Comme des surfeurs attrapant les vagues de l'océan, particules dans le chaud, Un état de matière chargé électriquement connu sous le nom de plasma peut chevaucher des ondes qui oscillent à travers le plasma au cours d'expériences visant à étudier la production d'énergie de fusion. Les oscillations peuvent déplacer les particules jusqu'à ce qu'elles s'échappent du tokamak en forme de beignet qui abrite les expériences, refroidir le plasma et rendre les réactions de fusion moins efficaces. Aujourd'hui, une équipe de physiciens dirigée par le laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) a mis au point une méthode plus rapide pour déterminer dans quelle mesure cette interaction entre les particules et les ondes contribue à la perte d'efficacité des tokamaks.

La fusion, la puissance qui anime le soleil et les étoiles, est la fusion d'éléments légers sous forme de plasma - le chaud, état chargé de la matière composé d'électrons libres et de noyaux atomiques, qui génère des quantités massives d'énergie. Les scientifiques du monde entier cherchent à reproduire la fusion sur Terre pour une réserve d'énergie pratiquement inépuisable pour produire de l'électricité.

La méthode d'aide à la détermination de l'impact sur la fusion, Publié dans Physique des plasmas , dépend de la façon dont les particules du plasma sont prises dans les oscillations. Les particules piégées dans une oscillation peuvent tracer un chemin ovale connu sous le nom de structure résonante, dont la largeur est un facteur clé. Il est essentiel de déterminer la largeur de cette structure. "Si vous voulez savoir quel effet la résonance a sur les particules de plasma, vous devez connaître la largeur de résonance, " dit Roscoe White, un physicien théoricien au PPPL et auteur principal de l'article.

En exécutant des simulations sur des ordinateurs PPPL puissants, les chercheurs ont appris comment un type de vibration de plasma connu sous le nom de mode propre peut déformer la résonance et modifier la façon dont il affecte les particules de plasma. "Notre recherche se démarque car nous avons pris en compte la forme du mode propre, ce qui n'avait pas été fait auparavant, " dit Blanc.

La façon dont les modes propres modifient les structures de résonance et donc le comportement des particules de plasma est importante pour les scientifiques car l'effet pourrait diminuer l'efficacité d'ITER, l'installation multinationale en construction en France pour démontrer la faisabilité de l'énergie de fusion. "Les modifications des distributions des particules par les oscillations électromagnétiques est un problème important pour ITER, " White a déclaré. " L'étude de ces phénomènes permet aux scientifiques de prédire la force des effets des oscillations, puis concevoir des moyens d'éliminer les vagues, prévenir la perte de particules, et maintenir l'efficacité de la fusion."

Les résultats pourraient être utilisés pour créer un modèle informatique réduit avec des pourtant précis, code qui pourrait simuler le comportement du plasma avec moins de calculs et donc en beaucoup moins de temps que les modèles actuels n'en prennent. "La meilleure simulation disponible d'une décharge en DIII-D, le tokamak opéré à San Diego par General Atomics, peut prendre plusieurs mois à un supercalculateur, " a déclaré Nikolaï Gorelenkov, physicien de recherche principal au PPPL et co-auteur de l'article. "C'est trop long. Le but ultime est d'utiliser des simulations d'interactions particule-onde dans le plasma assez rapidement pour prédire où et quand les pertes pourraient se produire, puis prendre des mesures pour éviter ces pertes."

La tâche devient beaucoup plus difficile en ce qui concerne ITER. "Une projection prudente pour ITER est que les simulations nécessiteront environ 1 million de fois plus de calculs que ce qui est nécessaire pour les tokamaks actuels, " a déclaré Gorelenkov. " C'est une quantité de calculs sans précédent, nous devons donc trouver des moyens de rendre la simulation plus facile à terminer."