Des recherches confirment l’importance de la symétrie dans les expériences de fusion avant allumage

Des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont confirmé rétrospectivement que l’asymétrie d’implosion était un aspect majeur des expériences de fusion avant de parvenir à l’allumage pour la première fois au National Ignition Facility (NIF) du laboratoire, le laser le plus énergétique au monde.

Les résultats ont été récemment détaillé dans un Nature Communications L’étude a été co-dirigée par Joe Ralph, Steven Ross et Alex Zylstra, physiciens de recherche en fusion par confinement inertiel (ICF) du LLNL, ancien responsable de la campagne ICF Hybrid-E.

En 2021, les expériences de combustion indirecte de plasma par ICF ont permis d’atteindre un état de plasma brûlant avec des rendements en neutrons dépassant 170 kJ, soit environ trois fois le record de 2019 et une étape nécessaire pour allumer les plasmas. Les résultats ont été obtenus malgré de multiples sources de dégradations, notamment des asymétries, qui ont entraîné une grande variabilité des performances. Cette étape a été cruciale pour parvenir à l’allumage le 5 décembre 2022, a déclaré Ralph.

Selon Ralph, l’importance de la symétrie dans les expériences ICF est comparable à celle d’essayer de piloter un avion avec une aile gauche lourde. Le poids relatif de l’aile n’a pas beaucoup d’importance lorsque vous êtes encore au sol, mais il fait une grande différence lorsque vous essayez de décoller. Obtenir un plasma brûlant, c’est comme décoller.

« Atteindre un état de plasma brûlant a été un moment crucial pour nous », a déclaré Ralph. « Cela a validé des années de travail théorique et expérimental et a fourni une base solide pour les avancées futures. »

Pour la première fois, l’article présente un facteur de dégradation empirique pour l’asymétrie de mode 2 dans le régime de plasma brûlant, en plus des dégradations précédemment déterminées du mélange radiatif et de l’asymétrie de mode 1. L’analyse démontre que l’intégration de ces trois dégradations dans l’échelle théorique du rendement de fusion développée en 2017-2018 explique la variabilité des performances de fusion mesurées dans les deux campagnes expérimentales les plus performantes sur le NIF, à une marge d’erreur près.

« Dans nos expériences de fusion, il est crucial d’obtenir une symétrie », explique Ralph. « Si le plasma n’est pas comprimé de manière uniforme, l’énergie n’est pas efficacement contenue et les performances en pâtissent. En comprenant et en corrigeant ces asymétries, nous pouvons garantir que les conditions sont idéales pour l’allumage, un peu comme lorsque l’on s’assure que son avion est correctement équilibré avant de décoller. »

L’article met en évidence la manière dont l’équipe a quantifié la sensibilité des performances à l’asymétrie du mode 2 dans le régime de plasma brûlant et a appliqué les résultats, sous la forme d’un facteur de dégradation empirique, à un modèle de performance de fusion 1D. De plus, l’équipe a déterminé, grâce à une série de simulations hydrodynamiques de rayonnement 2D intégrées, que la sensibilité au mode 2 était cohérente avec la sensibilité déterminée expérimentalement uniquement en incluant le chauffage alpha.

« En isolant et en quantifiant la dégradation du mode 2, nous avons pu affiner nos modèles et améliorer la précision de nos prévisions », a déclaré Ralph. « Ces résultats soulignent l’importance d’affiner et de comprendre en permanence les variables qui influent sur les performances de la fusion. En identifiant et en prenant en compte ces facteurs de dégradation, nous avons pu mieux évaluer les performances de nos expériences et prendre des décisions plus éclairées. Il s’agit d’une étape importante vers l’allumage. »

Plus d’information:
JE Ralph et al, L’impact de la symétrie à faible mode sur la production d’énergie de fusion inertielle dans l’état de plasma en combustion, Nature Communications (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-47302-8

Fourni par le Laboratoire national Lawrence Livermore

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