Les scientifiques qui utilisent des champs magnétiques pour embouteiller et contrôler sur Terre les réactions de fusion qui alimentent le soleil et les étoiles doivent corriger toute erreur dans la forme des champs qui contiennent les réactions. De telles erreurs produisent des écarts par rapport à la forme symétrique des champs dans les installations de fusion de tokamak en forme de beignet qui peuvent avoir un impact dommageable sur la stabilité et le confinement du chaud, gaz plasma chargé qui alimente les réactions.

Des chercheurs dirigés par des scientifiques du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) ont trouvé des preuves claires de la présence de champs d'erreur au cours des 10 premières semaines de l'expérience nationale sur le tore sphérique — Mise à niveau (NSTX-U) , l'installation de fusion phare du laboratoire. La méthode de détection exhaustive qu'ils ont utilisée pourrait fournir des enseignements pour la correction d'erreurs dans les futurs dispositifs de fusion tels que ITER, la grande installation internationale de fusion en construction en France pour démontrer la praticité de l'énergie de fusion contrôlée.

La fusion alimente le soleil et les étoiles

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

Chez PPPL, les chercheurs ont rassemblé une combinaison de données expérimentales, mesure détaillée de la position des aimants, et la modélisation informatique de la réponse du plasma pour localiser la source des champs d'erreur NSTX-U. L'analyse a découvert un spectre de petits champs d'erreur - un résultat inévitable du fait qu'un tokamak ne peut pas être parfaitement symétrique - mais la plupart ont eu un impact facilement corrigible sur le plasma. Cependant, une découverte majeure s'est démarquée :un léger désalignement des bobines magnétiques qui descendent au centre du tokamak et produisent les champs qui s'enroulent horizontalement - ou « toroïdalement » - autour de l'intérieur du vaisseau.

L'indice recherché par les scientifiques

Ce désalignement était l'indice recherché par les scientifiques. "Nous avons recherché la source de l'erreur avec le plus grand impact sur le plasma, " a déclaré le physicien Nate Ferraro, premier auteur de la recherche qui a rapporté la recherche et la découverte dans La fusion nucléaire . "Ce que nous avons trouvé, c'est un petit désalignement des bobines de la pile centrale avec le boîtier qui les enferme."

Le léger désalignement a généré des erreurs qui ont résonné dans le comportement du plasma. Parmi les problèmes figurait un effet de freinage et de verrouillage qui empêchait le bord du plasma de tourner, et un échauffement localisé accru sur les composants faisant face au plasma à l'intérieur du tokamak.

La découverte du désalignement a suivi l'arrêt du tokamak pour des réparations en cours à la suite d'une défaillance de la bobine. Les résultats du désalignement sont maintenant utilisés "pour conduire de nouvelles exigences de tolérance d'ingénierie pour NSTX-U lors de sa reconstruction, ", ont déclaré les chercheurs. De telles exigences nécessitent une tolérance plus stricte entre la console centrale et le boîtier qui l'entoure. La tolérance plus stricte réduirait l'écart par rapport à l'alignement optimal des deux composants à moins de deux centièmes de pouce le long de l'axe vertical de la console centrale.

L'ajustement atténuerait les inquiétudes concernant l'augmentation de l'échauffement localisé et réduirait le freinage et le verrouillage magnétiques, selon les auteurs. De tels développements permettraient ainsi d'améliorer la stabilité du plasma. "Chaque tokamak se préoccupe des champs d'erreur, " Ferraro a déclaré. "Ce que nous essayons de faire, c'est d'optimiser le NSTX-U."

Partenariat avec des expérimentations

Les résultats démontrent la relation entre le département de théorie PPPL et l'expérience NSTX-U, dit Amitava Bhattacharjee, qui dirige la théorie. "Il s'agit d'un excellent exemple du programme de partenariat NSTX-U-Theory qui a été bénéfique à la fois pour les départements NSTX-U et Theory de PPPL, et qui continue même lorsque NSTX-U est en récupération, " a déclaré Bhattacharjee.

Les membres de l'équipe de recherche comprenaient des scientifiques de PPPL, Laboratoire national de Sandia, General Atomics et Oak Ridge National Laboratory. Le DOE Office of Science a financé le travail.