Dans un plasma en combustion, le maintien des ions à haute énergie produits par la fusion est essentiel pour générer de l’énergie. Il existe de grandes quantités d’ondes électromagnétiques dans ces plasmas de fusion qui peuvent extraire les ions à haute énergie du plasma. Cela réduit l’échauffement du plasma par les produits de réaction de fusion et met fin à l’état de combustion du plasma. De nouvelles observations de l'installation nationale de fusion DIII-D fournissent des informations importantes sur les ions de haute énergie dans les plasmas de fusion, qui sont essentiels au développement de centrales électriques à fusion et à la compréhension des plasmas spatiaux, avec des implications pour la technologie des satellites.
Des mesures récentes effectuées à l'installation nationale de fusion DIII-D fournissent les premières observations directes du mouvement spatial et énergétique des ions de haute énergie dans un tokamak. Les chercheurs ont combiné ces mesures avec des modèles informatiques avancés d’ondes électromagnétiques et de leurs interactions avec les ions énergétiques. Ces résultats approfondissent notre compréhension de l’interaction entre les ondes de plasma et les ions de haute énergie dans les plasmas de fusion.
La physique des plasmas et la recherche sur la fusion passent des installations expérimentales aux conceptions de centrales électriques de démonstration. Pour réussir cette transition, les chercheurs ont besoin de simulations précises et d’autres outils pour prédire les performances des conceptions de centrales électriques. La plupart des installations actuelles ne sont pas en mesure de générer du plasma de combustion. Cependant, les chercheurs comprennent une grande partie de la physique pertinente et développent des outils de simulation pour reproduire le comportement expérimental observé.
La présente étude fournit de nouvelles mesures des courants ioniques de haute énergie dans le tokamak DIII-D. Cela accélérera le développement de modèles capables de prendre en compte la dynamique de toutes les interactions onde-ion pertinentes. L’ingénierie spatiale des phases peut également être appliquée après une compréhension plus approfondie. Les chercheurs peuvent utiliser ce processus pour concevoir de nouveaux plasmas de fusion basés sur des interactions idéales prédites entre les ondes et les ions. Notamment, ces interactions peuvent également endommager les satellites, cette recherche pourrait donc contribuer à améliorer la fiabilité des satellites.
Des chercheurs de l'installation nationale de fusion DIII-D, une installation utilisatrice du ministère de l'Énergie, ont effectué les premières mesures à l'aide d'un nouveau système de diagnostic, l'analyseur de particules neutres par imagerie (INPA), pour observer le flux d'ions à haute énergie dans un tokamak. Après des années de conception, de conception et de construction, l'INPA a désormais la capacité d'observer ce comportement pour la première fois.
Une fois que des ions à haute énergie sont injectés dans le tokamak par un faisceau neutre, ils interagissent avec les ondes électromagnétiques du plasma et circulent avec l'énergie et la position dans le tokamak. Les simulations reproduisaient le comportement observé, démontrant l’exactitude du modèle des premiers principes dans la description de la physique sous-jacente. Améliorer notre compréhension de ces interactions onde-particule a des implications importantes à la fois pour la conception de centrales nucléaires à fusion et pour la compréhension du comportement des plasmas observés dans l’espace.
L'INPA mesure l'énergie des ions de haute énergie injectés par un faisceau neutre qui est supérieure à l'énergie du plasma de fond depuis le cœur du plasma chaud jusqu'au bord du plasma froid. Ces expériences, combinées à des simulations avancées de calcul haute performance qui simulent le spectre électromagnétique et les interactions avec les ions énergétiques, fournissent la compréhension la plus détaillée de l'interaction entre les ondes de plasma et les ions énergétiques dans les plasmas de fusion.
Cette meilleure compréhension permet également aux chercheurs d’appliquer l’ingénierie de l’espace des phases, c’est-à-dire la conception de nouveaux schémas de plasma de fusion basés sur des interactions idéales prédites entre les ondes et les ions. Ces types d’interactions se produisent dans l’espace. Par exemple, les ondes électromagnétiques cyclotroniques ioniques (EMIC) font circuler les électrons à travers l’espace et l’énergie.
Dans certains cas, les électrons sont accélérés, provoquant un dysfonctionnement des satellites. Une compréhension plus approfondie du processus d'interaction de résonance onde-particule grâce à la recherche sur le plasma de fusion aidera à simuler le plasma spatial, améliorant ainsi la fiabilité des futures missions satellitaires.
Source compilée : ScitechDaily