Un nouveau scénario de fonctionnement du plasma Super I Mode a été découvert et démontré sur l’Experiment Advanced Superconducting Tokamak (EAST). Le nouveau mécanisme à haut confinement et auto-organisé représente la fiabilité et l’avancement de la machine elle-même, mais offre également des informations sur la manière de mieux maintenir le plasma et sa stabilité de fonctionnement.
L’équipe de l’Institute of Plasma Physics, Hefei Institutes of Physical Science, CAS a rapporté ses découvertes dans un article récent publié dans Avancées scientifiques.
La découverte passionnante a été faite au cours de la campagne EAST l’année dernière au cours de laquelle un plasma stationnaire avec une longueur d’impulsion record du monde de 1056 s a été réalisé.
Les scientifiques ont été surpris de constater que par rapport au mode I initialement observé sur d’autres appareils à fusion, ce nouveau mode avait encore amélioré de manière encore plus spectaculaire le confinement de l’énergie, il a donc été appelé mode Super I.
Le nouveau mode a attiré l’attention des scientifiques en raison de ses fonctionnalités intéressantes. Il a démontré un confinement d’énergie beaucoup plus élevé que le mode I et était comparable au mode H. Pendant les performances plasma élevées à long terme, la charge thermique sur les composants exposés au plasma à haute température était modérée en raison de l’absence de grands modes localisés sur les bords.
Après analyse des données, les scientifiques ont compris les raisons du confinement énergétique considérablement amélioré.
« Nous avons maintenu la barrière de transport interne des électrons au centre du plasma », a expliqué le Dr Zhang Bin, un opérateur de l’équipe EAST, « qui a travaillé avec le mode I au bord, puis l’énergie a été fortement confinée. »
En plus d’un confinement d’énergie amélioré, le mode Super I présente également des avantages par rapport à d’autres scénarios, tels qu’aucune accumulation centrale d’impuretés métalliques au cœur, le flux de particules sur le divertor est resté extrêmement stable et des interactions plasma-paroi stationnaires silencieuses et soutenues. Globalement, il pourrait devenir le scénario de fonctionnement de base d’ITER, le plus grand tokamak du monde.
Une plateforme expérimentale avancée et ouverte
La fusion est le processus de fusion de deux atomes d’hydrogène pour former un atome d’hélium tout en libérant une grande quantité d’énergie, à travers laquelle le soleil et les étoiles sont alimentés.
Les scientifiques de la fusion qui tentent de reproduire la puissance du soleil sur Terre veulent que la réaction de fusion se produise de manière bien contrôlée. Ils espèrent qu’éventuellement la société pourra être alimentée d’une manière totalement nouvelle mais beaucoup plus efficace et verte.
Les scientifiques du monde entier explorent ce problème de différentes manières depuis des décennies. Des dizaines de machines de recherche sur la fusion ont été conçues, construites et exploitées en conséquence.
EAST est l’une de ces plates-formes expérimentales qui a été construite dans le but de résoudre les problèmes technologiques et physiques clés des opérations à impulsions longues. Il prend le Tokamak comme voie technologique et applique une configuration magnétique comme ITER qui est à ce jour l’une des collaborations scientifiques internationales les plus étendues, impliquant 35 pays et s’étendant sur 35 ans.
Depuis sa première sortie en 2006, EAST a deux séries de campagnes chaque année. Des milliers d’expériences ont été menées indépendamment par son groupe interne ou collectivement avec la communauté internationale de la fusion.
L’année dernière, la machine a atteint une température plasma de 120 millions de degrés Celsius pendant 101 secondes en mai. Peu de temps après, il a embrassé son cent millième tir, suivi d’un record de 1 056 s pour le plasma tokamak à haute température à la fin de la même année.
Stimulés par la durée record de l’opération plasma, les scientifiques se sont immédiatement plongés dans l’analyse des données. Ils voulaient en savoir plus sur « l’histoire derrière le disque », a déclaré le professeur Qian Jinping, chef adjoint de la division des expériences sur le tokamak. « Nous étions tous enthousiasmés par le record. C’était à coup sûr une étape importante pour notre machine. Mais je pense que ce que l’expérience nous inspire valait mieux que nous nous y attendions », a ajouté Qian.
En tant que plate-forme expérimentale avancée, la machine joue un rôle essentiel dans l’exploration de la physique, de la technologie et de l’ingénierie de la fusion. Plus tôt cette année, EAST et ses collaborateurs internationaux ont prouvé expérimentalement, pour la première fois, le courant entraîné par la turbulence, via des données observées obtenues lors de la dernière expérience et des simulations ultérieures.
« La machine permet de témoigner des idées, d’observer des phénomènes physiques, puis d’analyser les données pour savoir pourquoi », a déclaré Qian, expliquant comment une plate-forme expérimentale avancée facilite la recherche « à chaque pas en avant ».
Plus d’information:
Yuntao Song et al, Réalisation d’un plasma de confinement amélioré mille secondes avec Super I-Mode dans Tokamak EAST, Avancées scientifiques (2023). DOI : 10.1126/sciadv.abq5273. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq5273