Pensez aux filaments d'ampoules qui brillent lorsque vous actionnez un interrupteur. Cette lueur se produit également dans les installations de fusion magnétique connues sous le nom de tokamaks, conçues pour exploiter l'énergie qui alimente le soleil et les étoiles. Comprendre comment la résistivité, le processus qui produit la lueur, affecte ces dispositifs pourrait aider les scientifiques à les concevoir pour qu'ils fonctionnent plus efficacement.

Des chercheurs du laboratoire de physique du plasma de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) ont utilisé des superordinateurs et un code informatique de pointe pour simuler le plasma dans des dispositifs de fusion dans un plus large éventail de conditions que jamais. Cette nouvelle capacité aide les chercheurs à prédire quand le plasma devrait être calme et quand il devrait présenter des rafales occasionnelles d'énergie provenant du bord du plasma, connues sous le nom de modes localisés au bord (ELM). Les nouvelles simulations ont révélé de manière inattendue que l'occurrence de ces sursauts peut être fortement influencée par la résistivité du plasma, la propriété d'un matériau qui obstrue la circulation du courant électrique. Ce résultat semble expliquer pourquoi les ELM apparaissent dans certains tokamaks alors qu'ils n'étaient pas attendus.

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, qui génère des quantités massives d'énergie. Les scientifiques cherchent à reproduire la fusion sur Terre pour une réserve d'énergie pratiquement inépuisable pour produire de l'électricité.

"Les codes informatiques précédents ne pouvaient pas simuler le comportement du plasma aussi précisément que nous le souhaiterions, " a déclaré Andreas Kleiner, physicien du PPPL, auteur principal d'un article présentant les résultats dans La fusion nucléaire . "Mais le modèle présenté dans cet article produit des simulations améliorées qui pourraient nous aider à apprendre comment stabiliser plus efficacement le plasma et extraire sa chaleur pour produire de l'électricité."

Les chercheurs ont étudié des tokamaks sphériques, des installations de fusion compactes qui ressemblent davantage à des pommes évidées qu'à la forme de beignet des tokamaks conventionnels. Les tokamaks sphériques ont une taille réduite et produisent un confinement du plasma rentable. "L'idée est que vous pouvez obtenir plus de puissance de fusion à moindre coût, " a déclaré Nathaniel Ferraro, physicien du PPPL, un co-auteur de l'article.

Le code informatique mis à jour développé par Kleiner pourrait améliorer les tokamaks sphériques en aidant à prédire les sursauts de plasma connus sous le nom de modes localisés sur les bords (ELM). Ces sursauts ressemblent à des éruptions solaires et éjectent de grandes quantités de particules qui refroidissent le plasma et peuvent endommager les composants internes du tokamak. La prédiction des ELM pourrait aider les chercheurs à adapter le plasma pour éviter les ELM et, finalement, à ajuster le plasma à la volée pour minimiser leurs effets nocifs.

"C'est une étape importante vers la construction d'une centrale à fusion, " Kleiner a dit. " Parce que l'énergie dans ces appareils sera très grande, Les ELM pourraient mettre en danger la structure de la machine. Nous devons être en mesure de prédire le comportement du plasma aussi précisément que possible pour ces installations. »