Crédit :CC0 Domaine public
Une équipe internationale de chercheurs dirigée par le Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) a mis à niveau un code informatique clé pour calculer les forces agissant sur le plasma magnétiquement confiné dans les expériences d'énergie de fusion. La mise à niveau fera partie d'une suite d'outils informatiques qui permettront aux scientifiques d'améliorer encore la conception d'installations en forme de petit-déjeuner appelées stellarators. Ensemble, les trois codes de la suite pourraient aider les scientifiques à rapprocher les réacteurs à fusion efficaces de la réalité.
Le logiciel révisé permet aux chercheurs de déterminer plus facilement la limite du plasma dans les stellarators. Lorsqu'il est utilisé de concert avec deux autres codes, le code pourrait aider à trouver une configuration Stellarator qui améliore les performances de la conception. Les deux codes complémentaires déterminent l'emplacement optimal du plasma dans une chambre à vide de stellarator afin de maximiser l'efficacité des réactions de fusion, et déterminer la forme que doivent avoir les électro-aimants externes pour maintenir le plasma dans la bonne position.
Le logiciel révisé, appelé "code d'équilibre de pression étagée aux limites libres (SPEC), " fait partie d'un ensemble d'outils que les scientifiques peuvent utiliser pour ajuster les performances du plasma afin de créer plus facilement de l'énergie de fusion. " Nous voulons optimiser à la fois la position du plasma et les bobines magnétiques pour équilibrer la force qui fait se dilater le plasma tout en le maintenant endroit, " dit Stuart Hudson, physicien, chef adjoint du département de théorie à PPPL et auteur principal de l'article rapportant les résultats dans Physique des plasmas et fusion contrôlée .
"De cette façon, nous pouvons créer un plasma stable dont les particules sont plus susceptibles de fusionner. Le code SPEC mis à jour nous permet de savoir où se trouvera le plasma pour un ensemble donné de bobines magnétiques."
La fusion combine des éléments légers sous forme de plasma—le chaud, état chargé de la matière composé d'électrons libres et de noyaux atomiques et, ce faisant, génère des quantités massives d'énergie dans le soleil et les étoiles. Les scientifiques cherchent à reproduire la fusion dans des dispositifs sur Terre pour un approvisionnement pratiquement inépuisable d'énergie sûre et propre pour produire de l'électricité.
La stabilité du plasma est cruciale pour la fusion. Si le plasma rebondit à l'intérieur d'un stellarator, il peut s'échapper, frais, et tasser les réactions de fusion, en fait éteindre le feu de fusion. Une version antérieure du code, également développé par Hudson, ne pouvait calculer comment les forces affectaient un plasma que si les chercheurs connaissaient déjà l'emplacement du plasma. Des chercheurs, cependant, n'ont généralement pas cette information. "C'est l'un des problèmes avec les plasmas, " Hudson a dit. " Ils se déplacent partout. "
La nouvelle version du code SPEC permet de résoudre le problème en permettant aux chercheurs de calculer la frontière du plasma sans connaître sa position au préalable. Utilisé en coordination avec un code de conception de bobine appelé FOCUS et un code d'optimisation appelé STELLOPT, tous deux également développés au PPPL, SPEC permet aux physiciens de s'assurer simultanément que le plasma aura les meilleures performances de fusion et que les aimants ne seront pas trop compliqués à construire. "Il ne sert à rien d'optimiser la forme du plasma et de découvrir plus tard que les aimants seraient incroyablement difficiles à construire, " dit Hudson.
L'un des défis auxquels Hudson et ses collègues ont été confrontés était de vérifier que chaque étape de la mise à niveau du code était effectuée correctement. Leur approche lente et régulière était cruciale pour s'assurer que le code effectue des calculs précis. "Disons que vous concevez un composant qui ira sur une fusée vers la lune, " a déclaré Hudson. " Il est très important que cette partie fonctionne. Alors vous testez et testez et testez."
La mise à jour de tout code informatique nécessite un certain nombre d'étapes imbriquées :
Hudson et ses collègues ont effectué les calculs avec des méthodes très différentes. Ils ont utilisé un crayon et du papier pour déterminer les équations et les étapes de résolution, et des ordinateurs PPPL puissants pour vérifier les résultats. "Nous avons démontré que le code fonctionne, " a déclaré Hudson. " Maintenant, il peut être utilisé pour étudier les expériences en cours et en concevoir de nouvelles. "
