L’un des objectifs d’optimisation les plus importants sous-tendant le dispositif de fusion nucléaire Wendelstein 7-X à l’Institut Max-Planck de physique des plasmas (IPP) à Greifswald a maintenant été confirmé. Selon une analyse des scientifiques de l’IPP dans la revue Nature. Dans la cage magnétique optimisée, la perte d’énergie du plasma est réduite de manière idéale. Wendelstein 7-X est conçu pour démontrer que les lacunes des premiers instruments stellaires peuvent être surmontées et que les dispositifs de type instrument stellaire conviennent à une utilisation dans les centrales nucléaires.
L’instrument stellaire optimisé Wendelstein 7-X a été mis en service il y a cinq ans pour démontrer l’adéquation d’un dispositif de fusion nucléaire de type instrument stellaire pour les centrales nucléaires. Le champ magnétique qui enferme le plasma chaud et le maintient à l’écart des parois du vaisseau a été planifié grâce à un énorme effort théorique et informatique pour éviter les lacunes des premiers instruments stellaires. L’un des objectifs les plus importants est de réduire la perte d’énergie du plasma, qui est causée par les ondulations du champ magnétique. C’est ce qui fait que les particules de plasma dérivent vers l’extérieur et se perdent, même si elles sont liées aux lignes de champ magnétique.
Contrairement aux appareils concurrents de type tokamak, cette perte d’énergie et de particules dite “néoclassique” n’est pas un problème majeur, mais c’est une sérieuse faiblesse des instruments stellaires classiques. Elle fait augmenter les pertes d’autant plus que la température du plasma s’élève qu’une centrale électrique conçue sur cette base serait très volumineuse et donc très coûteuse.
Dans un tokamak, en revanche, en raison de sa forme symétrique, il y a très peu de pertes dues aux ondulations du champ magnétique. Ici, les pertes d’énergie sont principalement déterminées par de petits mouvements tourbillonnaires et la turbulence dans le plasma, qui est également un canal de perte dans les stellaromètres. Par conséquent, afin de rattraper les propriétés bien contraintes du tokamak, la réduction de la perte néoclassique est une tâche importante pour l’optimisation des instruments stellaires. Par conséquent, le champ magnétique de Wendelstein 7-X est conçu pour minimiser ces pertes.
Dans une analyse détaillée des résultats expérimentaux de Wendelstein 7-X, des scientifiques dirigés par le Dr Craig Beidler du département de théorie des instruments stellaires de l’IPP ont maintenant étudié si cette optimisation a conduit à l’effet souhaité (documentation DOI 10.1038/s41586-021 -03687-w ). En utilisant les dispositifs de chauffage disponibles à ce jour, Wendelstein 7-X a été en mesure de générer du plasma à haute température et d’établir un record mondial d’instruments stellaires pour les “produits de fusion” à haute température. Le produit de cette température, de la densité du plasma et du temps de confinement de l’énergie indique à quel point il est proche de brûler le plasma.
Les scientifiques ont maintenant effectué une analyse détaillée d’un tel plasma enregistré. A des températures plasma élevées et de faibles pertes de turbulence, l’importance des pertes dans le bilan énergétique est ici bien perceptible : elles représentent 30% de la puissance de chauffage, une part considérable du bilan énergétique.
Maintenant, une expérience de pensée peut montrer l’effet de l’optimisation énergétique de Wendelstein 7-X. On suppose que les mêmes valeurs et profils de plasma qui ont conduit aux résultats record de Wendelstein 7-X pourraient également être obtenus dans des usines avec des champs magnétiques mal optimisés. Les pertes d’énergie attendues dans de telles conditions ont alors été calculées, et les résultats étaient clairs : elles seraient supérieures à la puissance de chauffage absorbée, ce qui est physiquement impossible. Ceci suggère que les profils de plasma observés dans Wendelstein 7-X ne sont concevables que dans des champs magnétiques avec des pertes plus faibles. Ceci, à son tour, prouve que l’optimisation du champ magnétique de Wendelstein réussit à réduire les pertes.
Cependant, jusqu’à présent, le temps de décharge du plasma a été court. Pour tester les performances du concept Wendelstein en fonctionnement continu, un revêtement mural refroidi à l’eau est en cours d’installation. Avec cette configuration, les chercheurs atteindront progressivement un plasma de 30 minutes. Ensuite, il sera possible de vérifier si le Wendelstein 7-X peut également atteindre ses objectifs d’optimisation en fonctionnement continu.
