Béryllium, un dur, métal argenté longtemps utilisé dans les machines à rayons X et les engins spatiaux, trouve un nouveau rôle dans la quête pour apporter la puissance qui propulse le soleil et les étoiles sur Terre. Le béryllium est l'un des deux principaux matériaux utilisés pour la paroi d'ITER, une installation de fusion multinationale en construction en France pour démontrer la faisabilité de l'énergie de fusion. Maintenant, Les physiciens du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) et de General Atomics ont conclu que l'injection de minuscules pastilles de béryllium dans ITER pourrait aider à stabiliser le plasma qui alimente les réactions de fusion.

Des expériences et des simulations informatiques ont révélé que les granules injectés aident à créer des conditions dans le plasma qui pourraient déclencher de petites éruptions appelées modes localisés aux bords (ELM). Si déclenché assez fréquemment, les minuscules ELM empêchent les éruptions géantes qui pourraient arrêter les réactions de fusion et endommager l'installation ITER.

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 processus implique le plasma, une soupe très chaude d'électrons flottants et de noyaux atomiques, ou des ions. La fusion des noyaux libère une énorme quantité d'énergie.

Dans les expériences présentes, les chercheurs ont injecté des granules de carbone, lithium, et le carbure de bore - des métaux légers qui partagent plusieurs propriétés du béryllium - dans l'installation de fusion nationale DIII-D que General Atomics exploite pour le DOE à San Diego. "Ces métaux légers sont des matériaux couramment utilisés à l'intérieur du DIII-D et partagent plusieurs propriétés avec le béryllium, " a déclaré le physicien du PPPL Robert Lunsford, auteur principal de l'article qui rapporte les résultats dans Matières nucléaires et énergie . Parce que la structure interne des trois métaux est similaire à celle du béryllium, les scientifiques en déduisent que tous ces éléments affecteront le plasma ITER de manière similaire. Les physiciens ont également utilisé des champs magnétiques pour que le plasma DIII-D ressemble au plasma tel qu'il devrait se produire dans ITER.

Ces expériences étaient les premières du genre. "C'est la première tentative pour essayer de comprendre comment ces pastilles d'impuretés pénétreraient dans ITER et si vous feriez suffisamment de changement de température, densité, et la pression pour déclencher un ELM, " a déclaré Rajesh Maingi, responsable de la recherche sur le plasma au PPPL et co-auteur de l'article. "Et il semble en fait que cette technique d'injection de granulés avec ces éléments serait utile."

Si c'est le cas, l'injection pourrait réduire le risque de gros ELM dans ITER. "La quantité d'énergie entraînée dans les premiers murs d'ITER par des ELM spontanés est suffisante pour causer de graves dommages aux murs, " dit Lunsford. " Si rien n'était fait, vous auriez une durée de vie des composants trop courte, nécessitant éventuellement le remplacement des pièces tous les deux mois. »

Lunsford a également utilisé un programme qu'il a écrit lui-même qui montrait que l'injection de granules de béryllium mesurant 1,5 millimètres de diamètre, environ l'épaisseur d'un cure-dent, pénétrerait dans le bord du plasma ITER d'une manière qui pourrait déclencher de petits ELM. A cette taille, suffisamment de la surface du granule s'évaporerait, ou ablater, pour permettre au béryllium de pénétrer jusqu'aux endroits du plasma où les ELM peuvent être déclenchés le plus efficacement.

La prochaine étape consistera à calculer si les changements de densité causés par les pastilles d'impuretés dans ITER déclencheraient effectivement un ELM comme l'indiquent les expériences et les simulations. Cette recherche est actuellement en cours en collaboration avec des experts internationaux d'ITER.

Les chercheurs envisagent l'injection de granules de béryllium comme l'un des nombreux outils, y compris l'utilisation d'aimants externes et l'injection de pastilles de deutérium, pour gérer le plasma dans des installations de tokamak en forme de beignet comme ITER. Les scientifiques espèrent mener des expériences similaires sur le Joint European Torus (JET) au Royaume-Uni, actuellement le plus grand tokamak du monde, pour confirmer les résultats de leurs calculs. dit Lunsford, "Nous pensons qu'il faudra que tout le monde travaille ensemble avec un tas de techniques différentes pour vraiment maîtriser le problème de l'ELM."