Les scientifiques cherchant à capter et contrôler sur Terre l'énergie de fusion, le processus qui alimente le soleil et les étoiles, sont confrontés au risque de perturbations :des événements soudains qui peuvent arrêter les réactions de fusion et endommager les installations appelées tokamaks qui les abritent. Des chercheurs du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), et l'Université de Washington ont développé un nouveau prototype pour contrôler rapidement les perturbations avant qu'elles ne prennent pleinement effet.

Le dispositif, appelé « injecteur de particules électromagnétiques » (EPI), est un type de railgun qui tire un projectile à grande vitesse à partir d'une paire de rails électrifiés dans un plasma au bord de la perturbation. Le projectile, appelé un " saboteur, " libère une charge utile de matière au centre du plasma qui rayonne, ou s'étale, l'énergie stockée dans le plasma, réduire son impact sur l'intérieur du tokamak.

Charges utiles pénétrantes

Ce processus peut s'avérer plus rapide et peut permettre aux charges utiles de pénétrer plus profondément dans le plasma que les techniques les plus développées d'aujourd'hui. Les systèmes actuels libèrent du gaz sous pression ou des pastilles brisées propulsées au gaz à l'aide d'une vanne de gaz dans le plasma, mais avec une vitesse limitée par la masse des particules de gaz. « Le principal avantage du concept EPI par rapport aux systèmes à gaz est son potentiel à respecter des échelles de temps d'alerte courtes, " dit Roger Raman, un physicien de l'Université de Washington en affectation à long terme au PPPL et auteur principal d'un La fusion nucléaire document décrivant le nouveau système.

Le risque de perturbations est particulièrement important pour ITER, le grand tokamak international en construction en France pour démontrer la faisabilité de la fusion. ITER est dense, décharges de plasma à haute puissance, l'état de la matière qui alimente les réactions de fusion, Il sera difficile pour les méthodes d'atténuation actuelles à propulsion gazeuse de pénétrer suffisamment profondément dans le plasma ITER hautement énergétique pour produire un effet positif.

Sur ITER, l'atténuation est souhaitée en moins de 20 millisecondes, ou des milliers de seconde, dès l'avertissement d'une perturbation, avec 10 millisecondes comme idéal. Les tests du prototype EPI montrent qu'il peut fournir une charge utile de particules correctement dimensionnées en moins de 10 millisecondes, contre 30 millisecondes pour les systèmes à gaz.

Le Prototype, construit à l'Université de Washington, rappelle un système d'alimentation en combustible d'un réacteur à fusion sur lequel Raman a travaillé il y a des années. Ce système a injecté des plasmoïdes, plasmas en forme de football avec leurs propres champs magnétiques, qui ont été injectés dans un plasma de fusion à grande vitesse. Raman a adapté certaines fonctionnalités du système pour permettre d'injecter beaucoup plus de masse dans une configuration plus simple, comme cela serait requis pour un mode de fonctionnement en veille prolongée, pour développer le PEV.

Rails conducteurs d'électricité

Le prototype loge le sabot entre deux rails électriquement conducteurs distants de 2 à 3 centimètres et reliés à une batterie de condensateurs contenant une charge électrique. La décharge de la banque produit des forces électromagnétiques qui accélèrent le sabot, permettant la libération de la charge utile en seulement 2 millisecondes. Le matériel, constitués de granulés ou de pastilles de métaux légers, rayonnerait l'énergie d'une perturbation du centre du plasma vers le bord, répandre l'énergie et affaiblir son impact sur les parois du tokamak.

Il a été proposé de poursuivre le développement du système EPI au PPPL. Les plans prévoient la construction de prototypes de deuxième et troisième génération avec des champs magnétiques de plus en plus forts sur une période de trois ans, suivi d'un déploiement sur un tokamak en quatrième année. Résultats à ce jour, comme indiqué dans La fusion nucléaire , fournir un degré de confiance qu'un système EPI efficace peut être développé pour atténuer les perturbations puissantes sur ITER.