Faire progresser l’énergie de fusion : Des chercheurs atteignent des températures record dans un tokamak
Ils ont réussi à atteindre des températures de plus de 100 millions de degrés Celsius. C’est plus chaud que la température centrale du soleil !
Les réactions de fusion nucléaire génèrent de grandes quantités d’énergie. Les réactions qui se produisent au cœur du soleil sont un exemple de fusion nucléaire. L’exploitation de l’énergie de fusion est depuis longtemps un objectif des scientifiques et des chercheurs, car elle ne produit pas d’émissions de gaz à effet de serre ni de déchets radioactifs à longue durée de vie.
Toutefois, la production d’énergie de fusion se heurte à plusieurs obstacles, tels que la nécessité de températures et de pressions élevées, l’instabilité du plasma, le coût, l’évolutivité et la recherche d’un équilibre énergétique.
Malgré ces difficultés, des progrès significatifs ont été réalisés dans la recherche sur l’énergie de fusion.
Les tokamaks sont des dispositifs utilisés dans la fusion par confinement magnétique. Dans ces réactions, un puissant champ magnétique est utilisé pour contrôler et confiner le plasma chaud du combustible de fusion dans le cœur du réacteur. Le plasma est porté à haute température par injection de faisceaux neutres ou par chauffage par radiofréquence. L’objectif principal est de maintenir un état stable du plasma où les réactions de fusion peuvent se produire en continu, fournissant ainsi une source d’énergie illimitée.
Une étude récente réalisée par des chercheurs de l’Oak Ridge National Laboratory (ORNL), du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) et de Tokamak Energy Ltd montre une avancée significative dans la recherche sur l’énergie de fusion. L’équipe a atteint des températures supérieures à 100 millions de degrés Celsius, ce qui est nécessaire pour que les centrales à fusion puissent produire de l’énergie commerciale.
En outre, elle a atteint des températures élevées dans un tokamak compact, ce qui n’avait jamais été fait auparavant !
Atteinte de températures ioniques élevées dans le ST40
Dans cette étude, les chercheurs se sont attachés à affiner les conditions de fonctionnement d’un tokamak sphérique à haut champ (ST) appelé ST40. Comparé à d’autres dispositifs de fusion, le ST40 se distingue par sa taille réduite et son plasma sphérique.
L’équipe a utilisé une approche similaire à celle utilisée dans les années 1990 dans le tokamak TFTR, qui a généré plus de 10 millions de watts d’énergie de fusion. Le ST40 a fonctionné avec un champ magnétique toroïdal (en forme de beignet) à des valeurs légèrement supérieures à 2 Tesla.
L’équipe a utilisé 1,8 million de watts de particules neutres de haute énergie pour chauffer le plasma. Bien que la décharge du plasma, c’est-à-dire la période pendant laquelle les réactions de fusion étaient actives, n’ait duré que 0,15 seconde, la température des ions dans le noyau a atteint plus de 100 millions de degrés Celsius.
L’équipe a utilisé le code de transport TRANSP développé au PPPL pour mesurer les températures des ions. Ce code est utile car il prend en compte les profils de température mesurés des impuretés et du deutérium, le principal combustible utilisé dans les réacteurs de fusion.
Les chercheurs ont constaté que la plage de température des impuretés était supérieure à 8,6 keV (environ 100 millions de degrés Celsius), alors que la plage de température du deutérium se situait autour de cette valeur. Cette constatation suggère que la méthode de chauffage utilisée dans l’expérience a permis d’atteindre les hautes températures souhaitées.
Ces résultats permettent d’envisager avec optimisme le développement futur de centrales de fusion basées sur des tokamaks sphériques compacts à haut champ. Ces progrès pourraient déboucher sur des solutions énergétiques de fusion plus efficaces et économiquement viables, offrant ainsi une voie prometteuse pour la production d’énergie durable et propre.
L’étude a été publiée dans la revue Nuclear Fusion.
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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche
