SCIENCES.ENERGIES.ENVIRONNEMENT .LE MONDE SELON LA PHYSIQUE /W10/LA Z MACHINE ET LA FUSION NUCLEAIRE

Voici un résultat des plus interessants récents ;'' Scientists confirm thermonuclear fusion in a sheared-flow Z-pinch device'' by Benny Evangelista, Lawrence Livermore National Laboratoryici xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx ''Les scientifiques confirment la fusion thermonucléaire dans un dispositif Z-pinch à flux cisaillé'' par Benny Evangelista, Laboratoire national Lawrence Livermore PHOTO:Le physicien du LLNL, James Mitrani, installe des détecteurs à scintillateur pour mesurer les neutrons sur le dispositif Fusion Z-Pinch Experiment (FuZE) de l'Université de Washington. Crédit : Laboratoire national Lawrence Livermore Dans des découvertes qui pourraient aider à faire avancer une autre "voie viable" vers l'énergie de fusion, des recherches menées par des physiciens du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont prouvé l'existence de neutrons produits par des réactions thermonucléaires à partir d'un dispositif Z-pinch stabilisé à flux cisaillé. Les chercheurs ont utilisé des techniques de modélisation informatique avancées et des dispositifs de mesure de diagnostic perfectionnés au LLNL pour résoudre un problème vieux de plusieurs décennies consistant à distinguer les neutrons produits par des réactions thermonucléaires de ceux produits par des instabilités induites par des faisceaux d'ions pour les plasmas dans le régime de fusion magnéto-inertielle. Alors que les recherches précédentes de l'équipe ont montré que les neutrons mesurés à partir de dispositifs de pincement en Z stabilisés par flux cisaillé étaient « compatibles avec la production thermonucléaire, nous ne l'avions pas encore complètement prouvé », a déclaré le physicien du LLNL Drew Higginson, l'un des co-auteurs d'un article récemment. publié dans Physique des Plasmas. "C'est la preuve directe que la fusion thermonucléaire produit ces neutrons et non des ions entraînés par des instabilités de faisceau", a déclaré Higginson, chercheur principal de l'équipe Portable and Adaptable Neutron Diagnostics (PANDA) qui effectue des recherches dans le cadre d'une agence de projets de recherche avancée du Département de l'énergie. Accord de coopération énergétique (ARPA-E). "Il n'est pas prouvé qu'ils vont obtenir un gain d'énergie, mais c'est un résultat prometteur qui suggère qu'ils sont sur une voie favorable." Le physicien du LLNL, James Mitrani, était l'auteur principal de l'article, qui démontre comment le large éventail de recherches du laboratoire profite à l'ensemble de la communauté de la fusion au-delà des avancées majeures réalisées par le National Ignition Facility (NIF) du LLNL, le système laser le plus énergétique au monde. "La recherche ne s'est concentrée que sur ce seul dispositif", a déclaré Mitrani, "mais les techniques et concepts généraux sont applicables à de nombreux dispositifs de fusion dans ce régime de fusion magnéto-inertielle intermédiaire." Il a noté que le régime opère dans la zone située entre les installations de fusion laser, telles que le NIF et l'Omega Laser Facility de l'Université de Rochester, et les dispositifs de fusion qui confinent les plasmas dans le régime purement magnétique, comme ITER (un projet multinational dans le sud de la France), SPARC (en construction près de Boston) ou d'autres appareils tokamak. Depuis août, le NIF a généré un buzz dans la communauté scientifique mondiale parce qu'une expérience de fusion par confinement inertiel (ICF) a produit un record de 1,35 mégajoules (MJ) d'énergie. Cette étape importante a amené les chercheurs au seuil d'allumage, défini par la National Academy of Sciences et la National Nuclear Security Administration comme lorsqu'une implosion NIF produit plus d'énergie de fusion que la quantité d'énergie laser délivrée à la cible. Cette prise de vue a été précédée par les progrès réalisés par les chercheurs du LLNL dans la réalisation d'un état de plasma brûlant lors d'expériences en laboratoire. La fusion est la source d'énergie trouvée dans le soleil, les étoiles et les armes thermonucléaires. Les expériences ICF du NIF concentrent 192 faisceaux laser tirant sur une petite cible pour comprimer et chauffer des isotopes d'hydrogène partiellement congelés à l'intérieur d'une capsule de combustible, créant une implosion reproduisant les conditions de pression et de température trouvées uniquement dans les noyaux d'étoiles et de planètes géantes et dans l'explosion d'armes nucléaires. Les machines Z-pinch réalisent la fusion en utilisant un puissant champ magnétique pour confiner et "pincer" le plasma. Le concept Z-pinch est une conception relativement simple qui existe en tant que modèle théorique depuis les années 1930. Mais Higginson a noté qu'il avait une longue histoire de "terribles instabilités" qui entravaient la capacité de générer les conditions nécessaires pour atteindre un gain net d'énergie de fusion. Dans les années 1990, les scientifiques du LLNL ont commencé à travailler avec des chercheurs de l'Université de Washington (UW) pour faire progresser une autre voie prometteuse vers l'allumage, le concept de pincement en Z stabilisé par flux cisaillé. Au lieu de puissants aimants stabilisateurs utilisés dans d'autres dispositifs Z-pinch, les dispositifs Z-pinch stabilisés à flux cisaillé utilisent un courant électrique pulsé pour générer un champ magnétique traversant une colonne de plasma afin de réduire les instabilités perturbant la fusion. "Le problème avec les instabilités est qu'elles ne créent pas une voie viable vers la production d'énergie, contrairement à la fusion thermonucléaire", a déclaré Higginson. "Il a toujours été difficile de diagnostiquer cette différence, en particulier dans un Z-pinch." En 2015, les chercheurs du LLNL et de l'UW ont obtenu un accord de coopération ARPA-E de 5,28 millions de dollars pour tester la physique de la stabilisation du pincement à des énergies plus élevées et du courant de pincement dans le cadre du projet Fusion Z-Pinch Experiment (FuZE) de l'université. Dans le cadre d'un accord de coopération ARPA-E "capability team" ultérieur, les chercheurs du LLNL se sont concentrés sur les diagnostics qui mesuraient les émissions de neutrons produites pendant le processus de fusion, y compris les emplacements spatiaux et les profils temporels de ces émissions. La combinaison de l'expertise en diagnostic plasma des laboratoires nationaux et du fonctionnement agile des entreprises privées s'appuie sur chacune de leurs forces individuelles et constitue un objectif clé du programme de l'équipe de capacité de fusion ARPA-E. Au fur et à mesure que le rayon du cylindre FuZE se rétrécissait pour augmenter la compression, cela créerait également des creux dans le plasma qui généreraient des champs magnétiques beaucoup plus puissants qui entraîneraient un pincement du plasma plus vers l'intérieur à certains endroits qu'à d'autres. Comme les extrémités pincées d'une viande hachée tubulaire populaire, ces instabilités de "saucisse" indésirables créeraient des faisceaux d'ions plus rapides qui produisaient des neutrons qui pourraient être confondus avec les neutrons produits par thermonucléaire souhaités. Les chercheurs du LLNL ont placé deux détecteurs à scintillateur en plastique à l'extérieur de l'appareil pour mesurer les traces de neutrons lorsqu'ils émergeaient en quelques microsecondes à partir de différents points et angles à l'extérieur de la chambre Z-pinch. "Nous avons montré que les énergies des neutrons émis étaient égales en différents points autour de cet appareil, ce qui indique des réactions de fusion thermonucléaire", a déclaré Mitrani. L'analyse comprenait la création d'histogrammes des impulsions de neutrons détectées par les deux scintillateurs et leur comparaison à l'aide de méthodes telles que les simulations informatisées de Monte Carlo qui examinent tous les résultats possibles. Les diagnostics ne sont pas nouveaux, a déclaré Higginson, mais "l'idée d'utiliser des histogrammes d'énergies d'impulsions de neutrons individuelles pour mesurer l'anisotropie - la différence d'énergie lorsque vous regardez dans différentes directions - est une nouvelle technique et c'est quelque chose que nous avons pensé, développé et mis en œuvre ici. De plus, nous avons travaillé avec UC Berkeley, qui nous a aidés à développer la capacité de modélisation pour aplanir les incertitudes dans les mesures et comprendre complètement les données que nous voyons. " ..........20 lignes supprimées ..... La recherche a donné naissance à une startup financée par le secteur privé de Seattle nommée Zap Energy en 2017. La recherche se poursuit dans le cadre de nouvelles subventions, avec des mesures plus détaillées prises par 16 détecteurs alors que Zap Energy poursuit ses expériences. "Nous voulons être impliqués parce que nous ne savons pas quelles surprises pourraient survenir", a déclaré Higginson. "Il pourrait s'avérer que lorsque vous passez à un courant plus élevé, tout d'un coup, vous recommencez à générer des instabilités. Nous voulons être en mesure de prouver à mesure que le courant augmente qu'il est possible de maintenir un pincement stable et de haute qualité." xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Explore further Unveiling the steady progress toward fusion energy gain More information: James M. Mitrani et al, Thermonuclear neutron emission from a sheared-flow stabilized Z-pinch, Physics of Plasmas (2021). DOI: 10.1063/5.0066257 Journal information: Physics of Plasmas Provided by Lawrence Livermore National Laboratory xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx MON COMMENTAIRE J 'ai suffisament publié et commenté ici les résulats du LLivermore Laboratory pour pouvoir presenter aux lecteurs les défauts et qualités de cette Z -machine ....Je la croyais étudiée seulement au Sandia N ational Lab ....Je ne suis pas persuadé que cet article nous apporte grand chose en dehors des difficultés a maitriser les pertes d énergies générées par les instabilités .... Pour moi les difficultés de la Z machine visent à résoudre non seulement ces difficultés de montée en puissance de l'énergie mais aussi le rechargement le plus rapidement possible du réacteur après chaque tir car toute géneration d 'électricité repose sur un pocessus continu de turbo alternateur .