Schéma du stellarator Wendelstein 7-X. Crédit : Institut Max Planck de physique des écrans LCD
Les Stellarators, des dispositifs à aimants permanents sinueux qui tentent d’exploiter sur Terre l’énergie de fusion qui alimentera le soleil et les étoiles, ont longtemps joué le rôle de second plan par rapport aux installations en forme de beignet plus largement utilisées, appelées tokamaks. Le compliqué tordu stellarateur les aimants ont été difficiles à concevoir et ont permis auparavant une plus grande infiltration de la très haute température due aux réponses de fusion.
Aujourd’hui, des chercheurs de l’Institut Max Planck de physique des écrans plats (IPP) travaillent en collaboration avec des scientifiques dont les Oughout. S. Département associé au laboratoire de physique des plasmas de Princeton de l’énergie (DOE) ( PPPL ), ont démontré que le dispositif Wendelstein 7-X (W7-X) de Greifswald, en Allemagne, le plus grand et le plus avancé des stellarateurs au monde, est efficace pour confiner la chaleur qui atteint des températures deux fois plus élevées que le primaire du soleil .
Indicateur clé
Un dispositif de diagnostic appelé XICS, principalement conçu, construit et exploité par le physicien PPPL Novimir Pablant en collaboration avec le physicien IPP Andreas Langenberg, est un indicateur important d’une réduction accrue d’une sorte de perte de chaleur connue sous le nom de “transport néoclassique” qui a historiquement plus élevé dans les stellarators classiques que dans les tokamaks. Évoquant le transport gênant, il y a généralement des collisions fréquentes qui feront sortir les contaminants chauffés de leurs orbites alors qu’ils tourbillonnent à travers les contours du champ magnétique qui les confinent tous. Les dérives au sein des orbites des particules contribuent au transport.
Le physicien PPPL Novimir Pablant avec simulation informatique des bobines à aimant permanent W7-X et écran plat. Crédit : Photo associée à Pablant et collection par Elle Starkman/Office of Communications. Simulation de PC avec l’aimable autorisation d’IPP
Les dernier rapport sur W7-X entraîne La nature le magazine confirme les réalisations des efforts associés aux concepteurs pour former les aimants stellarator complexes afin de réduire le transport néoclassique. Le premier auteur du document était le physicien Craig Beidler de la division Théorie de l’IPP. “C’est une information vraiment passionnante pour la fusion, cette conception a été rentable”, a déclaré Pablant, co-auteur avec Langenberg des articles. « Cela implique clairement que ce type d’optimisation peut être réalisé. ”
Jesse Gates, chef de la division des projets avancés de PPPL qui supervisera les travaux du laboratoire sur les stellarateurs, semblait très enthousiasmé. « Cela a été très excitant pour nous, chez PPPL et tous les autres Oughout. S. les organisations collaboratrices, pour faire partie de ce test vraiment passionnant », a déclaré Gates. « Le travail de Novi continue d’être au centre du travail acharné de cette équipe expérimentale unique. Je suis très heureux que nos collègues allemands aient si soigneusement permis notre implication. ”
Puissance sans carbone
La fusion particulière que les chercheurs cherchent à produire comprend des éléments légers sous forme de plasma – l’état chaud et chargé de la matière composée d’électrons libres et de noyaux atomiques, ou même d’ions, qui représente 99% de l’univers visible – pour générer des masses massives. niveaux d’énergie. La production d’une fusion gérée sur Terre pourrait créer un approvisionnement pratiquement infini d’énergie sûre, parfaitement propre et sans carbone pour générer de l’électricité pour l’humanité et servir de facteur majeur à la transition loin des combustibles fossiles.
Le physicien IPP Andreas Langenberg, restant, et le physicien PPPL Novimir Pablant avant l’installation du diagnostic XICS sur le W7-X. Crédit : Photo simplement par Scott Massida
Les Stellarators, construits pour la première fois dans les années 1950 sous le fondateur de PPPL Lyman Spitzer, peuvent fonctionner dans un état stable avec peu de danger de la plasma perturbations auxquelles les tokamaks sont confrontés. Cependant, leur propre complexité et leur bon confinement en température relativement faible les ont retenus. Un objectif important de la conception améliorée de W7-X, qui a généralement produit son plasma initial en 2015, a été de démontrer la pertinence particulière d’un stellarator amélioré en tant que source ultime de puissance de fusion.
Les résultats acquis par le XICS montrent des températures d’ions chauds qui n’auraient pas déjà pu être atteintes sans une réduction drastique des transports néoclassiques. Ces mesures avaient également été effectuées par le diagnostic CXRS particulier construit et exploité simplement par IPP, qui étaient considérés comme un peu plus précis mais ne pouvaient pas être effectués dans la plupart des conditions. Les profils de températures finaux dans le rapport Character ont été obtenus à partir de CXRS et soutenus par des mesures avec XICS dans des plasmas comparables.
“Extrêmement précieux”
“Sans le XICS particulier, nous n’aurions peut-être pas découvert cela [good confinement] programme », a déclaré Robert Wolf, chef de la division chauffage et exploitation de W7-X et co-auteur du document. « Nous avions besoin de la mesure de la chaleur ionique facilement disponible et cela s’est avéré extrêmement précieux. ”
Les chercheurs ont effectué un test de réflexion pour vérifier la partie que l’optimisation a jouée dans les résultats du confinement. L’expérience a découvert que dans un stellarator non optimisé, un grand transport néoclassique aurait produit les températures élevées documentées sur W7-X pour cette force de chauffage donnée impossible. “Cela a démontré que la forme optimisée de W7-X réduisait le transport néoclassique particulier et était nécessaire pour les performances particulières observées dans les expériences W7-X”, a déclaré Pablant. « C’était évidemment une façon de montrer que l’optimisation a été essentielle. ”
Les résultats marquent une étape vers la mise en place de stellarateurs conformes à la conception W7-X afin de conduire à un réacteur à fusion utile, a-t-il ajouté. « Mais diminuer les transports néoclassiques n’est pas la seule chose à faire. Tout un tas d’objectifs supplémentaires qui doivent être montrés, y compris le fonctionnement régulier et la réduction du transport turbulent. « Produire un transport violent sont des vagues et des tourbillons qui traverseront l’écran plat en tant que deuxième source principale de réduction de la chaleur.
Le W7-X rouvrira d’ici 2022 après une mise à niveau de trois ans pour installer le système de refroidissement par eau qui allongera les tests de fusion et un divertor amélioré qui évacuera la chaleur haut de gamme. Les améliorations permettront à la prochaine phase de l’enquête simplement par les chercheurs W7-X de la valeur des stellarators améliorés pour devenir des plans pour la vie de la centrale électrique.
Le soutien à ce travail provient du programme particulier de recherche et de formation Euratom et du DOE Office of Technology.
