Dans la production d'énergie de fusion, il est essentiel que les particules à haute énergie générées par une réaction de fusion dans un plasma chaud le chauffent pour entretenir d'autres réactions de fusion. La clé de cet auto-échauffement du plasma est de savoir s'il peut être chauffé par des ondes créées par les particules à haute énergie.

Un groupe de recherche dirigé par le professeur Katsumi Ida, les professeurs adjoints Tatsuya Kobayashi et Mikiro Yoshinuma de l'Institut national des sciences de la fusion et le professeur Yuto Kato de l'Université de Tohoku, a mesuré la variation temporelle du profil de vitesse du plasma dans le grand dispositif hélicoïdal (LHD) à l'Institut national des sciences de la fusion et a découvert que les ondes électromagnétiques produites par des particules à haute énergie transportent la chaleur à travers un processus appelé amortissement de Landau. C'est la première observation au monde de ce procédé. Un article résumant les résultats de cette recherche a été publié dans Communications Physics le 28 septembre.

Jusqu'à présent, il n'existait aucune méthode pour mesurer directement le processus de chauffage du plasma provoqué par les ondes électromagnétiques générées à l'intérieur du plasma, de sorte que l'on ne savait pas si ce processus existait réellement. Afin de le capturer, le professeur Katsumi Ida et son groupe de recherche ont travaillé à développer un nouveau système de mesure.

Afin de mesurer directement le processus de chauffage, il est nécessaire de déterminer la variation temporelle de la distribution de vitesse, qui indique quelles particules de vitesse sont présentes et dans quelle proportion. À cette fin, ils ont injecté des atomes à grande vitesse dans le plasma et ont utilisé une méthode pour mesurer la distribution de vitesse des particules de plasma à grande vitesse à partir de la distribution de longueur d'onde de la lumière émise par le plasma (spectroscopie d'échange de charge à grande vitesse). Le professeur Ida et ses collègues ont relevé le défi de la mesure à ultra-haute vitesse, qui était considérée comme difficile, et ont réussi à mesurer la variation temporelle de la distribution de vitesse des particules de plasma à une ultra-haute vitesse de 10 kHz (10 000 fois par seconde).

Au LHD, des expériences sont menées pour étudier l'auto-échauffement du plasma, à l'aide d'un faisceau de particules à grande vitesse, qui simule des particules à haute énergie issues de réactions de fusion nucléaire. Dans cette expérience pour simuler l'auto-échauffement, un système de mesure nouvellement développé a été utilisé pour mesurer en détail la variation temporelle de la distribution de vitesse des particules de plasma. En conséquence, il a été découvert pour la première fois au monde que le plasma est chauffé en raison du ralentissement du faisceau de particules à grande vitesse et de la distorsion du profil de vitesse des particules de plasma causée par la génération d'ondes électromagnétiques à l'intérieur. le plasma.

La raison de cette distorsion du profil de vitesse s'est avérée être que l'énergie du faisceau de particules à grande vitesse était transférée à l'onde électromagnétique par un processus appelé amortissement de Landau, et l'énergie de l'onde électromagnétique était transférée aux particules de plasma. En d'autres termes, ils ont observé que les ondes électromagnétiques transportaient l'énergie du faisceau de particules à grande vitesse vers le plasma et le réchauffaient.

Le professeur Ida a déclaré:"Pour l'auto-échauffement du plasma dans la production d'énergie de fusion, il ne suffit pas que des particules à haute énergie entrent en collision avec celles du plasma et les chauffent, donc le chauffage par d'autres processus est également nécessaire. Ce résultat, qui montre que l'électromagnétisme les ondes générées à l'intérieur du plasma peuvent le chauffer, fournit des connaissances importantes pour la recherche sur la fusion. De plus, cela contribuera à l'étude de la magnétosphère terrestre, où l'accélération des particules se produit par un processus similaire, et favorisera la recherche interdisciplinaire future. + Explorer plus loin

Les simulations démontrent le chauffage des ions par les oscillations du plasma pour l'énergie de fusion