Les expériences menées au tokamak supraconducteur avancé expérimental de la Chine ont confirmé l 'existence d'une « région sans densité » du tokamak, en trouvant une méthode pour dépasser la limite de densité et en fournissant des preuves physiques importantes du fonctionnement à haute densité des dispositifs de fusion à confinement magnétique.
Le tokamak EST ( Image : Hefei Institutes of Physical Science)
Un dispositif de tokamak est un dispositif toroïdal qui utilise un confinement magnétique pour réaliser une fusion nucléaire contrôlée, ressemblant à une " piste magnétique" en spirale qui se verrouille dans un plasma à haute température pour réaliser une fusion nucléaire. La densité du plasma est l 'un des paramètres clés de la performance du tokamak, affectant directement la vitesse de réaction de fusion. Dans le passé, les chercheurs ont découvert qu 'il existe une limite à la densité du plasma, appelée limite de densité de Greenwald ; Une fois cette limite atteinte, le plasma se brise et échappe au confinement du champ magnétique, libérant une énergie énorme dans la paroi interne du dispositif, affectant la sécurité de fonctionnement. Grâce à des recherches à long terme, la communauté internationale de la fusion a découvert que le processus physique déclenchant la limite de densité se produit dans la région limite entre le plasma et la paroi interne du dispositif, mais le mécanisme physique sous-jacent n 'est pas entièrement compris.
Une équipe de l 'Institut de physique du plasma de l'Académie chinoise des sciences ( ASIPP) à Hefei, dans la province d'Anhui, a développé un modèle théorique d'auto-organisation de l'interaction plasma-paroi ( PWSO), découvrant le rôle crucial du rayonnement limite dans le déclenchement de la limite de densité et révélant le mécanisme de déclenchement de la limite de densité. Utilisant l 'environnement de fonctionnement à paroi entièrement métallique du tokamak supraconducteur expérimental avancé ( EAST) - connu sous le nom de " soleil artificiel" - ils ont réduit la pulvérisation d'impuretés aux limites en utilisant des méthodes telles que le chauffage par résonance cyclotron électronique et le démarrage synergique préchargé, retardant activement l'apparition de la limite de densité et la rupture du plasma.
En contrôlant les conditions physiques de la plaque cible, ils ont réduit la pulvérisation physique dominée par les impuretés de tungstène, contrôlant le plasma pour dépasser la limite de densité et le guidant dans une nouvelle région sans densité. L 'équipe a indiqué que les résultats expérimentaux concordent fortement avec les prédictions théoriques du PWSO, confirmant pour la première fois l'existence d'une région sans densité dans un tokamak. Ce travail innovant fournit des indices importants pour comprendre la limite de densité et offre des preuves physiques cruciales pour le fonctionnement du tokamak à haute densité.
Dans les expériences, EAST a obtenu une densité électronique moyenne sur les raies de l 'ordre de 1,3 à 1,65 limite de densité de Greenwald.
"Ces résultats démontrent le potentiel d 'un schéma pratique pour augmenter substantiellement la limite de densité dans les tokamaks, ce qui est également pertinent pour le démarrage du stellarator .. Le dépassement de la limite de densité de Greenwald et l 'accès réussi au régime sans densité tel que démontré dans ce travail ouvre une voie prometteuse vers la réalisation de la condition d'allumage par fusion ", ont déclaré les chercheurs.
Ce travail, dont les résultats ont été publiés dans Science Advances, est le fruit d 'une collaboration entre l'Institut de Physique du Plasma, l'Université des Sciences et Technologies de Huazhong et l'Université d'Aix-Marseille, et a été soutenu par le Projet National de Fusion par Confinement Magnétique. L 'achèvement de ces travaux a bénéficié de la plate-forme expérimentale de mur entièrement métallique d'EAST et de son mécanisme ouvert de collaboration pour la coordination des propositions. Les mesures diagnostiques précises de la densité, de la température, du rayonnement et des impuretés mises au point par le dispositif EAST ces dernières années, ainsi que la méthode efficace de chauffage par résonance cyclotronique électronique, ont fourni un appui technique important pour les travaux dans ce domaine.
Depuis sa mise en service en 2006, EAST est une plate-forme d 'essai ouverte permettant aux scientifiques chinois et internationaux de mener des expériences et des recherches liées à la fusion.
