Le physicien contribue à confirmer des avancées significatives dans les performances des étoiles en énergie de fusion

Le physicien IPP Andreas Langenberg, à gauche, et le physicien PPPL Novimir Pablant avant d’installer le XICS de diagnostic sur le W7-X. Crédit : Scott Maceda

Les Stellarators, des dispositifs magnétiques torsadés destinés à exploiter l’énergie de fusion qui alimente le Soleil et les étoiles sur Terre, ont longtemps joué le rôle de second violon aux installations circulaires en forme de gâteau largement utilisées connues sous le nom de tokamaks. Les aimants stellaires complexes et torsadés ont été difficiles à concevoir et ont permis auparavant une plus grande fuite de surchauffe des réactions de fusion.


Aujourd’hui, des scientifiques du Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP), travaillant en collaboration avec des chercheurs, dont le Princeton Plasma Physics Laboratory du département américain de l’Énergie (DOE), ont montré que le dispositif Wendelstein 7-X (W7-X) à Greifswald, L’Allemagne, est le dispositif Star le plus grand et le plus moderne au monde, pouvant être limité la chaleur Les températures sont le double de la température du cœur du soleil.

indicateur clé

Un outil de diagnostic appelé XICS, conçu à l’origine, construit et exploité par le physicien PPPL Novimir Pablant en collaboration avec le physicien IPP Andreas Langenberg, est un indicateur clé de la forte réduction d’un type de perte de chaleur appelé « néoclassique ». Transport« Historiquement, cela a été plus important dans les étoiles classiques que dans les tokamaks. Le transport perturbateur a provoqué des collisions fréquentes qui éjectent des particules chaudes de leurs orbites alors qu’elles orbitent autour des lignes de champ magnétique qui les confinent. Le transport contribue aux dérives des orbites des particules. « 

Un récent rapport sur les résultats du W7-X en tempérer la nature Magazine confirme le succès des efforts des concepteurs pour façonner des aimants en étoile torsadés de manière complexe afin de réduire la transmission néoclassique. Le premier auteur de l’article était le physicien Craig Bidler du département de théorie de l’IPP. « C’est vraiment une nouvelle fusion que cette conception a été un succès », a déclaré Babplant, co-auteur avec Langenberg de l’article. « Cela montre clairement que ce type d’optimisation peut être fait. »

David Gates, responsable des projets avancés chez PPPL qui supervise le travail remarquable du laboratoire, était très enthousiaste. « Cela a été très excitant pour nous, à PPPL et à toutes les autres institutions américaines collaboratrices, de faire partie de cette expérience vraiment passionnante », a déclaré Gates. « Le travail de Novi a été au cœur des efforts de cette incroyable équipe expérimentale. Je suis très reconnaissant à nos collègues allemands de nous avoir permis de participer. »

énergie sans carbone

La fusion que les scientifiques cherchent à produire combine des éléments légers sous forme de plasma – l’état chaud et chargé de la matière composé d’électrons libres et de noyaux atomiques, ou ions, qui constituent 99% de l’univers visible – pour générer de grandes quantités d’énergie. Une production de fusion contrôlée sur Terre créerait un approvisionnement pratiquement inépuisable d’une source d’énergie sûre, propre et sans carbone pour la production d’électricité pour l’humanité et serait un contributeur majeur à la transition des combustibles fossiles.

Les Stellarators, créés pour la première fois dans les années 1950 sous la direction du fondateur de PPPL Lyman Spitzer, peuvent fonctionner en régime permanent avec peu ou pas de risque de perturbations plasmatiques rencontrées par les tokamaks. Cependant, sa complexité et son passé de confinement thermique relativement faible l’ont entravé. L’objectif principal de la conception optimisée du W7-X, qui a produit son premier plasma en 2015, était de démontrer la pertinence d’un excellent appareil amélioré en tant que centrale de fusion d’énergie ultime.

Les résultats obtenus par XICS montrent des températures d’ions chauds qui n’auraient pas été possibles sans une forte baisse du transport néoclassique. Ces mesures ont également été effectuées par les diagnostics CXRS générés et exploités par IPP, qui étaient considérés comme légèrement plus précis mais ne pouvaient pas être effectués dans toutes les conditions. Profils de température finale en tempérer la nature Le rapport a été tiré de CXRS et corroboré par des mesures avec XICS dans des plasmas similaires.

très précieux

« S’il n’y avait pas eu XICS, nous n’aurions peut-être pas découvert cela [good confinement] « Nous avions besoin de mesurer la température d’un ion facilement disponible et cela a été très utile », a déclaré Robert Wolf, responsable du chauffage et de l’exploitation chez W7-X et co-auteur de l’article.

Les chercheurs ont mené une expérience de pensée pour étudier le rôle que l’amélioration a joué dans les résultats de l’incarcération. L’expérience a révélé que dans un grand transport stellaire non optimisé, les températures élevées enregistrées sur W7-X pour l’énergie de chauffage donnée auraient rendu impossible. « Cela a montré que la forme optimisée du W7-X réduisait la nouvelle transmission classique et était essentielle aux performances observées lors des essais du W7-X », a déclaré Papplant. « C’était une façon de montrer à quel point l’amélioration est importante. »

Il a ajouté que les résultats représentent une étape vers la possibilité pour les étoiles basées sur la conception W7-X de conduire à un réacteur de fusion fonctionnel. « Mais réduire la nouvelle transmission classique n’est pas la seule chose que vous ayez à faire. Il y a toute une série d’autres objectifs à montrer, y compris courir régulièrement et réduire la transmission turbulente. » Le transport turbulent produit des ondulations et des tourbillons qui traversent le plasma en tant que deuxième source majeure de perte de chaleur.

Le W7-X rouvrira en 2022 après une mise à niveau de trois ans pour installer un système de refroidissement par eau qui prolongera les expériences de fusion et améliorera le transformateur qui évacuera la chaleur haute performance. Les mises à niveau permettront la prochaine étape de l’enquête des chercheurs de W7-X sur la faisabilité d’étoiles améliorées en tant que plans de centrales électriques.


Le concept Wendelstein 7-X prouve son efficacité


Plus d’information:
CD Beidler et al, Présentation de la réduction néoclassique du transfert d’énergie dans Wendelstein 7-X, tempérer la nature (2021). doi: 10.1038/s41586-021-03687-w

la citation: Physicist Helps Confirm Big Advance Star Performance in Fusion Energy (2021, 30 août) Extrait le 30 août 2021 de https://phys.org/news/2021-08-physicist-major-advance-stellarator-fusion .html

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