceaux d'électrons « emballements » à haute énergie peuvent causer des dommages localisés intenses.
Pour rendre les perturbations moins perturbatrices, il faut injecter dans le plasma un matériau qui rayonne uniformément l'énergie du plasma. L'un des défis est que le matériau a du mal à atteindre le milieu du plasma avant qu'une perturbation ne se produise. Les chercheurs espèrent que l'introduction du matériau au milieu peut fournir un refroidissement "de l'intérieur vers l'extérieur" du plasma, empêchant la perturbation et la production d'électrons incontrôlables.
Les chercheurs de l'installation nationale de fusion DIII-D ont démontré une nouvelle technique révolutionnaire pour réaliser ce refroidissement « de l'intérieur vers l'extérieur » avant qu'une perturbation ne se produise. Une pastille de diamant à paroi mince transporte une charge utile de poussière de bore profondément dans le plasma (Figure 1). Les expériences montrent que les boulettes d'obus tirées dans le noyau à environ 450 miles par heure peuvent déposer de la poussière de bore profondément dans le plasma où elle est la plus efficace. Les coquilles de diamant se désintègrent progressivement dans le plasma avant de libérer la poussière près du centre du plasma.
Imagerie visible de (a) pastille d'obus frappant la limite côté champ faible du plasma, (b) continuer à travers le plasma vers le noyau, (c) l'ablation et la libération de la poussière de bore dans le noyau. (d) Vue élargie de (c), mettant en évidence la coquille et la poussière. (e) Coupe transversale du plasma avec un point rouge indiquant l'emplacement des pastilles au moment de la libération de poussière en (c). Vitesse d'injection 230 m/s. Crédit :R. Moyer, Université de Californie, San Diego.
La nouvelle approche transforme les perspectives d'énergie de fusion en résolvant potentiellement trois problèmes majeurs :évacuer efficacement la chaleur du plasma, réduction des forces par le plasma sur le dispositif de fusion, et empêcher la formation de faisceaux d'électrons énergétiques.
En tant que directeur scientifique du DIII-D, Richard Beurre, commentaires, « Les granulés de coquillage offrent la possibilité de relever les trois aspects du défi, éliminant le risque de dommages à l'appareil."
Les travaux futurs visent à créer des conceptions de coques plus sophistiquées capables de transporter des charges utiles plus importantes et de pénétrer dans les plasmas de classe réacteur.
Une autre technique explorée à DIII-D est connue sous le nom d'injection de boulettes brisées. Dans cette approche, des pastilles solides congelées constituées d'un isotope lourd d'hydrogène et de néon ou d'argon sont tirées vers le plasma à grande vitesse. Ils se brisent en petits fragments avant de toucher le bord du plasma. Les chercheurs ont effectué des expériences et extrapolé les résultats au grand dispositif de fusion, ITER, en cours de développement en France. Ils pensent que cette technique sera efficace dans ITER.
« La meilleure façon de prévenir les perturbations de manière fiable reste une question ouverte, " a déclaré le chercheur Nick Eidietis, qui travaille au dispositif de fusion DIII-D à San Diego et présentera ses recherches à la réunion de l'American Physical Society Division of Plasma Physics à Portland, Oregon. "Mais nous faisons des progrès significatifs dans le développement de la compréhension et des techniques nécessaires pour atteindre la puissance de fusion. Si cette nouvelle technique d'obus tient sa promesse initiale, cela transformera les perspectives d'exploitation fiable d'une centrale à fusion."
