Le physicien PPPL Novimir Pablant. Crédit :Elle Starkman/Bureau des communications du PPPL.
Un obstacle clé auquel sont confrontés les dispositifs de fusion appelés stellarators - des installations tordues qui cherchent à exploiter sur Terre les réactions de fusion qui alimentent le soleil et les étoiles - a été leur capacité limitée à maintenir la chaleur et les performances du plasma qui alimente ces réactions. Maintenant recherche collaborative par des scientifiques du laboratoire de physique des plasmas de Princeton du département de l'Énergie des États-Unis (DOE) et du Max Planck Institute for Plasma Physics à Greifswald, Allemagne, ont découvert que l'installation Wendelstein 7-X (W7-X) à Greifswald, le stellarator le plus grand et le plus avancé jamais construit, a démontré une étape clé pour surmonter ce problème.
Installation de pointe
L'installation de pointe, construit et hébergé au Max Planck Institute for Plasma Physics avec PPPL comme principal collaborateur américain, est conçu pour améliorer les performances et la stabilité du plasma-le chaud, état chargé de la matière composé d'électrons libres et de noyaux atomiques, ou des ions, qui représente 99% de l'univers visible. Les réactions de fusion fusionnent des ions pour libérer des quantités massives d'énergie - le processus que les scientifiques cherchent à créer et à contrôler sur Terre pour produire en toute sécurité, une puissance propre et pratiquement illimitée pour produire de l'électricité pour toute l'humanité.
Des recherches récentes sur le W7-X visaient à déterminer si la conception de l'installation avancée pouvait tempérer les fuites de chaleur et de particules du cœur du plasma qui ont longtemps ralenti l'avancement des stellarators. "C'est l'une des questions les plus importantes dans le développement des dispositifs de fusion stellarator, " a déclaré le physicien PPPL Novimir Pablant, auteur principal d'un article décrivant les résultats de La fusion nucléaire .
Son travail valide un aspect important des résultats. La recherche, combiné avec les conclusions d'un article accepté par le physicien Max Planck Sergey Bozhenkov et un article en cours d'examen par le physicien Craig Beidler de l'institut, démontre que la conception avancée modère en fait les fuites. "Nos résultats ont montré que nous avons eu un premier aperçu de nos régimes physiques ciblés bien plus tôt que prévu, " a déclaré Andreas Dinklage, physicien de Max Planck. "Je me souviens de mon excitation en voyant les données brutes de Novi dans la salle de contrôle juste après le tir. J'ai immédiatement réalisé que c'était l'un des rares moments dans la vie d'un scientifique où les preuves que vous mesurez montrent que vous suivez la bonne voie. Mais même maintenant, il y a encore un long chemin à parcourir."
Problème commun
La fuite, appelé "transports, " est un problème commun pour les stellarators et les dispositifs de fusion plus largement utilisés appelés tokamaks qui ont traditionnellement mieux géré le problème. Deux conditions donnent lieu au transport dans ces installations, qui confinent le plasma dans les champs magnétiques que gravitent les particules.
Ces conditions sont :
Les concepteurs du stellarator W7-X ont cherché à réduire le transport néoclassique en façonnant soigneusement le complexe, bobines magnétiques tridimensionnelles qui créent le champ magnétique de confinement. Pour tester l'efficacité de la conception, les chercheurs ont étudié des aspects complémentaires de celui-ci.
Pablant a découvert que les mesures du comportement du plasma dans les expériences W7-X précédentes concordaient bien avec les prédictions d'un code développé par Matt Landreman de l'Université du Maryland qui est parallèle à ceux que les concepteurs ont utilisés pour façonner les bobines de torsion W7-X. Bozhenov a examiné en détail les expériences et Beidler a retracé le contrôle de la fuite jusqu'à la conception avancée du stellarator.
"Cette recherche valide les prédictions sur la manière dont la conception optimisée du W7-X réduit le transport néoclassique, " dit Pablant. Par comparaison, il ajouta, "Les stellarators non optimisés ont très mal réussi" à contrôler le problème.
Avantage supplémentaire
Un autre avantage de la conception optimisée est qu'elle révèle d'où vient maintenant la majeure partie du transport dans le Stellarator W7-X. "Cela nous permet de déterminer combien de transport turbulent se déroule dans le cœur du plasma, " a déclaré Pablant. " La recherche marque la première étape pour montrer que les conceptions de stellarator hautes performances telles que le W-7X sont un moyen attrayant de produire un réacteur de fusion propre et sûr. "
