Délaissant les énigmes de la matière noire discutées avec PEPPER
et commentées par DOMINIQUE
MAREAU ,je vous propose aujourd’hui une traduction d’une des découvertes
adressées récemment par PHYS ORG/ SCIENCE X
888888888888888888888888888888888
Discovery about the edge of fusion plasma could help
realize fusion power
888888888888888888888888888888888
L’étude
des bords du plasma de fusion pourrait aider à atteindre la puissance nécessaire à la fusion
nucléaire
par John Greenwald, Princeton Plasma Physics
Laboratory
Un obstacle
majeur à la production d'énergie d’une fusion sûre, propre et abondante sur Terre est
le manque de compréhension détaillée du comportement du gaz plasmatique chaud
et chargé qui alimente les réactions de fusion au bord des installations de
fusion appelées "tokamaks". Des percées récentes réalisées par des
chercheurs du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du Département
américain de l'énergie (DOE) ont permis de mieux comprendre le comportement du
bord de plasma très complexe des tokamaks en forme de beignet , et à
se mettre sur la route de la capture de l'énergie de fusion qui alimente le
soleil et étoiles. La compréhension de cette région périphérique sera
particulièrement importante pour l'exploitation d'ITER, l'expérience
internationale de fusion en cours de construction en France pour démontrer le
caractère pratique de l'énergie de fusion
L'une des
premières découvertes a été la découverte que la prise en compte des
fluctuations turbulentes des champs magnétiques qui confinent le plasma qui
alimente les réactions de fusion peut réduire considérablement le flux des particules
turbulentes près du bord du plasma. Les simulations informatiques montrent que
le flux net de particules peut descendre jusqu'à 30%, malgré le fait que
l'amplitude moyenne de la fluctuation de la densité des particules turbulentes
augmente de 60%, ce qui indique que même si les fluctuations de la densité turbulente
deviennent plus virulentes, elles
déplacent moins efficacement les particules hors de l'appareil.
Les
chercheurs ont développé un code spécialisé appelé "Gkeyll" -
prononcé comme "Jekyll" dans "The Strange Case of Dr. Jekyll and
Mr. Hyde" de Robert Louis Stevenson - qui rend ces simulations
réalisables. Le code mathématique, une forme de modélisation appelée
«gyrocinétique», simule l'orbite des particules de plasma autour des lignes de
champ magnétique au bord d'un plasma de fusion.
"Notre
récent article résume les efforts du groupe Gkeyll dans le domaine de la
simulation gyrocinétique", a déclaré le physicien PPPL Ammar Hakim, auteur
principal d'un article sur la physique des plasmas qui donne un aperçu des
réalisations du groupe, sur la base d'une conférence qu'il a prononcée à
l'American Conférence de la Division de physique des plasmas (APS-DPP) de la
Physical Society l'automne dernier. La recherche, co-écrite par des
scientifiques de six institutions, adapte un algorithme de pointe au système
gyrocinétique pour développer les "percées numériques clés nécessaires
pour fournir des simulations précises", a déclaré Hakim.
De telles
percées font partie de l'effort mondial pour atteindre a science nécessaire
pourla production de réactions de fusion sur Terre. 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 qui
constituent 99% de l'univers visible - pour générer d'énormes quantités
d'énergie qui pourraient fournir une alimentation électrique pratiquement
inépuisable pour produire de l'électricité pour l'humanité.
Noah
Mandell, un étudiant diplômé du programme de physique des plasmas de
l'Université de Princeton, s'est appuyé sur les travaux de l'équipe pour
développer le premier code gyrocinétique capable de gérer les fluctuations
magnétiques dans ce qu'on appelle la couche de grattage au plasma (SOL) au bord
des plasmas de tokamak. . Le British Journal of Plasma Physics a publié et mis
en évidence son rapport en tant qu'article vedette.
Mandell
explore comment la turbulence du plasma plie les lignes de champ magnétique,
conduisant à une ynamique des «lignes de champ dansantes». Il constate que les
lignes de champ se déplacent généralement en douceur, mais que la danse peut se
reconfigurer brusquement en événements de reconnexion qui les font converger et
se séparer violemment.
Les
découvertes de Mandell sont mieux décrites comme une "preuve de
concept" en ce qui concerne les fluctuations magnétiques, a-t-il dit.
"Nous savons qu'il y a plus d'effets physiques qui doivent être ajoutés au
code pour des comparaisons détaillées avec des expériences, mais déjà les
simulations montrent des propriétés intéressantes près du bord du plasma",
a-t-il déclaré. "La capacité à gérer la flexion des lignes de champ
magnétique sera également essentielle pour les futures simulations de modes
localisés de bord (ELM), et que nous
aimerions mieux comprendre les explosions de chaleur qu'elles provoquent et qui
doivent être contrôlées pour éviter les dommages au tokamak." "
Ce qui rend
cette découverte unique, c'est que les codes gyrocinétiques précédents ont
simulé des taches SOL mais ont supposé que les lignes de champ étaient rigides,
a noté Mandell. L'extension d'un code gyrocinétique pour calculer le mouvement
des lignes de champs magnétiques est très difficile à calculer, nécessitant des
algorithmes spéciaux pour garantir que deux termes importants s'équilibrent
avec une précision meilleure que 1 partie sur un million.
De plus,
alors que les codes qui modélisent la turbulence dans le cœur du tokamak
peuvent inclure des fluctuations magnétiques, ces codes ne peuvent pas simuler
la région SOL. "Le SOL nécessite des codes spécialisés comme Gkeyll qui
peuvent gérer des fluctuations de plasma et des interactions beaucoup plus
importantes avec les parois du réacteur", a déclaré Mandell.
Les
prochaines étapes pour le groupe Gkeyll comprendront l'étude du mécanisme
physique précis qui affecte la dynamique du bord du plasma, un effet
probablement lié aux lignes de champ de flexion. "Ce travail fournit des
tremplins qui, je pense, sont très importants", a déclaré Hakim. "Sans
les algorithmes que nous avons créés, ces résultats seraient très difficiles à
appliquer à ITER et à d'autres machines."
8888888888888888888888888888888888
Explore further
New explanation for sudden collapses of heat in
plasmas can help create fusion energy on Earth
More information: N. R. Mandell et al, Electromagnetic
full- gyrokinetics in the tokamak edge with discontinuous Galerkin methods,
Journal of Plasma Physics (2020). DOI: 10.1017/S0022377820000070
Provided by Princeton Plasma Physics Laboratory
88888888888888888888888888888888888888
MES
COMMENTAIRES
Je suppose
que mes lecteurs sont au courant des
manips faites sur les divers tokamaks , ces appareils qui accélèrent des mélanges gazeux d’ éléments
légers maintenus ensuite en confinant magnétiquement les plasmas réalisés .VOIR MA PHOTO
.L’article
souligne que des codes basés sur études mathématiques et comprenant des algorithmes sont nécessaires pour expliquer ce qui se produit aux
bordures de ces plasmas (… a savoir des pertes et des incidents) …..et
en quelque sorte sont néfastes a l’atteinte des très hautes
températures nécessaires à la fusion …
Mes lecteurs trouveraient dans les
archives de ce blog la description des performances réalisées jusqu’à aujourd’hui
Je ne vous
ai pas reproduit les photos des lignes
de champ proposées par les auteurs, qui sne sont que des résultats de calcul
L’article
souligne qu’ expérimentations et calculs
doivent conduire à des campagnes successives et à un ajustement complexe et
progressif des codes
