Tous les efforts visant à reproduire dans les installations de fusion tokamak l'énergie de fusion qui alimente le soleil et les étoiles doivent faire face à un problème constant :des sursauts de chaleur transitoires qui peuvent arrêter les réactions de fusion et endommager les tokamaks en forme de beignet. Ces éclats, appelés modes localisés au bord (ELM), se produire au bord du chaud, gaz plasma chargé lorsqu'il passe à la vitesse supérieure pour alimenter les réactions de fusion.

Pour éviter de tels sursauts, les chercheurs du DIII-D National Fusion Facility, que General Atomics (GA) opère pour le département américain de l'Énergie (DOE), a déjà été le pionnier d'une approche qui injecte de petites ondulations de champs magnétiques dans le plasma pour provoquer une fuite de chaleur de manière contrôlable. Les scientifiques du laboratoire de physique du plasma de Princeton (PPPL) du DOE ont développé un schéma de contrôle pour optimiser les niveaux de ces champs pour des performances maximales sans ELM.

Chemin vers la suppression des ELM

La recherche, dirigé par le physicien PPPL Florian Laggner et financé par le DOE Office of Science, développé le schéma à DIII-D à San Diego. Laggner a dit que la méthode, mis en place avec des chercheurs de GA et d'autres institutions collaboratrices, révèle une voie pour supprimer les ELM et maximiser la puissance de fusion sur ITER, le tokamak international en construction en France destiné à démontrer la praticité de l'énergie de fusion. "Nous montrons une voie à suivre, une façon de le faire, " dit Laggner, auteur principal d'un article présentant les conclusions de La fusion nucléaire .

La fusion alimente le soleil et les étoiles en combinant des éléments légers sous forme de plasma - le chaud, état chargé de la matière composé d'électrons libres et de noyaux atomiques qui constituent 99 % de l'univers visible, pour générer des quantités massives d'énergie. Les scientifiques du monde entier cherchent à exploiter la fusion pour un approvisionnement pratiquement inépuisable d'énergie sûre et propre pour produire de l'électricité.

La technique démontrée utilise la capacité étendue du système de contrôle du plasma DIII-D pour résoudre le conflit inhérent entre l'optimisation de l'énergie de fusion et le contrôle des ELM. Le schéma se concentre sur le « piédestal, " la mince, couche dense de plasma près du bord du tokamak qui augmente la pression du plasma et donc la puissance de fusion. Cependant, si le piédestal devient trop haut, il peut créer des explosions de chaleur ELM en s'effondrant soudainement.

La clé est donc de contrôler la hauteur du piédestal pour maximiser la puissance de fusion tout en empêchant la couche de devenir si haute qu'elle déclenche des ELM. La combinaison nécessite un contrôle en temps réel du processus. "Vous ne pouvez pas simplement préprogrammer un schéma constant à l'avance, puisque les conditions du plasma et de la paroi peuvent évoluer, " dit Egemen Kolemen, un professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial à l'Université de Princeton et un physicien PPPL qui a supervisé le projet. "Le contrôle doit fournir des réglages en temps réel."

Suppression ELM stable

Le système développé a créé une suppression ELM à l'amplitude minimale, ou la taille, de la perturbation magnétique. Il a encore réduit l'amplitude pour permettre une récupération partielle du confinement perdu au cours du processus, réalisant ainsi à la fois une suppression ELM stable et des performances de fusion élevées.

"Laggner et ses collègues ont assemblé une suite impressionnante d'outils de contrôle pour réguler la stabilité du plasma de cœur et de bord en temps réel, " a déclaré le physicien de GA Carlos Paz-Soldan, un co-auteur de l'article. "Une sorte de contrôle adaptatif comme les techniques mises au point dans ce travail sera probablement nécessaire pour réguler la stabilité du bord du plasma dans ITER."

Si l'installation internationale ne se contentera pas d'appliquer le système de contrôle développé par PPPL et GA, il doit créer sa propre méthode pour faire face aux ELM. En effet, « les schémas de contrôle actif permettront un fonctionnement sûr avec un gain [de fusion] maximisé dans les futurs appareils tels que ITER, " ont déclaré les auteurs. De plus, ils ont ajouté, la mise en œuvre d'un tel schéma sur DIII-D apporte une preuve de principe et « guide le développement futur ».