Dans le plasma d’un dispositif de fusion, un fort gradient de température des ions ralentit la croissance des îlots magnétiques

Les futures centrales à fusion nécessiteront un bon confinement du plasma pour entretenir les réactions et générer de l’énergie. Une façon de contenir le plasma pour les réactions de fusion consiste à utiliser un tokamak, un dispositif qui applique des champs magnétiques au plasma en « bouteille ». Cependant, les îlots magnétiques, un type d’instabilité dans le plasma, peuvent détruire le champ magnétique de confinement s’ils deviennent suffisamment grands.

Les chercheurs de l’installation nationale de fusion DIII-D ont découvert que contrairement au profil de température électronique aplati, le profil de température des ions présentait un changement abrupt d’une île à l’autre. L’étude est publié dans la revue Lettres d’examen physique.

Les îlots magnétiques sont des instabilités du plasma qui peuvent se développer jusqu’à entraîner une perte de confinement, et cette libération soudaine d’énergie peut endommager la paroi interne d’un tokamak. On sait que le profil de température électronique s’aplatit au sein des îles, ce changement favorisant la croissance des îles, mais la température des ions n’a jamais été mesurée dans une île.

Les travaux récents sur le tokamak de l’installation nationale de fusion DIII-D ont permis de réaliser la première mesure de ce paramètre. Les résultats indiquent que la température des ions présente un gradient abrupt au centre des îlots magnétiques.

Pour comprendre ce gradient, une équipe internationale de chercheurs a réalisé une série de simulations. Le changement brutal de température des ions a été expliqué par des simulations réduites du mode de déchirement néoclassique (NTM) à dérive-cinétique. Les chercheurs ont découvert qu’au sein d’une île, les ions forment des structures « d’îles à la dérive » qui se déplacent de l’île, rétablissant ainsi la température des ions. Ces résultats seront utilisés dans un modèle physique de déstabilisation des îles et contribueront à contraindre le modèle d’apparition des îles magnétiques Drift-Kinetic, qui fournira des informations clés pour la conception d’ITER et des centrales à fusion.

Cette recherche sur les îlots magnétiques donne un aperçu de la manière dont les îlots affectent la stabilité du plasma. Les chercheurs s’attendent à voir des îles suffisamment grandes pour provoquer une perte de confinement dans les dispositifs tokomak tels qu’ITER, l’expérience internationale actuellement en construction en France, et les futures centrales à fusion. Les chercheurs ont donc besoin d’une modélisation et d’une prévision précises de la déstabilisation provoquée par les îles.

Cette compréhension aidera les chercheurs à développer des conditions de fonctionnement des dispositifs à fusion qui évitent les îles. Cela contribuera également à améliorer la modélisation du plasma et la conception des futurs dispositifs.