Tokamak experiments exceed plasma density limit, offering new approach to fusion ignition
Expériences sur le tokamak dépassant la limite de densité du plasma : une nouvelle approche pour l’amorçage de la fusion
Par l’Académie chinoise des sciences
Édité par Stephanie Baum, relu par Andrew Zinin
Note de l’éditeur : Illustration schématique du fonctionnement du tokamak EAST lors du démarrage ohmique assisté par ECRH. Crédit : Yan Ning
Des chercheurs travaillant sur le tokamak supraconducteur expérimental avancé (EAST), entièrement supraconducteur, ont expérimentalement atteint un « régime sans densité » théorique pour les plasmas de fusion, obtenant un fonctionnement stable à des densités bien supérieures aux limites conventionnelles.
Les résultats, publiés dans Science Advances, offrent de nouvelles perspectives pour surmonter l’un des obstacles physiques les plus persistants sur la voie de l’amorçage de la fusion nucléaire.
L’étude a été codirigée par le professeur Zhu Ping de l’Université des sciences et technologies de Huazhong et le professeur associé Yan Ning des Instituts de sciences physiques de Hefei de l’Académie chinoise des sciences. En mettant en œuvre un nouveau schéma de fonctionnement à haute densité sur EAST, l'équipe a démontré que la densité du plasma, longtemps limitée par des contraintes empiriques dans le fonctionnement des tokamaks, peut être considérablement augmentée sans déclencher d'instabilités disruptives.
La fusion nucléaire est largement considérée comme une source prometteuse d'énergie propre et durable. Pour les réactions de fusion deutérium-tritium, les plasmas doivent être chauffés à une température optimale d'environ 13 keV (150 millions de kelvins). Dans ces conditions, la puissance thermonucléaire est proportionnelle au carré de la densité du combustible.
Cependant, dans le fonctionnement conventionnel des tokamaks, la densité du plasma a longtemps été limitée par une limite supérieure empirique. Le dépassement de cette limite conduit souvent à des instabilités qui perturbent le confinement du plasma et mettent en péril le fonctionnement du tokamak, constituant ainsi un défi majeur pour l'amélioration des performances de la fusion.
Le développement récent de la théorie de l'auto-organisation plasma-paroi (PWSO) offre une nouvelle perspective pour comprendre la limite de densité disruptive. La PWSO a été initialement proposée par D.F. Escande et al. Issu du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) et d'Aix-Marseille Université, ce travail théorique prédit l'accès à un nouveau régime de densité nulle grâce à un équilibre subtil entre le plasma et les parois métalliques du dispositif, interactions dominées par la pulvérisation cathodique.
Comparaison schématique des résultats expérimentaux d'EAST avec les prédictions de la théorie de l'auto-organisation plasma-paroi (PWSO). Crédit : Yan Ning
Le concept physique du régime de densité nulle a été vérifié pour la première fois sur EAST dans le cadre de ces travaux. Les expériences d'EAST combinent le contrôle de la pression initiale du gaz combustible avec le chauffage par résonance cyclotronique électronique (ECR) durant la phase de démarrage, permettant une optimisation efficace des interactions plasma-paroi dès le début de la décharge.
Grâce à cette approche, les interactions plasma-paroi, l'accumulation d'impuretés et les pertes d'énergie sont significativement réduites. Le plasma atteint une densité suffisamment élevée en fin de démarrage. Les chercheurs ont ainsi accédé avec succès au régime théorique de densité nulle de la PWSO, dans lequel le plasma reste stable même à des densités largement supérieures aux limites empiriques.
Ces résultats expérimentaux apportent un éclairage nouveau sur la manière de dépasser la limite de densité, longtemps considérée comme atteinte lors du fonctionnement des tokamaks, en vue de l'amorçage de la fusion.
« Ces découvertes suggèrent une voie pratique et adaptable pour repousser les limites de densité dans les tokamaks et les dispositifs de fusion par plasma de nouvelle génération », a déclaré le professeur Zhu.
Le professeur associé Yan a ajouté que l'équipe de recherche prévoit d'appliquer cette nouvelle méthode lors d'une opération de confinement élevé sur EAST dans un avenir proche, afin de tenter d'atteindre le régime de densité nulle dans des conditions de plasma à haute performance.
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RESUME
Expériences sur le tokamak dépassant la limite de densité du plasma : une nouvelle approche pour l’allumage de la fusion
Des expériences menées sur le tokamak EAST ont permis d’obtenir un fonctionnement stable du plasma à des densités bien supérieures aux limites traditionnelles, grâce à l’accès à un régime de densité nulle prédit. Ce résultat a été obtenu en optimisant les interactions plasma-paroi lors du démarrage, réduisant ainsi l’accumulation d’impuretés et les pertes d’énergie. Ces découvertes offrent une nouvelle approche pour surmonter les contraintes de densité dans les dispositifs de fusion, et font progresser les perspectives d’allumage de la fusion.
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COMMENTAIRES
MAGNIFIQUE ET TOUTES MES FELICTATIONS !!!
L A FUSION NUCLAIRE C EST L AVENIR DE L HUMANITE ......
XXXXXXXXXXMore information: Jiaxing Liu et al, Accessing the density-free regime with ECRH-assisted Ohmic start-up on EAST, Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.adz3040. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz3040
Journal information: Science Advances
Provided by Chinese Academy of Sciences
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