Les réacteurs de fusion nucléaire sont des technologies très puissantes qui peuvent générer de l'énergie en fusionnant (c.-à-d. Joignant) deux noyaux atomiques légers pour former un noyau plus lourd. Ces réactions de fusion libèrent de grandes quantités d'énergie, qui peuvent ensuite être converties en puissance électrique sans émettre des gaz à effet de serre.
L'une des conceptions de réacteurs de fusion les plus fiables et les plus prometteuses est le soi-disant Tokamak. Les tokamaks sont des dispositifs qui utilisent un champ magnétique en forme de basse pour limiter et chauffer le plasma (c.-à-d. Superhot, gaz chargé électrique) pour le temps nécessaire pour que les réactions de fusion se produisent.
Malgré leur potentiel pour la génération de grandes quantités d'énergie propre, les futurs réacteurs peuvent faire face à d'énormes défis dans la gestion de la chaleur intense produite par les réactions de fusion. Plus précisément, une partie du plasma confiné peut interagir avec les parois des réacteurs, les endommager et avoir un impact négatif sur leur durabilité et leur performance.
Des chercheurs de l'expérience TCV Tokamak à École Polytechnique Fédéral de Lausanne (EPFL) ont récemment découvert une nouvelle forme de rayonnement plasmatique qui pourrait empêcher les tokamaks de surchauffer, ce qui leur permet de perdre un excès de chaleur et donc potentiellement de renforcer leurs performances au fil du temps.
La nouvelle solution qu'ils ont proposée, qu'ils ont surnommée radiateur cible X-Point (XPTR), ont été introduites dans un article publié dans Lettres d'examen physique.
« La réduction des charges de chaleur de divertor est un défi clé pour les futures centrales de fusion », a déclaré Kenneth Lee, premier auteur du journal, à Issues.fr.
« Une approche prometteuse, le radiateur de points X, dissipe l'énergie du plasma près du point X, mais l'évolutivité est incertaine en raison de sa proximité avec le noyau. Nous étudions expérimentalement l'effet de l'ajout d'un point X secondaire le long du canal de divertor pour élargir la plage opérationnelle et maintenir le confinement du plasma central – un concept connu sous le nom de diverteur cible à points X. »
Dans Tokamaks, un point X est un emplacement où les lignes de champ magnétiques se déroulent purement toroïdalement, ce qui est central pour façonner le plasma et guider la chaleur loin du noyau via un entonnoir magnétique étroit connu sous le nom de «diverteur». Les radiateurs de points X sont des conditions de fonctionnement du plasma qui convertissent une grande fraction de la chaleur du plasma en rayonnement uniforme à proximité du point X.
Dans leur article, Lee et ses collègues effectuent des expériences sur l'introduction d'un autre point X le long du diverteur, qui est situé à l'extérieur de la zone dans laquelle le plasma est confiné. L'ajout de ce point secondaire pourrait soutenir davantage l'élimination de l'excès de chaleur, empêchant ainsi des dommages au Tokamak et améliorant sa durabilité.
« Nous tirons parti de la flexibilité de mise en forme magnétique unique de TCV Tokamak pour introduire un point X secondaire, et nous avons découvert le rayonnement localisé (le 'XPTR') loin du noyau plasmatique, qui préserve les performances du noyau tout en réduisant considérablement les charges de chaleur du divertor », a expliqué Lee.
« Nous avons constaté que le radiateur cible à points X est très stable et peut être soutenu sur une large gamme de conditions opérationnelles, offrant potentiellement une méthode beaucoup plus fiable pour gérer l'échappement de puissance dans une centrale de fusion. »
Dans les tests initiaux, l'approche introduite par les chercheurs s'est avérée remarquablement bien performante, en supprimant plus de chaleur du plasma magnétiquement confiné plus efficacement que les configurations conventionnelles.
Cette configuration cible X-Point nouvellement explorée devrait être mise en œuvre dans les appareils Tokamak de nouvelle génération qui sont développés par le Commonwealth Fusion Systems en collaboration avec le Massachusetts Institute of Technology (MIT).
« Nous effectuons maintenant de nouvelles expériences de haute puissance pour explorer la plage de paramètres du radiateur cible de points X, complétée par des simulations numériques de pointe pour mieux comprendre ses mécanismes physiques sous-jacents », a ajouté Lee.
« Le Tokamak de nouvelle génération, SPARC, prévoit d'incorporer le diverteur cible de points X dans sa conception de référence, ce qui rend nos résultats en temps opportun et crucial. »
