Une équipe de chercheurs a introduit une méthode pour atténuer les dommages causés par les électrons incontrôlables dans les dispositifs de fusion tokamak. La stratégie exploite les ondes d’Alfvén pour perturber le cycle dommageable des électrons en fuite. Cette découverte est prometteuse pour l’avancement de l’énergie de fusion, avec des implications potentielles pour le projet ITER en cours en France.
Les chercheurs ont utilisé les ondes d’Alfvén pour atténuer l’emballement des électrons dans les dispositifs de fusion tokamak, ce qui offre des implications significatives pour les futurs projets d’énergie de fusion, notamment ITER en France.
Des scientifiques dirigés par Chang Liu du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) ont dévoilé une approche prometteuse pour atténuer les dommages causés par les électrons incontrôlables créés par les perturbations des dispositifs de fusion tokamak. La clé de cette approche consistait à exploiter un type unique de plasma vague qui porte le nom de l’astrophysicien Hannes Alfvén, lauréat du prix Nobel 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 électrons en fuite.
Processus circulaire remarquable
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 de Lettres d’examen physique. « Les résultats établissent un lien distinct entre ces modes et la génération d’électrons en fuite. »
Chang Liu. Crédit : Elle Starkman
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 passionnantes 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.
L’énergie de fusion nucléaire pourrait constituer une source d’énergie durable essentielle pour compléter les énergies renouvelables. La plus grande expérience de fusion au monde, ITER, est en construction en France. Crédit : Organisation ITER
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.
