Une équipe de chercheurs en fusion a réussi à prouver que les ions peuvent être chauffés par des oscillations de plasma entraînées par des particules de haute énergie. Cela a été confirmé en effectuant une simulation à grande échelle avec un programme de simulation hybride nouvellement développé qui relie les calculs des oscillations du plasma, particules et ions de haute énergie. Cette recherche accélérera les études sur l'auto-échauffement du plasma pour réaliser l'énergie de fusion.

La réaction de fusion entre l'ion deutérium et l'ion tritium dans un plasma à haute température sera utilisée dans les réacteurs de fusion à l'avenir. Les particules alpha de haute énergie générées par la réaction de fusion donnent leur énergie au plasma, et ce plasma auto-échauffant maintient la condition de haute température requise pour la réaction de fusion. Cependant, nous avons le problème que le chauffage des ions combustibles est faible car les particules de haute énergie donnent la plupart de leur énergie aux électrons par collision avec les électrons. Afin d'augmenter la vitesse de chauffage des ions, il est proposé que les ions puissent être chauffés par les oscillations du plasma entraînées par les particules de haute énergie. Cependant, ce mécanisme de chauffage ionique n'a pas encore été confirmé.

L'équipe de recherche du professeur adjoint Hao Wang et du professeur Yasushi Todo des National Institutes of Natural Sciences (NINS) National Institute for Fusion Science (NIFS) a mené des recherches sur le chauffage ionique par oscillations plasma à l'aide de simulations informatiques.

Le professeur Todo a précédemment développé un programme informatique capable de simuler simultanément l'état du plasma dans son ensemble, qui est traité comme un fluide, et le mouvement des particules de haute énergie dans un plasma. Ce programme, car il relie et calcule le fluide et les particules, est appelé programme de simulation hybride. Il nous permet d'étudier l'interaction entre les oscillations du plasma et les particules de haute énergie. Le programme est hautement évalué parmi les scientifiques de la fusion, et plusieurs études de simulation utilisant le programme sont actuellement en cours.

Cependant, afin d'étudier le chauffage ionique par des oscillations de plasma entraînées par des particules de haute énergie, il est nécessaire d'étendre le programme de simulation hybride pour simuler les mouvements ioniques influencés par les oscillations du plasma. L'équipe de recherche a réussi à développer un nouveau programme de simulation hybride en calculant les ions dans un plasma sous forme de particules et en reliant les trois types de calculs pour les oscillations du plasma, les particules de haute énergie, et les ions. En utilisant le nouveau programme de simulation hybride, ils ont effectué une simulation à grande échelle sur le super ordinateur concernant le plasma généré dans le grand dispositif hélicoïdal (LHD). (Sur la conduite à gauche, nous utilisons les particules d'hydrogène à haute énergie qui se trouvent à l'intérieur du plasma pour étudier les oscillations du plasma entraînées par des particules à haute énergie.) La nouvelle simulation hybride montre clairement que les ions obtiennent de l'énergie à partir des oscillations du plasma excitées par les particules à haute énergie. Cela indique que la vitesse de chauffage des ions dans un plasma auto-échauffant peut être augmentée en utilisant les oscillations du plasma.

Ainsi, l'équipe de recherche a prouvé le chauffage ionique par oscillations plasma pour la première fois au monde. Sur la base des résultats de cette étude, les recherches sur le plasma auto-échauffant pour réaliser l'énergie de fusion seront accélérées.

Ce résultat de recherche a été publié sous le titre Wang, et al. "Simulation de modes acoustiques géodésiques entraînés par des particules énergétiques et de la canalisation de l'énergie dans les plasmas de grands dispositifs hélicoïdaux" dans La fusion nucléaire en août 2019.