La fusion pourrait être l'avenir de l'énergie propre. De la même manière que le soleil force les réactions entre les éléments légers, comme l'hydrogène, produire des éléments lourds et de l'énergie thermique, la fusion sur Terre peut générer de l'électricité en exploitant la puissance des réactions élémentaires. Le problème est de contrôler l'uniformité du rapport de densité des isotopes de l'hydrogène dans le plasma de fusion, la soupe d'éléments qui fusionneront et produiront de l'énergie.

Une équipe de recherche au Japon a atteint une compréhension clé de ce processus qui pourrait aider au développement et à l'utilisation futurs du plasma de fusion.

Ils ont publié leurs résultats le 14 janvier dans Lettres d'examen physique .

Les chercheurs se sont concentrés sur un rapport d'isotopes d'hydrogène, ou des versions à poids variable de l'hydrogène, dans le plasma produit dans le Large Helical Device (LHD) du National Institute for Fusion Science (NIFS). Le plasma était composé d'hydrogène et de deutérium, qui pèse deux fois plus que l'hydrogène. En comprenant comment ce plasma se mélange, les chercheurs peuvent commencer à prédire comment le futur plasma composé de deutérium et de tritium, qui pèse trois fois plus que l'hydrogène, peut se comporter.

"Au cœur du plasma de fusion, il est très souhaitable d'avoir une répartition égale entre le deutérium et le tritium car il donne le pouvoir de fusion le plus élevé, " a déclaré l'auteur de l'article Katsumi Ida, professeur à l'Institut national des sciences de la fusion et à la Graduate University for Advanced Studies. "Toutefois, on ne peut contrôler le rapport isotopique qu'au bord du plasma, pas dans le noyau. Nous avons cherché à savoir si le rapport isotopique est uniforme dans tout le mélange. Si ce n'est pas le cas, pouvons-nous le rendre uniforme ? »

Ida et son équipe ont découvert que l'uniformité est déterminée par la façon dont les isotopes se déplacent. Considéré comme un état turbulent, les isotopes affectés par la turbulence du gradient de température ionique (ITG) étaient beaucoup plus uniformes que les isotopes subissant la turbulence en mode électrons piégés (TEM).

"L'état ITG-dominant est beaucoup plus favorable dans le plasma de fusion, " a déclaré Ida. "Nous avons vu la formation d'un profil de non-mélange et sa transition vers un état isotopique uniforme dans le plasma, associée à l'augmentation de la turbulence se propageant le long du gradient de température des ions."

La turbulence ITG implique un gradient de température adapté aux champs magnétiques confinant le plasma de fusion. Les isotopes se déplacent davantage s'ils sont du côté le plus chaud, permettant aux isotopes de se mélanger plus uniformément. Selon Ida, cette compréhension pourrait aider les chercheurs à contrôler l'uniformité du plasma et à augmenter la puissance des mélanges d'isotopes de plasma de fusion.

Les chercheurs prévoient d'étudier l'uniformité d'autres ions, y compris dans l'hélium, élément produit par la réaction de fusion entre le deutérium et le tritium.