Des particules subatomiques se glissent autour de machines de fusion en forme d'anneau appelées tokamaks et fusionnent parfois, libérant de grandes quantités d'énergie. Mais ces particules - une soupe d'électrons chargés et de noyaux atomiques, ou des ions, collectivement connus sous le nom de plasma, peuvent parfois s'échapper des champs magnétiques qui les confinent à l'intérieur des tokamaks. La fuite refroidit le plasma, réduire l'efficacité des réactions de fusion et endommager la machine. Maintenant, les physiciens ont confirmé qu'un code informatique mis à jour pourrait aider à prédire et finalement empêcher de telles fuites de se produire.

L'équipe de recherche a mis à jour TRANSP, le code de simulation de plasma développé au Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du Département de l'énergie des États-Unis (DOE) et utilisé dans les centres de recherche sur la fusion du monde entier, en installant un nouveau morceau de code connu sous le nom de modèle kick dans l'un des composants TRANSP. Le modèle kick—ainsi appelé parce qu'il simule des secousses d'énergie qui projettent les particules dans le plasma—permet à TRANSP de simuler le comportement des particules avec plus de précision qu'auparavant. Aidé par des sous-programmes connus sous le nom de NUBEAM et ORBIT qui modélisent le comportement du plasma en distillant des informations à partir de données brutes, cette version mise à jour de TRANSP pourrait aider les physiciens à mieux comprendre et prévoir les fuites, ainsi que de créer des solutions d'ingénierie pour les minimiser.

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 cherchent à reproduire la fusion sur Terre pour une réserve d'énergie pratiquement inépuisable pour produire de l'électricité.

L'équipe a découvert que la version mise à jour de TRANSP modélisait avec précision l'effet de l'instabilité en dents de scie - une sorte de perturbation affectant les réactions de fusion - sur le mouvement de particules hautement énergétiques qui contribuent à provoquer des réactions de fusion. "Ces résultats sont importants car ils peuvent permettre aux physiciens d'utiliser la même approche pour traiter un large spectre d'instabilités sans passer d'un modèle à un autre en fonction du problème spécifique, " a déclaré le physicien PPPL Mario Podestà, un co-auteur de l'article qui a rapporté les résultats dans La fusion nucléaire . Les résultats, sur la base des instabilités en dents de scie survenues lors de l'exploitation de la mise à niveau de l'expérience nationale du tore sphérique (NSTX-U) de PPPL en 2016, étendre les recherches précédentes de PPPL pour intégrer des modèles de coup de pied dans TRANSP.

La version mise à jour de TRANSP peut simuler le comportement du plasma d'expériences qui n'ont pas encore été menées, dit Podestà. « Parce que nous comprenons la physique intégrée au modèle de coup de pied, et parce que ce modèle a simulé avec succès les résultats d'expériences passées pour lesquelles nous avons des données, nous sommes convaincus que le modèle kick peut modéliser avec précision les futures expériences, " il a dit.

À l'avenir, les chercheurs veulent déterminer ce qui se passe entre les instabilités pour avoir une idée plus complète de ce qui se passe dans le plasma. En attendant, Podestà et les autres scientifiques sont encouragés par les résultats actuels. « Nous voyons maintenant une voie à suivre pour améliorer les façons dont nous pouvons simuler certains mécanismes qui perturbent les particules de plasma, " a déclaré Podestà. "Cela nous rapproche de prédictions fiables et quantitatives pour les performances des futurs réacteurs à fusion."