Les tokamaks sont des dispositifs utilisés en fusion avec confinement magnétique. Dans ces réactions, un champ magnétique puissant est utilisé pour contrôler et contenir le plasma de combustible de fusion chaud dans le cœur du réacteur. Le plasma est chauffé à des températures élevées par injection de faisceau neutre ou chauffage par radiofréquence. L'objectif principal est de maintenir un état de plasma stable dans lequel des réactions de fusion peuvent se produire en continu, fournissant une source d'énergie illimitée.
Une étude récente menée par des scientifiques du Laboratoire national d'Oakridge (ORNL), du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) et de Tokamak Energy Ltd marque une percée majeure dans la recherche sur l'énergie de fusion. L'équipe a atteint des températures de près de 100 millions de degrés Celsius, ce qui est nécessaire pour que les centrales à fusion produisent de l'énergie commerciale.
De plus, ils ont atteint des températures élevées dans un tokamak compact, ce que personne n'avait fait auparavant !
Dans cette étude, les scientifiques se sont concentrés sur l'amélioration des conditions de fonctionnement d'un tokamak sphérique à champ élevé (ST) appelé ST40. Comparé aux autres dispositifs thermonucléaires, le dispositif 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 au tokamak TFTR, qui a généré plus de 10 millions de watts de puissance de fusion. Le ST40 fonctionnait dans un champ magnétique toroïdal (en forme de beignet) avec une intensité juste au-dessus de 2 Tesla.
Pour chauffer le plasma, l'équipe a utilisé 1,8 million de watts de particules neutres à haute énergie. Bien que la décharge de plasma, ou la période pendant laquelle les réactions thermonucléaires se produisaient activement, n'ait duré que 0,15 seconde, la température des ions dans le noyau a atteint plus de 100 millions de degrés Celsius.
Pour mesurer les températures des ions, l'équipe a utilisé le code de transport TRANSP développé au PPPL. Ce code est utile car il prend en compte les profils de température mesurés des impuretés et du deutérium, principal combustible utilisé dans les réacteurs de fusion.
Ils ont découvert que la plage de température des impuretés dépasse 8,6 keV (environ 100 millions de degrés Celsius), tandis que la plage de température du deutérium est proche de cette valeur. Cette découverte suggère que la méthode de chauffage utilisée dans l'expérience était efficace pour atteindre les températures élevées souhaitées.
Les résultats donnent de l'optimisme pour le développement futur de centrales thermonucléaires basées sur des tokamaks sphériques compacts à champ élevé. Ces avancées pourraient conduire à des solutions plus efficaces et économiquement viables dans le domaine de l'énergie de fusion, offrant une voie prometteuse vers une production d'énergie durable et propre.
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