Vue du LTX-β avec l'injecteur de faisceau neutre en jaune. Crédit :Elle Starkman/Bureau des communications du PPPL
Lithium, le métal argenté léger utilisé dans tout, des applications pharmaceutiques aux batteries qui alimentent votre téléphone intelligent ou votre voiture électrique, pourrait également aider à exploiter sur Terre l'énergie de fusion qui éclaire le soleil et les étoiles. Le lithium peut maintenir la chaleur et protéger les parois à l'intérieur des tokamaks en forme de beignet qui abritent les réactions de fusion, et servira à produire du tritium, l'isotope de l'hydrogène qui se combinera avec son cousin le deutérium pour alimenter la fusion dans les futurs réacteurs.
Au Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), les chercheurs ont terminé une mise à niveau de trois ans de l'expérience Lithium Tokamak - maintenant appelée Lithium Tokamak Experiment-Beta (LTX-β) - un dispositif unique qui testera la capacité du métal à maintenir la chaleur et à protéger les murs de l'actuel -tokamak plus puissant.
Injecteur de faisceau neutre
La mise à niveau, financé par le DOE Office of Science, installé un injecteur à faisceau neutre - sur un prêt à long terme de Tri Alpha Energy, maintenant TAE Technologies—pour chauffer, carburant et augmenter la densité du plasma. D'autres améliorations incluent une augmentation du champ magnétique qui confine le plasma, et l'installation de nouveaux systèmes au lithium. Les améliorations rapprochent les conditions de l'expérience de celles d'un réacteur à fusion, dit Dick Majeski, chercheur principal de l'expérience.
Le nouvel appareil, qui utilise un revêtement de lithium pour recouvrir la paroi intérieure du petit tokamak, était avant la mise à niveau devenu le premier à maintenir la température constante du chaud, noyau central du plasma au bord extérieur normalement froid. « La machine est maintenant prête à exploiter toutes les capacités de la mise à niveau, " dit Phil Efthimion, responsable de l'unité Science et Technologie Plasma du PPPL, qui supervise l'expérience.
La fusion combine des 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 cherchent à reproduire la fusion sur Terre pour une réserve d'énergie pratiquement inépuisable pour produire de l'électricité.
Pour terminer la mise à niveau, l'équipe a produit 500 kilowatts de puissance de faisceau neutre tout en augmentant la force du champ magnétique qui confine le plasma des deux tiers, et recouvrir les parois du tokamak d'un revêtement de lithium; le métal apparemment magique absorbe les particules de plasma parasites et les empêche de rebondir dans le cœur du plasma et de le refroidir. L'équipe a encore augmenté la puissance du faisceau neutre à plus de 600 kilowatts, augmentant la puissance de chauffe de la machine d'un facteur 10.
Maintenir toujours un bon confinement ?
Le prochain test est de savoir si la machine mise à niveau peut maintenir un bon confinement et une température constante dans des plasmas beaucoup plus chauds, avec des champs magnétiques plus forts. La mise à niveau du faisceau empêchera la densité de chuter et démontrera si le plasma plus chaud et plus énergétique peut encore être contrôlé.
La construction de la mise à niveau nécessitait des étapes qui comprenaient l'installation d'une alimentation électrique plus puissante et d'un nouvel évaporateur au lithium et était « une tâche difficile à accomplir, " a déclaré Majeski. " Tout le monde a travaillé très dur. Nous avons reçu beaucoup d'aide de l'équipe d'ingénierie du laboratoire NSTX-U [National Spherical Torus Experiment-Upgrade]." Tom Kozub de l'équipe a supervisé l'effort d'ingénierie et le physicien Dennis Boyle a fait fonctionner l'appareil lorsqu'il a répondu aux exigences de fonctionnement.
Des scientifiques de huit centres de recherche à travers le pays collaborent au LTX-β :Oak Ridge et Lawrence Livermore National Laboratories; Université de Princeton; Université de Californie, Los Angeles; L'universite de Wisconsin-Madison; Université de Washington; et Université du Tennessee, Knoxville.