La cage magnétique générée par les bobines magnétiques (en gris) façonne et enferme le plasma. La variation turbulente de la densité du plasma est visible dans la section efficace du plasma. Crédit :IPP, A. Banon Navarro
Le modèle de turbulence appelé Gyrocinétique Electromagnetic Numerical Experiment (GENE), développé au Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) à Garching, Allemagne, s'est avéré très utile pour la description théorique de la turbulence dans le plasma des dispositifs de fusion de type tokamak. Étendu pour la géométrie plus complexe des appareils de type stellarator, les simulations informatiques avec GENE indiquent maintenant une nouvelle méthode pour réduire la turbulence du plasma dans les plasmas des stellarateurs. Cela pourrait augmenter considérablement l'efficacité d'une future centrale à fusion.
Pour les chercheurs en fusion de l'IPP, qui veulent développer une centrale électrique sur le modèle du soleil, la formation de turbulences dans son combustible, un plasma d'hydrogène, est un sujet de recherche central. Les petits tourbillons transportent des particules et de la chaleur hors du centre de plasma chaud et réduisent ainsi l'isolation thermique du plasma magnétiquement confiné. Parce que la taille et donc le prix de l'électricité d'une future centrale à fusion en dépend, l'un des objectifs les plus importants est de comprendre, prédire et influencer ce « transport turbulent ».
Étant donné que la description informatique exacte de la turbulence du plasma nécessiterait la solution de systèmes d'équations très complexes et l'exécution d'innombrables étapes de calcul, le processus d'élaboration du code vise à obtenir des simplifications raisonnables. Le code GENE développé à l'IPP repose sur un ensemble de codes simplifiés, équations dites gyrocinétiques. Ils ignorent tous les phénomènes dans le plasma qui ne jouent pas un rôle majeur dans le transport turbulent. Bien que l'effort de calcul puisse être réduit de plusieurs ordres de grandeur de cette façon, les supercalculateurs les plus rapides et les plus puissants du monde ont toujours été nécessaires pour développer davantage le code. En attendant, GENE est capable de décrire la formation et la propagation de petits tourbillons de plasma à basse fréquence dans le puits intérieur du plasma et de reproduire et d'expliquer les résultats expérimentaux, mais à l'origine uniquement pour le car les systèmes de fusion axisymétrique de type tokamak.
Par exemple, des calculs avec GENE ont montré que les ions rapides peuvent réduire considérablement le transport turbulent dans les plasmas de tokamak. Les expériences du tokamak ASDEX Upgrade à Garching ont confirmé ce résultat. Les ions rapides nécessaires ont été fournis par chauffage au plasma utilisant des ondes radio de la fréquence cyclotron ionique.
