Les premiers résultats d’un appareil amélioré mettent en évidence la valeur du lithium pour la production de fusion

Les premiers résultats d'un appareil amélioré mettent en évidence la valeur du lithium pour la production de fusion

Les premiers résultats d'un appareil amélioré mettent en évidence la valeur du lithium pour la production de fusion

L’équipe qui a amélioré le LTX-β. Première rangée de gauche à droite: Shigeyuki Kubota, Dylan Corl, Guy Rossi, Anurag Maan (derrière Rossi). Deuxième rangée à partir de la gauche: Filippo Scotti, Dennis Boyle, Drew Elliott, Dick Majeski, Tom Kozub, Paul Hughes, Ron Bell (derrière Hughes), Kristopher Gilton. Troisième rangée à partir de la gauche: John Armeli, Vsevolod Soukhanovskii, Fredy Rabanales, Enrique Merino, Peter Sloboda. Crédit: Elle Starkman / Bureau des communications de PPPL

Le lithium, le métal argenté qui alimente les téléphones intelligents et aide à traiter les troubles bipolaires, pourrait également jouer un rôle important dans l’effort mondial pour récolter sur Terre l’énergie de fusion sûre, propre et pratiquement illimitée qui alimente le soleil et les étoiles. Les premiers résultats de l’expérience Bêta (LTX-β) du Lithium Tokamak (LTX-β) du Département américain de l’Énergie (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), démontrent que les améliorations majeures fonctionnent comme prévu et améliorent les performances du plasma qui alimentera les futurs réacteurs de fusion.


Plus pertinent pour la fusion

La mise à niveau de trois ans a transformé ce qui est maintenant le LTX-β en un appareil plus chaud, plus dense et plus pertinent pour la fusion qui testera dans quelle mesure le revêtement de toutes les parois faisant face au plasma avec du lithium liquide peut améliorer le confinement et augmenter la température du plasma. «Nous avons atteint bon nombre de nos objectifs d’ingénierie initiaux», a déclaré le physicien Drew Elliott du Oak Ridge National Laboratory, un collaborateur majeur du LTX-β. Elliott, en affectation à long terme à PPPL, a été l’auteur principal du premier article sur les résultats publié dans Transactions IEEE en science du plasma.

Les réactions de fusion combinent des éléments légers sous forme de plasma – l’état de la matière composé d’électrons libres et de noyaux atomiques qui composent 99% de l’univers visible – pour libérer d’énormes quantités d’énergie. Les physiciens du monde entier cherchent à dupliquer et à contrôler les réactions de fusion pour créer une énergie sans carbone et sans limite pour produire de l’électricité.

Les principales caractéristiques du LTX-β, une version plus petite des installations de tokamak magnétiques en forme d’anneau largement utilisées qui hébergent des réactions de fusion, comprennent les facteurs suivants: Un puissant injecteur de faisceau neutre pour chauffer et alimenter le plasma; un champ magnétique presque doublé par rapport à l’appareil précédent; et un double système d’évaporation pour recouvrir entièrement le lithium liquide sur toutes les surfaces faisant face au plasma.

Prédictions correspondantes

Le fonctionnement du faisceau correspondait bien aux prédictions de la fraction de puissance qu’il déposerait dans le plasma, plutôt que de simplement le traverser. «Nous cherchons à augmenter le dépôt de puissance vers 100% afin que toute la puissance que nous injectons aille dans le plasma», a déclaré Elliott, qui a dirigé l’optimisation du faisceau neutre, qui est basé sur une technologie pionnière à ORNL dans les années 1970. « Ce sera une grande poussée scientifique, dans les futures campagnes. »

Les améliorations substantielles visent à tester si le LTX-β peut améliorer les performances du plasma au-delà des réalisations notables de son prédécesseur. Celles-ci incluent la démonstration de températures qui restent constantes, ou plates, depuis le cœur chaud du plasma jusqu’au bord extérieur normalement froid.

Ces profils de température sans gradient, les premiers jamais vus dans une installation de fusion magnétique dans le dispositif précédent, découlent de la capacité du lithium à retenir les particules parasites qui fuient du cœur du plasma et à les empêcher de recycler et de refroidir le bord. et le noyau du plasma. Le maintien du bord chaud augmente le volume de plasma disponible pour la fusion et la production de température plate empêche les instabilités qui réduisent le confinement du plasma de se développer.

Objectifs de la mise à niveau

«Les objectifs de la mise à niveau sont de déterminer si des murs en lithium à très faible recyclage peuvent améliorer le confinement du plasma dans un tokamak avec chauffage par faisceau neutre», a déclaré Dick Majeski, chercheur principal pour LTX-β. «Si LTX-β réussit, nous pouvons passer à des expériences sur le lithium liquide dans le cadre de l’expérience nationale de mise à niveau des tores sphériques [NSTX-U], « l’expérience de fusion phare au PPPL.

L’exécution initiale du LTX-β a démontré des améliorations qui comprenaient les éléments suivants:

  • Augmentation de l’alimentation et de la densité du plasma, objectifs majeurs de l’injecteur à faisceau neutre;
  • Augmentation du dépôt de lithium liquide sur plus de 90% des parois internes du LTX-β;
  • Des décharges de plasma plus longues, ou impulsions, rendues possibles par le champ magnétique renforcé; et
  • Courant de plasma plus élevé – un élément critique qui provoque la spirale du champ magnétique, ce qui est nécessaire pour confiner le plasma.

De nouveaux diagnostics plasma ont également été installés dans la mise à niveau, qui caractériseront davantage le régime d’exploitation élargi de l’installation. Et il reste à mettre en service des diagnostics avancés qui mesureront le profil précis de plusieurs paramètres du plasma.

« L’ajout du faisceau neutre augmente la puissance d’entrée du plasma d’un ordre de grandeur et a le potentiel de créer un régime de plasma pertinent pour la fusion avec des performances améliorées », a déclaré Phil Efthimion, chef du département Plasma Science & Technology de PPPL, qui comprend le LTX-β. « Dick Majeski et toute l’équipe LTX-β devraient être félicités pour avoir achevé cette mise à niveau agressive dans le respect du budget et du calendrier.

Experts à travers les États-Unis

La mise à niveau a été tirée d’experts à travers les États-Unis, y compris la collaboration de PPPL, ORNL, de l’Université de Princeton, de l’Université de Californie, Los Angeles (UCLA) et de l’Université du Tennessee, Knoxville, et fournit un outil important pour la recherche sur la fusion.

«ORNL et PPPL sont partenaires dans la science et la technologie de la fusion depuis de nombreuses années, et cela perpétue cette union solide», a déclaré Mickey Wade, directeur de la division Énergie de fusion d’ORNL. « LTX-β permettra à la communauté de la fusion de creuser plus profondément dans la promesse du lithium et ce qu’il pourrait débloquer en permettant une énergie de fusion pratique. »

Majeski a de grands projets à venir. «À l’avenir, nous aimerions augmenter la longueur d’impulsion du faisceau neutre pour fournir une période plus longue de chauffage et d’alimentation du plasma», a-t-il déclaré. « Le faisceau ajoute beaucoup de flexibilité à l’expérience, et nous voulons profiter des nouvelles capacités. »


Machine réglée pour voir si le lithium peut aider à amener la fusion sur Terre


Plus d’information:
Drew Elliott et al, Premiers résultats du LTX-β nouvellement amélioré, Transactions IEEE sur la science du plasma (2020). DOI: 10.1109 / TPS.2020.2983854

Fourni par le laboratoire de physique des plasmas de Princeton

Citation: Les premiers résultats d’un appareil amélioré mettent en évidence la valeur du lithium pour la production de fusion (29 juillet 2020) récupéré le 29 juillet 2020 sur https://phys.org/news/2020-07-results-device-highlight-lithium-fusion.html

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