Les tokamaks en forme de beignet - des installations conçues pour reproduire l'énergie de fusion qui alimente le soleil et les étoiles sur Terre - doivent résister à des forces qui peuvent être plus fortes que les ouragans créés par les perturbations du plasma qui alimentent les réactions de fusion. Des découvertes récentes par des physiciens du laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) montrent que certaines forces libérées par les perturbations agissent de manière surprenante. Les résultats pourraient permettre aux concepteurs de grandes installations futures comme ITER, le tokamak international en construction en France, pour mieux contenir les forces qui pourraient sérieusement endommager l'installation.

Deux forces

À l'origine de ces forces produites par des perturbations appelées « événements de déplacement vertical » (VDE), des courants « de Foucault » qui tourbillonnent dans les parois intérieures d'un tokamak et des courants « de halo » qui entrent et sortent des parois. Pourtant, peu importe la force des courants de halo, les forces totales frappant les murs ne deviennent pas plus puissantes. Résultats de simulations PPPL de pointe, en utilisant le code phare M3D-C1 de PPPL, montrent que toute augmentation du courant de halo est contrebalancée de manière inattendue par une réduction des courants de Foucault, tout comme les pertes compensent les gains sur un compte bancaire comme s'il s'agissait d'un jeu à somme nulle.

"Ce que nous avons découvert, c'est que changer le courant de halo n'affecte pas la force verticale totale, " dit César Clauser, un boursier de troisième cycle du PPPL qui a dirigé la recherche rapportée dans La fusion nucléaire . "C'était un résultat surprenant et intéressant."

Fusion combine des éléments légers sous forme de plasma, le chaud, état chargé de la matière composé d'électrons libres et de noyaux atomiques. Les physiciens cherchent à capturer et contrôler la fusion sur Terre pour produire un source d'énergie propre et pratiquement illimitée pour produire de l'électricité.

Les chercheurs du PPPL ont cherché à comparer leur modèle sophistiqué avec les résultats des modèles simplifiés qu'ITER utilise pour calculer les forces perturbatrices. "Une implication à tirer de notre étude est que la mesure du courant de halo pourrait être une approximation des forces totales, " a déclaré le physicien PPPL Nate Ferraro, co-auteur de l'article avec le physicien PPPL Stephen Jardin. "Cela pourrait conduire à une compréhension plus complète."

Code PPPL avancé

Le code PPPL avancé M3D-C1 a révélé la relation étroite entre les forces de courants de Foucault et de halo dans les plasmas ITER et a montré que la modification du courant de halo n'affectait pas les forces verticales totales. "Les simulations couvraient un large éventail de cas de courants de halo puisque nous voulions rechercher le pire des cas, " a déclaré Clauser.

Les simulations bidimensionnelles ont analysé la force totale produite par les deux courants mais pas la répartition des forces à l'intérieur des murs d'ITER. Les futures études tridimensionnelles modéliseront la distribution pour rechercher des chemins pour les courants de halo que les courants de Foucault pourraient ne pas compenser.