Les scientifiques qui cherchent à apporter sur Terre l'énergie de fusion qui entraîne le soleil et les étoiles utilisent des ondes radiofréquences (RF) - les mêmes ondes qui amènent la radio et la télévision dans les maisons - pour chauffer et entraîner le courant dans le plasma qui alimente les réactions de fusion. Les scientifiques ont maintenant mis au point un moyen novateur de mesurer les vagues qui pourraient être utilisées pour valider les prédictions de leur impact, préparer le terrain pour des expériences futures améliorées qui pourraient aboutir à apporter de l'énergie de la fusion sur Terre.

Percée potentielle

La percée potentielle, dirigé par des chercheurs du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), pourrait conduire à des expériences de suivi sur la mise à niveau de l'expérience nationale sur le tokamak sphérique (NSTX-U), l'expérience de fusion phare du PPPL en cours de réparation, ainsi que d'autres installations de fusion dans le monde. "Si notre méthode fonctionne, ce serait un outil très utile pour de nombreux réacteurs à fusion, " dit Grant Rutherford, un étudiant diplômé de première année au Massachusetts Institute of Technology (MIT) et auteur principal d'un article dans le Examen des instruments scientifiques qu'il a écrit en tant que stagiaire en laboratoire de premier cycle en sciences du DOE de l'Université Brown (SULI) au PPPL.

La clé pour prédire l'impact des ondes RF est de mesurer les fluctuations, ou des balançoires, ils créent dans la densité des plasmas de fusion. "Une fois que nous aurons ces fluctuations, nous serions en mesure de travailler en arrière pour voir quels étaient ces champs RF qui ont créé les fluctuations, ", a déclaré Rutherford.

Cependant, la haute fréquence des ondes RF fait que les oscillations se produisent trop rapidement pour être mesurées. Les chercheurs ont donc créé une "onde de battement" en lançant deux ondes à des fréquences différentes, une technique qui a produit des oscillations mesurables. "Si nous pouvions à la fois créer une fluctuation d'onde de battement et la mesurer, nous aurions un nouvel outil pour valider les prédictions pour le chauffage RF et l'entraînement actuel, " expliqua Rutherford.

De telles mesures auraient de nombreux avantages. Par exemple, ils pourraient faciliter l'étude des performances des actionneurs à ondes RF, a déclaré Nicola Bertelli, physicien du PPPL, un co-auteur de l'article, et pourrait permettre la validation des outils de calcul RF développés dans toute la communauté de la fusion. De plus, dit David Smith, un physicien de l'Université du Wisconsin et co-auteur de l'article, "Nos calculs fournissent une évaluation initiale de la technique et motivent des expériences de suivi sur NSTX-U."

Les réactions de fusion combinent 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. Reproduire et contrôler ce processus sur Terre créerait une réserve pratiquement inépuisable d'énergie sûre et propre pour produire de l'électricité. La fusion pourrait devenir un contributeur majeur à la transition des États-Unis des combustibles fossiles vers une source de production électrique à faible émission de carbone.

Tester la technique

Rutherford et ses co-auteurs ont testé leur technique en créant une version synthétique d'un diagnostic de spectroscopie d'émission de faisceau (BES) 2D pour évaluer les injections RF simulées dans le plasma. Leur objectif était de comprendre et d'améliorer la capacité de mesurer les ondes de champ RF qui créent les oscillations.

Aller de l'avant, "Nous espérons qu'en augmentant notre capacité de mesure, nous augmenterons notre capacité à comprendre les processus de chauffage et d'entraînement du courant, mais nous laissons cela au travail futur, ", a déclaré Rutherford. Un tel travail pourrait également montrer si le diagnostic BES sur lequel les scientifiques ont basé leur modèle pouvait mesurer les variations de densité dans les plasmas de fusion réels, ou si un autre diagnostic ferait mieux le travail critique.