Des physiciens russes de l'Institut physicotechnique A. F. Ioffe de Saint-Pétersbourg ont décrit des processus ioniques de transfert de chaleur dans un tokamak sphérique. Les résultats de l'étude, qui rapproche les scientifiques de la résolution du problème de la fusion thermonucléaire, sont publiés dans la revue Plasma Physics and Controlled Fusion.
Si les scientifiques réussissent à réaliser l'idée de fusion thermonucléaire contrôlée, l'humanité recevra une source d'énergie presque inépuisable. Les centrales à fusion sont reconnues comme sûres et respectueuses de l'environnement: comparées aux centrales nucléaires, elles ne subissent pas de réactions explosives et, contrairement à la combustion d'hydrocarbures, il n'y a pas d'émissions de dioxyde de carbone et d'oxydes d'azote qui contribuent au réchauffement climatique et polluent l'environnement. De plus, les neutrons issus de la fusion thermonucléaire peuvent détruire les déchets radioactifs des centrales nucléaires.
Des expériences de fusion thermonucléaire sont menées partout dans le monde dans des installations spéciales - des tokamaks, à l'intérieur desquels un gaz d'éléments légers - hydrogène, deutérium et tritium - est chauffé à une température de 100 millions de degrés, ce qui permet de former un plasma - un gaz de particules chargées: ions et électrons. Les ions plasma chauffés entrent en collision les uns avec les autres de la même manière que cela se produit à l'intérieur du Soleil. Dans ce cas, des noyaux d'hélium se forment et des neutrons sont libérés, et l'énergie neutronique, qui dépasse le coût de chauffage du plasma, peut être utilisée dans l'industrie et l'ingénierie électrique.
La tâche principale des physiciens est d'apprendre à conserver le plasma à l'intérieur des installations thermonucléaires en utilisant un champ magnétique puissant pendant une période relativement longue. Et pour cela, vous devez non seulement savoir quels processus se déroulent dans ce plasma, mais aussi avoir leur description mathématique afin de pouvoir les contrôler. De plus, la connaissance des processus ioniques dans le plasma est nécessaire pour la conception de grandes installations telles que le réacteur thermonucléaire expérimental international ITER.
L'Institut Physicotechnique AF Ioffe dispose d'une installation thermonucléaire expérimentale unique - le tokamak sphérique Globus-M, conçu pour étudier le comportement du plasma en laboratoire, et non en mode réacteur.
Le personnel de l'Institut a étudié et décrit le processus d'échange de chaleur ionique dans le plasma du tokamak Globus-M. Ce travail a été soutenu par une subvention du programme présidentiel de projets de recherche de la Fondation scientifique russe (RSF).
«Nous avons confirmé que les particularités des processus physiques dans le plasma du tokamak sphérique Globus-M empêchent l'apparition de pertes de chaleur supplémentaires à travers le canal ionique dues à la turbulence du plasma. Cela signifie qu'une installation de ce type est une bonne base pour créer une source compacte de neutrons thermonucléaires », a cité le chef de la recherche, candidat aux sciences physiques et mathématiques Gleb Kurskiev dans le communiqué de presse de la Russian Science Foundation.
Plus le chauffage du plasma est bon, plus la fusion est efficace, ce qui nécessite un champ magnétique puissant et un courant électrique traversant le plasma. Au contraire, la turbulence des ions plasma interfère avec un chauffage efficace: au lieu de collisions utiles, les ions dévient et sortent du plasma, ce qui viole son isolation thermique. Dans leurs travaux, les scientifiques ont évalué le degré de transfert de chaleur dans le tokamak sphérique Globus-M.
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«Le modèle expérimentalement éprouvé pour le calcul des paramètres de chauffage plasma nous permettra de concevoir une source compacte de neutrons à haute énergie pouvant être utilisée pour la fission de noyaux lourds. De l'énergie peut également être obtenue dans le processus. Nos recherches accéléreront considérablement le développement et la mise en œuvre de systèmes nucléaires plus efficaces utilisant à la fois des processus de fusion et de fission », explique Gleb Kurskiyev.
Les recherches des scientifiques complètent les connaissances fondamentales acquises lors d'expériences sur des installations européennes et américaines similaires. En combinant les résultats des expériences, il sera possible à l'avenir de concevoir un dispositif plus avancé pour les réactions de fusion nucléaire, disent les scientifiques.
