A breakthrough discovery could accelerate the arrival of controlled fusion energy on Earth
Une découverte révolutionnaire pourrait accélérer l’arrivée de l’énergie de fusion contrôlée sur Terre
par John Greenwald, Laboratoire de physique des plasmas de Princeton
(a) Fréquence (ligne bleue), taux de croissance (ligne rouge) et amortissement collisionnel (ligne verte) du CAE dominant à partir d'une simulation linéaire utilisant une énergie RE variable ( p0 ). Les deux lignes pointillées marquent les fonctions linéaires et quadratiques de l'énergie RE. La structure modale ( δB∥ ) des deux modes propres, correspondant aux fréquences de 0,50 MHz et 0,93 MHz, est présentée en (b) et (c). Crédit : Lettres d’examen physique (2023). DOI : 10.1103/PhysRevLett.131.085102
Des chercheurs dirigés par Chang Liu du PPPL ont dévoilé une approche prometteuse pour atténuer les dommages causés aux électrodes par des perturbations dans les dispositifs de fusion des tokamaks. La clé de cette approche consistait à exploiter un type unique d’onde plasmatique qui porte le nom de l’astrophysicien Hannes Alfvén, lauréat du prix Nobel de 1970.
On sait depuis longtemps que les ondes d'Alfvén relâchent le confinement des particules à haute énergie dans les réacteurs tokamak, permettant à certaines de s'échapper et réduisant l'efficacité des dispositifs en forme de beignet. Cependant, les nouvelles découvertes de Chang Liu et des chercheurs de General Atomics, de l'Université de Columbia et du PPPL ont révélé des résultats bénéfiques dans le cas des électrodes emballées.
Remarquablement circulaire
Les scientifiques ont découvert qu'un tel relâchement peut diffuser ou disperser des électrons de haute énergie avant qu'ils ne se transforment en avalanches qui endommagent les composants du tokamak. Ce processus a été déterminé comme étant remarquablement circulaire : les fugues créent des instabilités qui donnent naissance à des vagues d'Alfvén qui empêchent l'avalanche de se former.
"Ces découvertes fournissent une explication complète de l'observation directe des ondes d'Alfvén dans les expériences de perturbation", a déclaré Liu, chercheur au PPPL et auteur principal d'un article détaillant les résultats dans Physical Review Letters. "Les résultats établissent un lien distinct entre ces modes et la génération d'électrons en fuite."
Les chercheurs ont élaboré une théorie sur la remarquable circularité de ces interactions. Les résultats concordent bien avec les emballements des expériences sur l'installation nationale de fusion DIII-D, un tokamak du DOE que General Atomics exploite pour le Bureau de la science. Les tests de la théorie se sont également révélés positifs sur le supercalculateur Summit du laboratoire national d'Oak Ridge.
"Les travaux de Chang Liu montrent que la taille de la population d'électrons en fuite peut être contrôlée par des instabilités provoquées par les électrons en fuite eux-mêmes", a déclaré Felix Parra Diaz, chef du département de théorie du PPPL. "Ses recherches sont très intéressantes car elles pourraient conduire à des conceptions de tokamak qui atténuent naturellement les dommages causés par les électrons incontrôlables grâce aux instabilités inhérentes."
Trempes thermiques
Les perturbations commencent par de fortes baisses des températures à un million de degrés requises pour les réactions de fusion. Ces gouttes, appelées « trempes thermiques », libèrent des avalanches de glissements semblables aux glissements de terrain provoqués par un tremblement de terre. "Le contrôle des perturbations constitue un défi majeur pour le succès des tokamaks", a déclaré Liu.
Les réactions de fusion combinent des éléments légers sous forme de plasma (l'état chaud et chargé de la matière composé d'électrons libres et de noyaux atomiques appelés ions) pour libérer la vaste énergie qui alimente le soleil et les étoiles. Atténuer le risque de perturbations et d’électrons en fuite offrirait donc un avantage unique aux installations de tokamak conçues pour reproduire le processus.
Atténuer le risque de perturbations et d’électrons en fuite offrirait donc un avantage unique aux installations de tokamak conçues pour reproduire le processus.
La nouvelle approche pourrait avoir des implications pour l'avancement d'ITER, le tokamak international en construction en France pour démontrer le caractère pratique de l'énergie de fusion et pourrait marquer une étape clé dans le développement de centrales électriques à fusion.
"Nos résultats ont ouvert la voie à la création de nouvelles stratégies visant à atténuer les électrons incontrôlables", a déclaré Liu. Des campagnes expérimentales au cours desquelles les trois centres de recherche visent à développer davantage les découvertes étonnantes sont actuellement en cours de planification.
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COMMENTAIRES
J entretiens mes lecteurs de ce sujet depuis des années ! je n arrette pas de dire que si nous arrivons a maitriser la production d energie électrique par un processus de fusion nucléaire des atomes légers l humanité sera sauvée des problèmes de dérive climatique et abessera sa consommation de fossiles bien plus rapidement .....Ie vous transmets chers lecteurs toutes les nouvelles que je vois passer sur ce sujet
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More information: Chang Liu et al, Self-Consistent Simulation of the Excitation of Compressional Alfvén Eigenmodes and Runaway Electron Diffusion in Tokamak Disruptions, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.085102
Journal information: Physical Review Letters
Provided by Princeton Plasma Physics Laboratory
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