Que se passe-t-il dans le réacteur à fusion ITER ?

Que se passe-t-il dans le réacteur à fusion ITER
Que se passe-t-il dans le réacteur de fusion ITER - La densité de tungstène (W) modélisée entre les ELM (a) et après un ELM (b) montre un bon blindage de W autour du plasma ITER parmi les ELM et une augmentation de l'intensité de W après un ELM. (La modélisation a été réalisée par l'UKAEA dans le cadre de l'accord de travail sur la fusion pour l'énergie avec l'organisation ITER).

Des recherches récentes dans JET tokaka soutiennent à la fois la technique de gestion des impuretés du projet et la physique sous-jacente du transport du tungstène à la périphérie des plasmas producteurs de fusion dans ITER. Il est essentiel de maintenir des plasmas exempts d'impuretés dans l'ITER pour générer efficacement de l'énergie de fusion. Les atomes pénétrant dans le plasma à travers la paroi des dispositifs de fusion sont appelés "impuretés". Du fait du rayonnement qu'ils émettent, leur présence dilue les combustibles de fusion deutérium et tritium, et refroidit également le plasma (lumière visible, ultraviolette et rayons X). Les deux variables réduisent la puissance de fusion, de sorte que les contaminants dans le plasma doivent être contrôlés à des niveaux extrêmement bas.

C'est particulièrement vrai pour le tungstène (W), qui est utilisé pour construire les parties de la paroi d'ITER qui reçoivent les flux de puissance les plus élevés. Un plasma ITER à gain de fusion élevé doit contenir moins de 0.005 % de tungstène.

Il y a une dizaine d'années, des travaux approfondis ont été entrepris pour imiter la façon dont les atomes de tungstène érodés des parois d'ITER pénètrent dans le plasma de fusion. Ces expériences sont les premières à utiliser méthodiquement ITER en utilisant les mêmes modèles qui peuvent imiter le comportement du tungstène dans les tokamaks actuellement utilisés.

Les découvertes à l'époque étaient inattendues : les propriétés du plasma de bord d'ITER sont extrêmement efficaces pour séparer le plasma de fusion des atomes de tungstène provenant de la paroi - un comportement jamais observé auparavant.

Ce comportement positif du tungstène a été pris en compte dans la formulation du programme scientifique ITER car ces prédictions ont été faites sur la base de la physique du solide ; cependant, les preuves expérimentales de ce comportement restent non confirmées. La physique derrière la recherche originale a été examinée plus en détail et il a été découvert que ce comportement spécifique à ITER avait un effet secondaire moins souhaitable - les instabilités de bord connues sous le nom d'ELM introduiraient en fait des contaminants dans le plasma. Contrairement aux tokamaks contemporains, qui utilisent ces instabilités pour éliminer les contaminants du plasma, ce n'est pas le cas.

Cela a nécessité une réécriture de la méthode de contrôle ELM initialement envisagée pour ITER. La nouvelle approche est basée sur la suppression de ces instabilités de bord dès que possible pendant l'exécution du plan de recherche ITER, en particulier avant une application à haute puissance nécessitant le fonctionnement du déflecteur radiatif. Grâce à cette approche, ITER pourra bénéficier du blindage en tungstène amélioré prédit par la physique tout en évitant les effets néfastes des ELM dans ces conditions de plasma.

Bien que la création du scénario ITER et l'obtention d'excellentes performances de fusion avec une faible concentration de tungstène dans le plasma dépendaient de ce comportement physique des plasmas, aucune preuve expérimentale n'a jamais été apportée. Maintenant, la situation est différente. Les scientifiques travaillant sur JET ont récemment réussi à reproduire ce comportement du tungstène semblable à celui d'ITER, comme décrit dans un article* publié dans Nuclear Fusion en décembre. L'obtention de paramètres plasma environnementaux au JET comparables à ceux d'ITER et le développement d'outils d'analyse sophistiqués pour prédire quantitativement le comportement du tungstène à partir des mesures résultantes étaient des conditions préalables à la démonstration détaillée dans la publication.

Ces résultats expérimentaux apportent un soutien important à la méthode de gestion des impuretés du tungstène choisie dans le plan de recherche ITER, ainsi qu'à la physique soutenant le transport du tungstène à la périphérie des plasmas producteurs de fusion dans ITER.

Source : iter.org/newsline/-/3832

 

Günceleme: 25/01/2023 15:25

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