Après une remise en service réussie à l’automne 2022, l’expérience de fusion nucléaire de Greifswald a dépassé un objectif important. En 2023, un chiffre d’affaires énergétique de 1 gigajoule était visé. Maintenant, les chercheurs ont même atteint 1,3 gigajoules et un nouveau record de temps de décharge sur Wendelstein 7-X : le plasma chaud pourrait être maintenu pendant huit minutes.
Au cours des travaux de finition de trois ans qui se sont terminés l’été dernier, Wendelstein 7-X a été principalement équipé d’un système de refroidissement par eau pour les éléments muraux et d’un système de chauffage amélioré. Ce dernier peut désormais coupler deux fois plus de puissance dans le plasma qu’auparavant. Depuis lors, l’expérience de fusion nucléaire peut être exploitée dans de nouvelles gammes de paramètres.
« Nous explorons maintenant notre chemin vers des valeurs d’énergie toujours plus élevées », a expliqué le professeur Thomas Klinger, chef de la division Stellarator Transport and Dynamics à l’Institut Max Planck de physique des plasmas (IPP) à Greifswald. « Ce faisant, nous devons procéder étape par étape afin de ne pas surcharger et endommager l’installation. »
Le 15 février 2023, les chercheurs ont franchi une nouvelle étape : pour la première fois, ils ont pu réaliser un chiffre d’affaires énergétique de 1,3 gigajoules dans cet appareil. C’était 17 fois plus que la meilleure valeur atteinte avant la conversion (75 mégajoules). Le renouvellement d’énergie résulte de la puissance de chauffe couplée multipliée par la durée de la décharge. Ce n’est que s’il est possible de coupler de grandes quantités d’énergie en continu dans le plasma et d’évacuer également la chaleur résultante qu’un fonctionnement de centrale électrique est possible.
La décharge de plasma a duré huit minutes
Des chicanes de dérivation particulièrement résistantes à la chaleur sont utilisées pour dissiper les flux de chaleur les plus importants au Wendelstein 7-X. Ils font partie de la paroi intérieure, qui est désormais refroidie par un système de 6,8 kilomètres de conduites d’eau depuis la réalisation du dispositif. Aucune autre installation de fusion au monde ne possède actuellement une paroi interne aussi complètement refroidie.
Le chauffage plasma se compose de trois éléments : le chauffage ionique nouvellement installé, le chauffage par injection de particules neutres et le chauffage électronique par micro-ondes. Pour le record actuel, le système de chauffage par micro-ondes électroniques était particulièrement important car il délivre de grandes quantités d’énergie sur des périodes de plusieurs minutes.
Le chiffre d’affaires énergétique de 1,3 gigajoule a été atteint avec une puissance de chauffage moyenne de 2,7 mégawatts, la décharge ayant duré 480 secondes. C’est aussi un nouveau record pour Wendelstein 7-X et l’une des meilleures valeurs mondiales. Avant les travaux de parachèvement, Wendelstein 7-X a atteint des durées maximales de plasma de 100 secondes à une puissance de chauffage beaucoup plus faible.
D’ici quelques années, il est prévu d’augmenter le chiffre d’affaires énergétique de Wendelstein 7-X à 18 gigajoules, le plasma étant ensuite maintenu stable pendant une demi-heure.
Crédit : Société Max Planck
Contexte de la fusion nucléaire
L’objectif de la recherche sur la fusion est de développer une centrale électrique respectueuse du climat et de l’environnement. Semblable au soleil, il consiste à générer de l’énergie à partir de la fusion de noyaux atomiques. L’Institut Max Planck de physique des plasmas poursuit la voie de la fusion magnétique. Étant donné que le feu de fusion ne s’enflamme qu’à des températures supérieures à 100 millions de degrés, le combustible – un mince plasma d’hydrogène – ne doit pas entrer en contact avec les parois froides de la cuve.
Tenu par des champs magnétiques, il flotte presque sans contact à l’intérieur d’une chambre à vide. La cage magnétique de Wendelstein 7-X est constituée d’un anneau de 50 bobines magnétiques supraconductrices. Il s’agit d’une installation de type stellarator dans laquelle les formes particulières des bobines sont le résultat de calculs d’optimisation sophistiqués. Grâce à ces bobines, la qualité du confinement du plasma dans un stellarator devrait atteindre le niveau des installations concurrentes de type tokamak.