Les physiciens du laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du ministère américain de l'Énergie ont franchi une étape importante vers
Pourquoi est-il si important de réaliser la fusion nucléaire ?
La fusion nucléaire est un processus physique quialimente notre Soleil. Cela se produit lorsque des atomes sont forcés ensemble à des températures et des pressions extrêmement élevées, ce qui les amène à libérer d'énormes quantités d'énergie en fusionnant avec des atomes plus lourds.
Les scientifiques du monde entier travaillent àcapturer et diriger le processus de fusion atomique sur Terre pour développer une source d’énergie propre, sans carbone et peut-être inépuisable. Ils ont déjà fait plusieurs tentatives, mais seulement pour quelques secondes. L’une des raisons est l’effondrement thermique.
Pourquoi l'effondrement thermique se produit-il et qu'est-ce que c'est ?
Un problème que les scientifiques ignoraient auparavant dans leur étude de l'effondrement thermique est la forme ou la topologie tridimensionnelle des lignes de champ erratiques causées par l'instabilité turbulente.
Photo : Rsvilkoks, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Elle a provoqué la création de minuscules « collines »et des « vallées », où certaines particules sont retenues tandis que d’autres dévalent des « collines » et heurtent les parois de l’objet. L’existence de ces « collines » provoque un effondrement rapide de la température, ce qu’on appelle la trempe thermique.
Dans une nouvelle étude, les scientifiques ont retracéeffondrement en désordre tridimensionnel de champs magnétiques puissants. Ils sont utilisés dans les installations thermonucléaires comme substituts à la puissante gravité, qui provoque des réactions de fusion dans les corps célestes, par exemple dans le Soleil.
Cependant, dans les expériences en laboratoire, ces champsdésordonné en raison de l’instabilité du plasma. En cas de violation grave, les lignes de champ deviennent complètement désordonnées, « s’enchevêtrant comme des spaghettis », écrivent les scientifiques. De ce fait, un grand nombre de particules « collent » à la paroi du tokamak. La chaleur qui en résulte peut endommager les parois de l'installation de fusion.
Qu'ont fait les scientifiques ?
Dans le cadre d'une nouvelle étude, des scientifiquescompris comment créer une carte spéciale pour comprendre la topologie des lignes électriques. Cela nivelle les « collines » magnétiques. Sans eux, la plupart des électrons seraient piégés et ne pourraient pas provoquer l’extinction thermique observée lors des expériences.
Ainsi, les scientifiques ont simulé la topologie des phénomènes thermiquesrefroidissement comme une structure tridimensionnelle complexe. Ils ont notamment évité les simplifications excessives qui induisent si souvent les physiciens en erreur. Cette topologie est notoirement difficile à comprendre en raison de l'interaction complexe entre les champs électriques et magnétiques. Les chercheurs du PPPL ont utilisé le code GTS du laboratoire pour la comprendre.
Comment ça marche?
Le code modélise l'effet de la turbulenceinstabilité sur le mouvement des particules. Il montre comment le champ électrique créé dans les installations projette des particules entre les lignes de champ magnétique et contribue ensuite au mouvement résultant des particules piégées. C'est ce qui conduit à la trempe thermique.
Pourquoi est-ce important?
Une nouvelle étude explique en termes dephysique, comment le plasma perd de l'énergie vers la paroi en présence de lignes de champ magnétique. Ceci est très utile pour trouver des moyens innovants d'atténuer ou d'empêcher la trempe thermique et la dégradation du plasma à l'avenir.
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