Des chercheurs de l’Université de Kyoto ont développé un modèle pour prédire et contrôler les températures de rotation des molécules d’hydrogène dans les réacteurs à fusion. Cette découverte contribue à refroidir le plasma et à optimiser les performances des dispositifs de fusion, offrant ainsi des perspectives sur les progrès futurs dans la production d’énergie par fusion.
Une équipe internationale de chercheurs a découvert une méthode permettant de prédire et de contrôler les températures de rotation des molécules d’hydrogène dans les réacteurs à fusion.
Les humains ne parviendront peut-être jamais à apprivoiser le Soleil, mais l’hydrogène plasma — constituant la majeure partie de l’intérieur du Soleil — peut être confiné dans un champ magnétique dans le cadre de la production d’énergie par fusion : avec une mise en garde.
Le défi du confinement du plasma
Les plasmas à très haute température, généralement jusqu’à 100 millions de degrés Celsiusconfiné dans le tokamaks — les réacteurs à fusion en forme de beignet — endommagent les parois de confinement de ces méga-appareils. Les chercheurs injectent de l’hydrogène et des gaz inertes près de la paroi de l’appareil pour refroidir le plasma par rayonnement et recombinaison, qui est l’inverse de l’ionisation. L’atténuation de la charge thermique est essentielle pour prolonger la durée de vie du futur dispositif de fusion.
Améliorer les processus de recombinaison
Comprendre et prédire le processus des températures de vibration et de rotation des molécules d’hydrogène proches des parois pourrait améliorer la recombinaison, mais les stratégies efficaces restent insaisissables.
Les températures de rotation des molécules d’hydrogène désorbées de la surface faisant face au plasma ont été mesurées dans trois tokamaks différents ; les augmentations de température dues aux processus collisionnels-radiatifs dans les plasmas ont également été évaluées. Crédit : KyotoU Global Comms/Taiichi Shikama
Une équipe internationale de chercheurs dirigée par l’Université de Kyoto a récemment trouvé un moyen d’expliquer les températures de rotation mesurées dans trois dispositifs expérimentaux de fusion différents au Japon et aux États-Unis. Leur modèle évalue les interactions de surface et les collisions électron-proton des molécules d’hydrogène.
« Dans notre modèle, nous avons ciblé l’évaluation des températures de rotation dans les faibles niveaux d’énergie, ce qui nous a permis d’expliquer les mesures de plusieurs dispositifs expérimentaux », ajoute l’auteur correspondant Nao Yoneda de la Graduate School of Engineering de KyotoU.
Optimisation des performances des appareils Fusion
En permettant la prédiction et le contrôle de la température de rotation à proximité de la surface du mur, l’équipe a pu dissiper le flux thermique du plasma et optimiser les conditions de fonctionnement des dispositifs.
« Nous devons encore comprendre les mécanismes des excitations rotationnelles-vibratoires de l’hydrogène », réfléchit Yoneda, « mais nous sommes ravis que la polyvalence de notre modèle nous permette également de reproduire les températures de rotation mesurées rapportées dans la littérature. »
