Les chercheurs conçoivent des aimants plus simples pour les installations sinueuses qui pourraient conduire à une opération de fusion en régime permanent

Les physiciens Caoxiang Zhu, à gauche, et Nicola Lonigro avec des images générées par ordinateur d’aimants utilisés pour confiner le plasma dans des installations de fusion appelées stellarators. Crédit : Kiran Sudarsanan / Bureau des communications PPPL

Exploiter la puissance qui fait briller le soleil et les étoiles pourrait être facilité par de puissants aimants aux formes plus droites qu’auparavant. Des chercheurs liés au Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du Département américain de l’énergie (DOE) ont trouvé un moyen de créer de tels aimants pour les installations de fusion appelées stellarators.

Ces installations ont des bobines magnétiques torsadées complexes, par rapport aux bobines droites de haut en bas dans les installations de tokamak plus largement utilisées, et peuvent produire des réactions de fusion sans risque de perturbations auxquelles les tokamaks sont confrontés. Cet avantage fait des stellarators un candidat pour servir de modèle à une usine pilote de fusion de nouvelle génération.

Désormais, en ajoutant des sections relativement droites aux bobines du stellarator, les chercheurs pourraient à la fois réduire le coût de fabrication et faciliter l’installation d’ouvertures qui permettraient aux techniciens de réparer l’intérieur de l’appareil. Les deux innovations pourraient aider au développement d’une centrale électrique stellaire, reproduisant la fusion sur Terre pour un approvisionnement pratiquement inépuisable en énergie pour produire de l’électricité sans produire de gaz à effet de serre ou de déchets radioactifs à longue durée de vie.

“À l’avenir, les gens devront remplacer les composants des stellarators à mesure qu’ils s’usent, ce qui nécessite de grandes ouvertures entre les bobines des aimants”, a déclaré le physicien Caoxiang Zhu, auteur de l’article rapportant les résultats dans La fusion nucléaire qui a terminé la recherche lorsqu’il faisait partie du personnel de PPPL. Il fait maintenant partie du personnel de l’Université des sciences et technologies de Chine. “Mais il est difficile d’avoir de grandes ouvertures dans les stellarators parce que les bobines électromagnétiques zigzaguent et zag et sont vraiment complexes.” Mais en utilisant une technique mathématique connue sous le nom de “représentation spline”, Zhu et les autres collaborateurs ont pu concevoir des aimants avec des sections plus droites qu’auparavant tout en créant des champs magnétiques qui peuvent confiner le plasma. Ces sections droites pourraient fournir de bons emplacements pour les fenêtres.

Inventés par l’astrophysicien Lyman Spitzer, premier directeur du PPPL, les stellarators sont des concepts d’installations de fusion qui utilisent des aimants de grande puissance pour créer des champs magnétiques entrelacés qui confinent le plasma, le gaz chaud composé d’électrons et de noyaux atomiques nus. Les stellarators ont des avantages par rapport aux tokamaks, des dispositifs en forme de beignet qui sont actuellement le concept d’installation de fusion le plus populaire au monde, mais leurs aimants incroyablement compliqués ont rendu la conception et la construction difficiles.

Zhu et les chercheurs ont ajouté la capacité spline au code informatique FOCUS de Zhu. Pour tester le concept, l’équipe a conçu des aimants pouvant s’adapter à l’expérience Helically Symmetric eXperiment (HSX), un stellarator de l’Université du Wisconsin-Madison.

Le code mis à jour a montré que les chercheurs pouvaient créer des aimants plus droits qu’auparavant tout en préservant leur force et leur précision. “En principe, vous pouvez toujours fabriquer des bobines plus droites, mais le compromis est que leurs champs magnétiques pourraient ne pas confiner le plasma aussi bien que ceux produits par des bobines plus sinueuses”, a déclaré Nicola Lonigro, étudiante au DOE’s Science Undergraduate Laboratory Internship (SULI ) programme au moment de la recherche, auteur principal de l’article, et maintenant titulaire d’un doctorat. candidat à l’Université de York en Grande-Bretagne. “Mais nos recherches ont montré que vous pouviez créer une bobine plus simple avec des sections plus droites qui donne la même forme et la même force de champ magnétique que les bobines conventionnelles.”

La création d’aimants plus simples pourrait aider au développement d’une centrale électrique à fusion stellarator. “À long terme, ce travail est une contribution à l’effort plus large visant à rendre les stellarators commercialement viables”, a déclaré Lonigro.


Une percée rapproche un dispositif d’énergie de fusion de la réalisation


Plus d’information:
Nicola Lonigro et al, conception de la bobine Stellarator utilisant des cannelures cubiques pour un meilleur accès du côté extérieur, La fusion nucléaire (2021). DOI : 10.1088 / 1741-4326 / ac2ff3

Fourni par le laboratoire de physique des plasmas de Princeton

Citation: Des chercheurs conçoivent des aimants plus simples pour des installations sinueuses qui pourraient conduire à une opération de fusion en régime permanent (2022, 28 avril) récupéré le 28 avril 2022 sur https://phys.org/news/2022-04-simpler-magnets-twisty-facilities- stationnaire.html

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