Des physiciens du laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du Département de l'énergie des États-Unis (DOE) ont découvert des informations précieuses sur la façon dont le gaz chargé électriquement appelé « plasma » s'écoule au bord des dispositifs de fusion en forme de beignet appelés « tokamaks ». Les résultats marquent un signe encourageant pour le développement de machines pour produire de l'énergie de fusion pour produire de l'électricité sans créer de déchets dangereux à long terme.

Le résultat corrobore en partie les découvertes antérieures de PPPL selon lesquelles la largeur de l'échappement de chaleur produit par les réactions de fusion pourrait être six fois plus large, et donc moins étroit, concentré, et dommageable, qu'on ne le pensait. "Ces résultats sont une bonne nouvelle pour ITER, " a déclaré le physicien PPPL C.S. Chang, auteur principal d'une description de la recherche en Physique des plasmas , en référence à l'expérience internationale de fusion en construction en France. "Les résultats montrent que l'échappement de chaleur dans ITER aura moins de chance de nuire à la machine, " dit Chang.

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 produit de l'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.

Le plasma super chaud dans les tokamaks, qui peut atteindre des centaines de millions de degrés, est confiné par des champs magnétiques qui éloignent le plasma des parois des machines. Cependant, les particules et la chaleur peuvent s'échapper des champs de confinement au niveau de la "séparatrice magnétique", la frontière entre les plasmas magnétiquement confinés et non confinés. A cette limite, les lignes de champ se croisent au point dit X, l'endroit où la chaleur perdue et les particules s'échappent et frappent une cible appelée « plaque de dérivation ».

Les nouvelles découvertes révèlent l'effet surprenant du point X sur l'échappement en montrant qu'une bosse de charge électrique semblable à une colline se produit au point X. Cette colline électrique fait circuler le plasma autour d'elle, empêcher les particules de plasma de se déplacer entre les zones amont et aval des lignes de champ en un trajet rectiligne. Au lieu, comme les voitures manoeuvrant autour d'un chantier de construction, les particules de plasma chargées font un détour autour de la colline.

Les chercheurs ont produit ces résultats avec XGC, un code informatique avancé développé avec des collaborateurs externes à PPPL qui modélise le plasma comme une collection de particules individuelles plutôt que comme un fluide unique. Le modèle, qui a montré que la connexion entre le plasma amont situé au-dessus du point X et le plasma aval au-dessous du point X formé d'une manière non prédite par des codes plus simples, pourrait conduire à des prédictions plus précises sur les gaz d'échappement et rendre les futures installations à grande échelle moins vulnérables aux dommages internes.

"Ce résultat montre que le modèle précédent des lignes de champ impliquant des tubes de flux est incomplet, " a déclaré Chang - se référant aux zones tubulaires entourant les régions de flux magnétique - " et que la compréhension actuelle de l'interaction entre les plasmas en amont et en aval n'est pas correcte. Notre prochaine étape consiste à trouver une relation plus précise entre les plasmas en amont et en aval à l'aide d'un code comme le nôtre. Cette connaissance nous aidera à développer des équations plus précises et des modèles réduits améliorés, qui en fait sont déjà en cours."