Un problème majeur avec l'exploitation d'installations de fusion en forme d'anneau connues sous le nom de tokamaks est de garder le plasma qui alimente les réactions de fusion exempt d'impuretés qui pourraient réduire l'efficacité des réactions. Maintenant, des scientifiques du laboratoire de physique du plasma de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) ont découvert que l'arrosage d'un type de poudre dans le plasma pourrait aider à exploiter le gaz ultra-chaud dans une installation de tokamak pour produire de la chaleur afin de créer de l'électricité sans produire de serre gaz ou déchets radioactifs à long terme.

La fusion, la puissance qui anime le soleil et les étoiles, combine des 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'objectif principal de l'expérience était de voir si nous pouvions déposer une couche de bore à l'aide d'un injecteur de poudre, " a déclaré le physicien du PPPL Robert Lunsford, auteur principal de l'article présentant les résultats dans La fusion nucléaire . "Jusque là, l'expérience semble avoir été un succès."

¬Le bore empêche un élément appelé tungstène de s'échapper des parois du tokamak dans le plasma, où il peut refroidir les particules de plasma et rendre les réactions de fusion moins efficaces. Une couche de bore est appliquée sur les surfaces faisant face au plasma dans un processus connu sous le nom de « boronisation ». Les scientifiques veulent garder le plasma aussi chaud que possible - au moins dix fois plus chaud que la surface du soleil - pour maximiser les réactions de fusion et donc la chaleur pour créer de l'électricité.

L'utilisation de poudre pour fournir la boronisation est également beaucoup plus sûre que l'utilisation d'un gaz de bore appelé diborane, la méthode utilisée aujourd'hui. "Le gaz diborane est explosif, donc tout le monde doit quitter le bâtiment abritant le tokamak pendant le processus, " dit Lunsford. " D'un autre côté, si vous pouviez juste déposer de la poudre de bore dans le plasma, ce serait beaucoup plus facile à gérer. Alors que le gaz diborane est explosif et toxique, la poudre de bore est inerte, " at-il ajouté. " Cette nouvelle technique serait moins intrusive et certainement moins dangereuse. "

Un autre avantage est que si les physiciens doivent arrêter les opérations du tokamak pendant le processus du gaz bore, de la poudre de bore peut être ajoutée au plasma pendant que la machine fonctionne. Cette caractéristique est importante car pour fournir une source constante d'électricité, les futures installations de fusion devront fonctionner longtemps, périodes de temps ininterrompues. "C'est une façon d'arriver à une machine de fusion à l'état stable, " Lunsford a déclaré. "Vous pouvez ajouter plus de bore sans avoir à arrêter complètement la machine."

Il existe d'autres raisons d'utiliser un compte-gouttes pour enduire les surfaces internes d'un tokamak. Par exemple, les chercheurs ont découvert que l'injection de poudre de bore a le même avantage que l'injection d'azote gazeux dans le plasma - les deux techniques augmentent la chaleur au bord du plasma, ce qui augmente la façon dont le plasma reste confiné dans les champs magnétiques.

La technique du compte-gouttes de poudre offre également aux scientifiques un moyen facile de créer des plasmas de fusion à faible densité, important car la faible densité permet de supprimer les instabilités du plasma par des impulsions magnétiques, un moyen relativement simple d'améliorer les réactions de fusion. Les scientifiques pourraient utiliser de la poudre pour créer des plasmas de faible densité à tout moment, plutôt que d'attendre une boration gazeuse. Être capable de créer facilement un large éventail de conditions de plasma de cette manière permettrait aux physiciens d'explorer plus en détail le comportement du plasma.

À l'avenir, Lunsford et les autres scientifiques du groupe espèrent mener des expériences pour déterminer où, exactement, le matériau va après avoir été injecté dans le plasma. Les physiciens émettent actuellement l'hypothèse que la poudre s'écoule vers le haut et le bas de la chambre du tokamak, de la même manière que le plasma s'écoule, "mais il serait utile d'avoir cette hypothèse étayée par la modélisation afin que nous connaissions les emplacements exacts dans le tokamak qui reçoivent les couches de bore, " a déclaré Lunsford.