Créer une puissance de fusion efficace et autonome nécessite un bon confinement de la chaleur dans le plasma. Le confinement du plasma est limité par les pertes de particules et d’énergie dues à la turbulence. Une nouvelle analyse a utilisé un supercalculateur puissant pour étudier cette turbulence.
L’étude a examiné l’interaction complexe entre le mouvement lent à grande échelle des ions d’hydrogène et le mouvement rapide à petite échelle des électrons. Il a découvert que cette soi-disant « turbulence multi-échelle » est principalement responsable des pertes de chaleur dans la région périphérique des expériences de tokamak dans les conditions requises pour un réacteur de fusion optimisé.
L’article est publié dans la revue Physique des plasmas et fusion contrôlée.
Les simulations précédentes se sont concentrées sur la turbulence entraînée par le mouvement à grande échelle des ions de carburant hydrogène. Les progrès récents de l’informatique ont permis de nouvelles simulations qui peuvent coupler les échelles spatiales et temporelles des ions hydrogène aux échelles spatiales plus petites et aux échelles de temps plus rapides des électrons beaucoup plus légers. Les ions hydrogène sont 1800 fois plus lourds que les électrons.
Dans cette étude, à l’aide de l’un des ordinateurs les plus puissants au monde, le supercalculateur Summit de l’Oak Ridge Leadership Computing Facility, une installation utilisateur du ministère de l’Énergie, les scientifiques ont effectué les premières simulations de la turbulence du plasma au bord des tokamaks qui capturent le multi Interaction ion-électron à l’échelle. L’équipe comprenait des chercheurs de General Atomics et de l’Université de Californie à San Diego. Les simulations prédisent avec précision les déperditions thermiques mesurées expérimentalement dans le tokamak DIII-D. Les résultats révèlent que la turbulence à de petites échelles d’électrons peut devenir le principal moteur de la perte de chaleur dans le bord du tokamak.
La turbulence du plasma peut limiter les performances des réacteurs de fusion. Les chercheurs savent que la région périphérique du plasma du tokamak joue un rôle clé dans la définition du confinement énergétique global. Les nouvelles simulations de supercalculateur fournissent des prédictions indispensables de la turbulence de bord. Cela aidera les chercheurs en sciences de la fusion à concevoir des réacteurs de fusion de nouvelle génération comme ITER avec des performances de fusion optimales.
Plus d’information:
EA Belli et al, Transition spectrale de la turbulence multi-échelle dans le piédestal du tokamak, Physique des plasmas et fusion contrôlée (2022). DOI : 10.1088/1361-6587/aca9fa