Des scientifiques développent un nouvel outil pour concevoir de meilleurs dispositifs de fusion –

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  • Une façon dont les scientifiques cherchent à amener sur Terre le processus de fusion qui alimente le soleil et les étoiles est de piéger du gaz plasma chaud et chargé dans un dispositif à bobine magnétique torsadée en forme de cruller de petit-déjeuner. Mais l’appareil, appelé stellarator, doit être conçu avec précision pour empêcher la chaleur de s’échapper du cœur de plasma où elle alimente les réactions de fusion. Désormais, des chercheurs du laboratoire de physique des plasmas (PPPL) de Princeton du département américain de l’énergie (DOE) ont démontré qu’un code informatique avancé pourrait aider à concevoir des stellarators qui confinent plus efficacement la chaleur essentielle.

    Le code, appelé XGC-S, ouvre de nouvelles portes dans la recherche sur les stellaires. «Le principal résultat de notre recherche est que nous pouvons utiliser le code pour simuler le comportement du plasma à la fois précoce, linéaire et turbulent chez les stellarateurs», a déclaré le physicien PPPL Michael Cole, auteur principal de l’article rapportant les résultats dans Physique des plasmas. “Cela signifie que nous pouvons commencer à déterminer quelle forme de stellarateur contient le mieux la chaleur et maintient le plus efficacement les conditions de fusion.”

    La fusion combine des éléments légers sous forme de plasma – l’état chaud et chargé de la matière composée d’électrons libres et de noyaux atomiques – et génère des quantités massives d’énergie dans le soleil et les étoiles. Les scientifiques visent à reproduire la fusion dans des appareils sur Terre pour un approvisionnement pratiquement inépuisable d’énergie sûre et propre pour produire de l’électricité.

    Les scientifiques du PPPL ont simulé le comportement du plasma à l’intérieur de machines de fusion qui ressemblent à un beignet mais avec des pincements et des déformations qui rendent l’appareil plus efficace, une sorte de forme dite quasi-axisymétrique. Les chercheurs ont utilisé une version mise à jour de XGC, un code de pointe développé au PPPL pour modéliser la turbulence dans les installations de fusion en forme d’anneau appelées tokamaks, qui ont une géométrie plus simple. Les modifications apportées par Cole et ses collègues ont permis au nouveau code XGC-S de modéliser également les plasmas dans les stellarateurs géométriquement plus complexes.

    Les simulations ont montré qu’un type de perturbation limité à une petite zone peut devenir complexe et s’étendre pour remplir un espace plus grand à l’intérieur du plasma. Les résultats ont montré que le XGC-S pouvait simuler ce type de plasma stellarateur plus précisément que ce qui était auparavant possible.

    «Je pense que c’est le début d’un développement vraiment important dans l’étude de la turbulence chez les stellarators», a déclaré David Gates, chef du département des projets avancés chez PPPL. “Cela ouvre une grande fenêtre pour obtenir de nouveaux résultats.”

    Les résultats démontrent la modification réussie du code XGC pour simuler la turbulence dans les stellarators. Le code peut calculer la turbulence dans les stellarateurs depuis le cœur du plasma jusqu’au bord, fournissant une image plus complète du comportement du plasma.

    “La turbulence est l’un des principaux mécanismes provoquant la fuite de chaleur des plasmas de fusion”, a déclaré Cole. «Comme les stellarators peuvent être construits dans une plus grande variété de formes que les tokamaks, nous pourrions être en mesure de trouver des formes qui contrôlent mieux la turbulence que les tokamaks. Les rechercher en construisant de nombreuses expériences de grande envergure coûte trop cher, nous avons donc besoin de grandes simulations pour eux virtuellement. “

    Les chercheurs prévoient de modifier davantage le XGC-S pour produire une vision encore plus claire de la façon dont la turbulence provoque des fuites de chaleur. Plus une image est complète, plus les scientifiques se rapprochent de la simulation des expériences de stellarateurs dans le domaine virtuel. “Une fois que vous avez un code précis et un ordinateur puissant, il est facile de changer la conception du stellarator que vous simulez”, a déclaré Cole.

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par DOE / Laboratoire de physique des plasmas de Princeton. Original écrit par Raphael Rosen. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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