Un défi majeur pour les scientifiques qui s'efforcent de produire sur Terre l'énergie de fusion qui alimente le soleil et les étoiles est d'empêcher ce qu'on appelle les électrons en fuite, des particules déchaînées dans des expériences de fusion perturbées qui peuvent percer des trous dans des tokamaks, les machines en forme de beignet qui abritent les expériences. Des scientifiques dirigés par des chercheurs du laboratoire de physique du plasma de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) ont utilisé un nouveau diagnostic doté de capacités étendues pour détecter la naissance, et les phases de croissance linéaire et exponentielle des électrons d'emballement de haute énergie, ce qui peut permettre aux chercheurs de déterminer comment prévenir les dommages des électrons.

Énergie initiale

"Nous devons voir ces électrons à leur énergie initiale plutôt que lorsqu'ils sont complètement développés et se déplacent à une vitesse proche de la lumière, " a déclaré le physicien du PPPL Luis Delgado-Aparicio, qui a dirigé l'expérience qui a détecté les premiers fugues sur le Madison Symmetric Torus (MST) à l'Université du Wisconsin-Madison. "La prochaine étape consiste à optimiser les moyens de les arrêter avant que la population d'électrons en fuite ne se transforme en une avalanche, " dit Delgado-Aparicio, auteur principal d'un premier article qui détaille les conclusions de la Examen des instruments scientifiques .

Les réactions de fusion produisent de grandes quantités d'énergie 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 constitue 99 % de l'univers visible. Les scientifiques du monde entier cherchent à produire et à contrôler la fusion sur Terre pour un approvisionnement pratiquement inépuisable d'énergie sûre et propre pour produire de l'électricité

PPPL a collaboré avec l'Université du Wisconsin pour installer la caméra sténopé multi-énergies sur MST, qui a servi de banc d'essai pour les capacités de la caméra. Le diagnostic met à niveau et reconçoit une caméra que PPPL avait précédemment installée sur le tokamak Alcator C-Mod désormais fermé au Massachusetts Institute of Technology (MIT), et est unique dans sa capacité à enregistrer non seulement les propriétés du plasma dans le temps et dans l'espace, mais aussi sa distribution d'énergie.

Cette prouesse permet aux chercheurs de caractériser à la fois l'évolution du plasma super chaud ainsi que la naissance des électrons en fuite, qui commencent à basse énergie. "Si nous comprenons le contenu énergétique, je peux vous dire quelle est la densité et la température du plasma de fond ainsi que la quantité d'électrons d'emballement, " Delgado Aparicio a déclaré. "Donc, en ajoutant cette nouvelle variable d'énergie, nous pouvons découvrir plusieurs quantités du plasma et l'utiliser comme diagnostic."

Nouvel appareil photo

L'utilisation de la nouvelle caméra fait avancer la technologie. « Cela a certainement été une grande collaboration scientifique, " a déclaré le physicien Carey Forest, un professeur de l'Université du Wisconsin qui supervise le MST, qu'il décrit comme "une machine très robuste qui peut produire des électrons incontrôlables qui ne mettent pas en danger son fonctionnement".

Par conséquent, Forêt a dit, "La capacité de Luis à diagnostiquer non seulement le lieu de naissance et la phase de croissance linéaire initiale des électrons lorsqu'ils sont accélérés, et ensuite de suivre comment ils sont transportés de l'extérieur vers l'intérieur, est fascinant. Comparer son diagnostic à la modélisation sera la prochaine étape et bien sûr, une meilleure compréhension peut conduire à de nouvelles techniques d'atténuation à l'avenir."

Delgado-Aparicio regarde déjà vers l'avenir. "Je veux prendre toute l'expertise que nous avons développée sur MST et l'appliquer à un grand tokamak, ", a-t-il déclaré. Deux chercheurs post-doctoraux supervisés par Delgado-Aparicio peuvent s'appuyer sur les résultats du MST, mais à WEST, le Tungstène (W) Environnement dans le Tokamak en régime permanent exploité par le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) de Cadarache, La France.

Gamme d'utilisations

"Ce que je veux faire avec mes post-docs, c'est utiliser des caméras pour beaucoup de choses différentes, y compris le transport de particules, confinement, le chauffage radiofréquence et aussi ce nouveau twist, le diagnostic et l'étude de l'emballement des électrons, " a déclaré Delgado-Aparicio. " Nous aimerions essentiellement comprendre comment donner aux électrons un atterrissage en douceur, et cela pourrait être un moyen très sûr de les gérer. »

Deux douzaines de chercheurs ont participé à la recherche avec Delgado-Aparicio et ont co-écrit l'article sur ce travail. Il y avait sept physiciens du PPPL et huit de l'Université du Wisconsin. Ils étaient accompagnés d'un total de trois chercheurs de l'Université de Tokyo, l'Université de Kyushi et les Instituts nationaux des sciences et technologies quantiques et radiologiques au Japon ; cinq membres de Dectris, un fabricant suisse de détecteurs; et un physicien du Edgewood College à Madison, Wisconsin.