Pour produire de l’énergie viable commercialement, les futures centrales de fusion devront atteindre des températures de 100 millions de degrés C. Pour ce faire, un contrôle strict du plasma est nécessaire. Dans une étude, les chercheurs ont affiné les conditions de fonctionnement pour atteindre les températures nécessaires dans un dispositif compact de tokamak sphérique appelé ST40.
Ce dispositif est unique en son genre ; il est beaucoup plus petit et a un plasma plus sphérique que les autres dispositifs de fusion. Pour obtenir ces résultats, les chercheurs ont utilisé une approche similaire aux « supertirs » passés qui ont produit plus de 10 millions de watts de puissance de fusion dans le tokamak TFTR dans les années 1990.
Selon la littérature scientifique, la température au cœur du Soleil est estimée à environ 15 millions de degrés Celsius. Cette température extrêmement élevée est suffisante pour déclencher les réactions thermonucléaires de fusion nucléaire, où les noyaux d’hydrogène se combinent pour former de l’hélium, libérant ainsi une énorme quantité d’énergie. C’est cette réaction qui maintient le Soleil brillant et chaud depuis des milliards d’années.
Impact
Cette initiative a démontré pour la première fois des températures ioniques pertinentes pour la fusion dans un tokamak sphérique compact à champ magnétique élevé. Cela confirme que le tokamak sphérique peut atteindre l’une des conditions nécessaires pour la production d’énergie de fusion commerciale.
Ces résultats montrent également que des usines pilotes de fusion similaires pourraient conduire à des sources de puissance de fusion plus compactes et potentiellement plus économiques que d’autres configurations.
Résumé
Des chercheurs du Laboratoire de Physique des Plasmas de Princeton (PPPL), du Laboratoire National d’Oak Ridge (ORNL), et de Tokamak Energy Ltd ont travaillé dans le cadre d’un accord de recherche et développement collaboratif (CRADA) pour développer des scénarios opérationnels et des méthodes d’analyse.
Leurs expériences ont maintenant démontré l’atteinte de températures ioniques élevées pertinentes pour la fusion dans une installation de fusion expérimentale construite en privé.
Les chercheurs du PPPL et de l’ORNL ont activement participé à l’opération et à l’analyse des données du dispositif ST40 pour atteindre ces températures de plasma nécessaires à l’énergie de fusion commerciale.
Dans la recherche, les plasmas ST40 ont fonctionné à des valeurs de champ magnétique toroïdal de juste plus de 2 Tesla et ont été chauffés par 1,8 million de watts de particules neutres à haute énergie.
Alors que les décharges de plasma ST40 n’ont duré que 150 millisecondes, le plasma a montré des températures ioniques de plus de 100 millions de degrés Celsius.
Les chercheurs ont utilisé le code de transport TRANSP développé au PPPL pour déterminer la température ionique de l’espèce principale, le deutérium, en se basant sur les plages de profils de température d’impureté qui ont été mesurées.
Ces profils révèlent la plage de température ionique d’impureté (montrée en bleu dans l’image ci-dessus) bien au-dessus de 8,6 keV (100 millions de degrés Celsius), et la plage de températures de deutérium (montrée en magenta) autour du niveau de 8,6 keV.
Légende illustration : les aimants du démonstrateur de système magnétique HTS pour tokamak sphérique – Crédit Tokamak Energy
