Dompter l'Enfer du Soleil : Contrôler la Chaleur du Plasma de Fusion à 100 Millions de Degrés

Des chercheurs de l'Université de Kyoto ont développé un modèle pour prédire et contrôler les températures de rotation des molécules d'hydrogène dans les réacteurs à fusion. Cette découverte aide à refroidir le plasma et à optimiser les performances des dispositifs de fusion, offrant des perspectives pour de futures avancées dans la génération d'énergie par fusion.

Une équipe internationale de chercheurs a découvert une méthode pour prédire et contrôler les températures de rotation des molécules d'hydrogène dans les réacteurs à fusion.

Les humains ne pourront peut-être jamais apprivoiser le Soleil, mais le plasma d'hydrogène - qui constitue la majeure partie de l'intérieur du Soleil - peut être confiné dans un champ magnétique dans le cadre de la génération d'énergie par fusion : avec une condition préalable.

Les plasmas extrêmement chauds, généralement jusqu'à 100 millions de degrés Celsius, confinés dans les tokamaks - des réacteurs à fusion en forme de donut - endommagent les parois de confinement de ces méga-dispositifs. Les chercheurs injectent de l'hydrogène et des gaz inertes près de la paroi du dispositif pour refroidir le plasma par rayonnement et recombinaison, qui est l'inverse de l'ionisation. L'atténuation de la charge thermique est essentielle pour prolonger la durée de vie des futurs dispositifs à fusion.

Comprendre et prédire le processus de températures vibratoires et rotationnelles des molécules d'hydrogène près des parois pourrait améliorer la recombinaison, mais des stratégies efficaces sont restées insaisissables.

Les températures de rotation des molécules d'hydrogène désorbées de la surface en contact avec le plasma ont été mesurées dans trois tokamaks différents ; les augmentations de température dues à des processus collisionnels-radiatifs dans les plasmas ont également été évaluées. Crédit : KyotoU Global Comms/Taiichi Shikama

Une équipe internationale de chercheurs dirigée par l'Université de Kyoto a récemment découvert un moyen d'expliquer les températures de rotation mesurées dans trois dispositifs expérimentaux de fusion au Japon et aux États-Unis. Leur modèle évalue les interactions de surface et les collisions électron-proton des molécules d'hydrogène.

"Dans notre modèle, nous avons ciblé l'évaluation des températures de rotation dans les niveaux d'énergie bas, ce qui nous a permis d'expliquer les mesures de plusieurs dispositifs expérimentaux", ajoute l'auteur correspondant Nao Yoneda de la Graduate School of Engineering de KyotoU.

En permettant la prédiction et le contrôle de la température de rotation près de la surface de la paroi, l'équipe a pu dissiper le flux de chaleur du plasma et optimiser les conditions de fonctionnement des dispositifs.

"Nous devons encore comprendre les mécanismes des excitations d'hydrogène rotationnel-vibrationnel", réfléchit Yoneda, "mais nous avons été satisfaits de constater que la polyvalence de notre modèle nous a également permis de reproduire les températures de rotation mesurées rapportées dans la littérature."