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 - "pour générer des quantités massives d'énergie. L'une des façons dont les scientifiques aident à chauffer le plasma est d'injecter des faisceaux de particules énergétiques dans des tokamaks pour fournir suffisamment d'énergie aux particules de plasma pour surmonter la répulsion mutuelle et fusionnent. Les particules injectées, cependant, peut également produire des ondes qui provoquent une fuite d'énergie du plasma hors des champs magnétiques qui le confinent, refroidir le plasma et aider à éteindre les réactions de fusion. Il est donc bénéfique au développement de l'énergie de fusion de supprimer ces ondes.

Des chercheurs du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) ont développé de nouveaux outils mathématiques pour prévoir quand les ondes seront présentes et pourraient refroidir le plasma. Surtout, les expressions mathématiques prédisent qu'un deuxième faisceau injecté à un angle différent du faisceau d'origine supprimera l'effet indésirable des ondes, fournir de nouvelles méthodes pour maintenir le confinement du plasma. Un tel deuxième faisceau (figure 1) a été installé sur la mise à niveau de l'expérience nationale du tore sphérique (NSTX-U) au PPPL.

Les physiciens du PPPL ont effectué des simulations informatiques détaillées pour modéliser les expériences dans lesquelles les ondes ont été observées. Les résultats concordent avec les données d'expériences sur le prédécesseur du NSTX-U.

"Ces résultats expliquent non seulement les observations des vagues dans les expériences passées, mais aussi indiquer comment éviter l'impact négatif des ondes en utilisant différents mélanges des deux faisceaux sur NSTX-U qui injectent des particules énergétiques à des angles différents, " dit Jeff Lestz, un étudiant diplômé travaillant sur le projet à PPPL.

Les scientifiques du PPPL envisagent désormais de comparer leurs prédictions avec d'autres expériences de fusion sur des tokamaks telles que le DIII-D National Fusion Facility, sur lesquels des poutres sont installées à différentes orientations et angles d'injection. Sans cette compréhension détaillée, les scientifiques ne peuvent pas prédire de manière fiable comment chauffer efficacement le plasma, affectant la conception des installations de fusion et limitant potentiellement les performances de fusion dans les dispositifs de fusion tokamak.