La fusion nucléaire est un processus largement étudié par lequel des noyaux atomiques de faible numéro atomique fusionnent pour former un noyau plus lourd, tout en libérant une grande quantité d'énergie. Les réactions de fusion nucléaire peuvent être produites à l'aide d'une méthode connue sous le nom de fusion par confinement inertiel, qui implique l'utilisation de lasers puissants pour faire imploser une capsule de combustible et produire du plasma.

Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT), de l'Université du Delaware, de l'Université de Rochester, du Lawrence Livermore National Laboratory, de l'Imperial College de Londres et de l'Université de Rome La Sapienza ont récemment montré ce qu'il advient de cette implosion lorsqu'on applique un champ magnétique puissant à la capsule de combustible utilisée pour la fusion par confinement inertiel. Leur article, publié dans Physical Review Letters , démontre que des champs magnétiques puissants aplatissent la forme des implosions de fusion inertielle.

"Dans la fusion par confinement inertiel, une capsule sphérique de taille millimétrique est implosée à l'aide de lasers de haute puissance pour la fusion nucléaire", a déclaré Arijit Bose, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, à Phys.org. "L'application d'un champ magnétique aux implosions peut attacher les particules de plasma chargées au champ B et améliorer leurs chances de fusion. Cependant, étant donné que le champ magnétique peut restreindre le mouvement des particules de plasma uniquement dans la direction à travers les lignes de champ et non dans la direction le long les lignes de champ appliquées, cela peut introduire des différences entre les deux directions qui affectent la forme de l'implosion."

Au cours de la dernière décennie, plusieurs physiciens ont étudié les effets possibles des implosions de fusion magnétisantes. La plupart de leurs études, cependant, étaient de nature numérique et n'ont pas testé d'hypothèses dans un cadre expérimental.

Bose et ses collègues ont donc décidé de mener une série de tests pour déterminer empiriquement ce qu'il advient de la forme des implosions de fusion inertielle sous une forte aimantation. Leurs expériences ont été spécifiquement conçues pour explorer les propriétés des plasmas fortement magnétisés, en produisant des conditions de plasma uniques. Dans ces conditions, les ions et les électrons du plasma sont tous deux magnétisés.

"Il convient de noter que la magnétisation des ions plasma est très difficile à atteindre et n'a pas été étudiée avec des lasers à haute puissance", a expliqué Bose. "Pour mener nos tests, nous avons utilisé un champ magnétique extrêmement élevé de 50T, bien supérieur à ceux utilisés dans les expériences précédentes, et utilisé des chocs pour conduire les expériences d'implosion à l'installation laser OMEGA. Nous avons découvert, pour la première fois, que ce champ a aplati la forme de l'implosion, de sorte qu'elle est devenue plus aplatie."

Les chercheurs ont réalisé leurs expériences dans l'installation laser OMEGA, située au Laboratoire d'énergie laser à Rochester, New York. Plus précisément, ils ont appliqué des champs B élevés (c'est-à-dire avec des forces 1000 fois supérieures à celles des barreaux magnétiques typiques) à une capsule sphérique de taille millimétrique, qui a été chauffée à plus de 100 millions de K à l'aide d'un choc laser.

"Le chauffage par choc et le champ B appliqué ont produit des conditions de plasma uniques avec des électrons et des ions fortement magnétisés qui étaient importants pour les expériences", a déclaré Bose. "Grâce à des simulations, nous avons ensuite déterminé que cette forme oblate est causée par la suppression du flux de chaleur (perpendiculaire à la direction du champ magnétique) dans le plasma fortement magnétisé."

Les travaux récents de cette équipe de chercheurs fournissent de nouvelles informations précieuses sur les implosions de fusion inertielle et les effets que les champs magnétiques peuvent avoir sur elles. À l'avenir, la méthode qu'ils ont décrite pourrait être utilisée par d'autres équipes pour produire des électrons et des ions fortement magnétisés dans des environnements expérimentaux, à l'aide de lasers de haute puissance.

"Plus particulièrement, nous avons été les premiers à observer que le champ magnétique appliqué aplatissait la forme de l'implosion", a ajouté Bose. "Dans nos prochaines études, nous prévoyons d'utiliser la "recette" décrite dans notre article pour mener davantage d'expériences visant à produire des électrons et des ions fortement magnétisés afin d'étudier l'effet de l'aimantation sur les propriétés de transport." + Explorer plus loin

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