Un défi clé pour capturer et contrôler l'énergie de fusion sur Terre est de maintenir la stabilité du plasma - le gaz électriquement chargé qui alimente les réactions de fusion - et de le maintenir à des millions de degrés pour lancer et maintenir les réactions de fusion. Ce défi nécessite de maîtriser des îlots magnétiques, structures en forme de bulles qui se forment dans le plasma dans les installations de fusion de tokamak en forme de beignet. Ces îles peuvent grandir, refroidir le plasma et déclencher des perturbations - la libération soudaine d'énergie stockée dans le plasma - qui peuvent arrêter les réactions de fusion et endommager gravement les installations de fusion qui les abritent.

Contrôle de l'îlot amélioré

Les recherches menées par des scientifiques de l'Université de Princeton et du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du Département de l'énergie des États-Unis (DOE) indiquent un meilleur contrôle des îlots magnétiques gênants dans ITER, le tokamak international en construction en France, et d'autres futures installations de fusion qui ne peuvent pas permettre de grandes perturbations. "Cette recherche pourrait ouvrir la porte à des schémas de contrôle améliorés jugés auparavant impossibles à obtenir, " a déclaré Eduardo Rodriguez, un étudiant diplômé du programme de Princeton en physique des plasmas et premier auteur d'un article en Physique des plasmas qui rapporte les conclusions.

La recherche fait suite aux travaux antérieurs d'Allan Reiman et Nat Fisch, qui a identifié un nouvel effet appelé "condensation de courant RF [radiofréquence]" qui peut grandement faciliter la stabilisation des îlots magnétiques. Le nouveau Physique des plasmas papier montre comment faire un usage optimal de l'effet. Reiman est chercheur distingué au PPPL et Fisch est professeur à l'Université de Princeton et directeur du programme de Princeton en physique des plasmas et directeur associé des affaires académiques au PPPL.

Les réactions de fusion combinent des éléments légers sous forme de plasma - l'état de la matière composé d'électrons libres et de noyaux atomiques - pour générer des quantités massives d'énergie dans le soleil et les étoiles. Les scientifiques du monde entier cherchent à reproduire le processus sur Terre pour un approvisionnement pratiquement inépuisable d'énergie sûre et propre afin de produire de l'électricité pour toute l'humanité.

Le nouveau papier, sur la base d'un modèle analytique simplifié, se concentre sur l'utilisation d'ondes RF pour chauffer les îles et entraîner un courant électrique qui les fait rétrécir et disparaître. Lorsque la température devient suffisamment élevée, des interactions compliquées peuvent se produire qui conduisent à l'effet de condensation du courant RF, qui concentre le courant au centre de l'île et peut grandement améliorer la stabilisation. Mais à mesure que la température augmente, et le gradient de température entre le bord le plus froid et l'intérieur chaud de l'île s'agrandit, le gradient peut entraîner des instabilités qui rendent plus difficile l'augmentation supplémentaire de la température.

Point-contrepoint

Ce point-contrepoint est un indicateur important pour savoir si les ondes RF atteindront leur objectif de stabilisation. "Nous analysons l'interaction entre la condensation actuelle et l'augmentation de la turbulence due au gradient créé par le chauffage pour déterminer si le système est stabilisé ou non, " dit Rodriguez. " Nous voulons que les îles ne se développent pas. " Le nouvel article montre comment contrôler la puissance et la visée des ondes pour tirer le meilleur parti de l'effet de condensation du courant RF, compte tenu des instabilités. Se concentrer sur cela peut conduire à une meilleure stabilisation des réacteurs de fusion, ", a déclaré Rodriguez.

Les chercheurs prévoient maintenant d'introduire de nouveaux aspects dans le modèle pour développer une enquête plus détaillée. Ces étapes comprennent des travaux visant à inclure l'effet de condensation dans les codes informatiques pour modéliser le comportement des ondes RF lancées et leur véritable effet. La technique serait finalement utilisée dans la conception de schémas optimaux de stabilisation des îles.