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Le Compact Advanced Tokamak (CAT) est une solution potentiellement économique pour la production d’énergie de fusion qui tire parti des progrès de la simulation et de la technologie. Crédit : Image reproduite avec l’aimable autorisation de General Atomics. Graphique tokamak modifié de F. Najmabadi et al., The ARIES-AT advanced tokamak, Advanced technology fusion power plant, Fusion Engineering Design, 80, 3-23 (2006).
Les centrales électriques à fusion utilisent des champs magnétiques pour contenir une boule de gaz porteur de courant (appelée plasma). Cela crée un soleil miniature qui génère de l’énergie par fusion nucléaire. Le concept Compact Advanced Tokamak (CAT) utilise des modèles physiques de pointe pour potentiellement améliorer la production d’énergie de fusion. Les modèles montrent qu’en façonnant soigneusement le plasma et la distribution du courant dans le plasma, les opérateurs d’usine de fusion peuvent supprimer les tourbillons turbulents dans le plasma. Ces tourbillons peuvent provoquer des pertes de chaleur. Cela permettra aux opérateurs d’atteindre des pressions plus élevées et une puissance de fusion avec un courant plus faible. Cette avancée pourrait aider à atteindre un état où le plasma se maintient et entraîne la majeure partie de son propre courant.
Dans cette approche des réacteurs tokamak, les performances améliorées à un courant de plasma réduit réduisent les contraintes et les charges thermiques. Cela atténue certains des défis d’ingénierie et de matériaux auxquels sont confrontés les concepteurs d’usines de fusion. Une pression plus élevée augmente également un effet où le mouvement des particules dans le plasma génère naturellement le courant requis. Cela réduit considérablement le besoin de systèmes d’entraînement de courant coûteux qui sapent la puissance électrique potentielle d’une centrale de fusion. Il permet également une configuration stationnaire « always-on ». Cette approche conduit à des centrales qui subissent moins de stress pendant le fonctionnement que les approches pulsées typiques de l’énergie de fusion, permettant des centrales plus petites et moins chères.
Au cours de l’année écoulée, le comité consultatif sur les sciences de l’énergie de fusion du ministère de l’Énergie (DOE) et les académies nationales des sciences, de l’ingénierie et de la médecine ont publié des feuilles de route appelant au développement agressif de l’énergie de fusion aux États-Unis. Les chercheurs pensent que pour atteindre cet objectif, il faut développer des approches plus efficaces et économiques pour créer de l’énergie de fusion qu’il n’en existe actuellement. L’approche utilisée pour créer le concept CAT a développé de nouvelles simulations de réacteurs qui tirent parti des dernières connaissances physiques du plasma pour améliorer les performances. Les chercheurs ont combiné une théorie de pointe validée à l’installation de fusion nationale DIII-D avec des calculs de pointe utilisant le supercalculateur Cori du Centre national de calcul scientifique de la recherche énergétique. Ces simulations ont identifié une voie vers un concept permettant une configuration plus performante et largement autonome qui retient l’énergie plus efficacement que les configurations pulsées typiques, ce qui lui permet d’être construite à une échelle et à un coût réduits.
Référence : « The advanced tokamak path to a compact net electric fusion pilot plant » par RJ Buttery, JM Park, JT McClenaghan, D. Weisberg, J. Canik, J. Ferron, A. Garofalo, CT Holcomb, J. Leuer, PB Snyder et l’équipe du projet Atom, 19 mars 2021, La fusion nucléaire.
DOI : 10.1088 / 1741-4326 / abe4af
Ce travail a été soutenu par le Department of Energy Office of Science, Office of Fusion Energy Sciences, basé sur le DIII-D National Fusion Facility, une installation utilisateur du DOE Office of Science et le projet AToM Scientific Discovery through Advanced Computing.
