Cameron Merritt
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Note de l'éditeur: Cette histoire a été mise à jour à 13 h 35. E.T.
De mystérieuses "ondes sifflantes" fantomatiques, normalement créées par la foudre, pourraient protéger les réacteurs de fusion nucléaire des électrons fugitifs, selon une nouvelle recherche..
Ces ondes sifflantes se trouvent naturellement au-dessus du sol dans l'ionosphère - une couche de l'atmosphère terrestre à environ 50 à 600 miles (80 et 1000 kilomètres) au-dessus de la surface de la planète. Ces ondes sifflantes fantomatiques se forment lorsque les éclairs génèrent des impulsions d'ondes électromagnétiques qui se déplacent entre les hémisphères nord et sud. Ces ondes changent de fréquence lorsqu'elles traversent le globe, et lorsque ces signaux lumineux sont convertis en signaux audio, ils sonnent comme des sifflets.
Maintenant, ces ondes de sifflement ont été découvertes dans le plasma chaud à l'intérieur d'un tokamak - la machine en forme de beignet où se déroulent les réactions de fusion nucléaire - selon une étude récente publiée le 11 avril dans la revue Physical Review Letters.
Parce que les sifflets peuvent disperser et gêner les électrons à grande vitesse, ils pourraient fournir une nouvelle façon d'empêcher les électrons emballés d'endommager l'intérieur d'un tokamak..
Puissance de fusion
Dans les réactions de fusion nucléaire, qui alimentent le soleil et les étoiles, les atomes s'entrechoquent, fusionnant en atomes plus gros tout en libérant de l'énergie. Pendant des décennies, les chercheurs tentent d'exploiter l'énergie de fusion sur Terre, en utilisant de puissants champs magnétiques à l'intérieur des tokamaks pour corral des nuages de plasma chaud en forme de beignet - une phase étrange de la matière constituée de gaz électriquement chargé..
À l'intérieur du tokamak, les champs électriques peuvent propulser des électrons de plus en plus vite. Mais comme ces électrons à grande vitesse traversent le plasma, ils ne peuvent pas ralentir. Normalement, les objets se déplaçant à travers un gaz ou un liquide ressentent une force de traînée qui augmente avec la vitesse. Plus vous conduisez votre voiture vite, par exemple, plus vous rencontrez de résistance au vent. Mais dans le plasma, la force de traînée diminue avec la vitesse, permettant aux électrons d'accélérer à une vitesse proche de la lumière, endommageant le tokamak.
Les chercheurs disposent déjà de quelques techniques pour atténuer les fuites, a déclaré Don Spong, physicien au Oak Ridge National Laboratory dans le Tennessee et co-auteur de la nouvelle étude. Ils peuvent utiliser des algorithmes d'intelligence artificielle pour surveiller et ajuster la densité du plasma afin d'empêcher les électrons d'accélérer trop rapidement. S'il y a encore des fugueurs, ils peuvent injecter des pastilles de néon congelé dans le plasma, ce qui augmente la densité du plasma et ralentit les électrons emballés..
Mais les ondes de sifflement pourraient être encore un autre moyen de contenir les électrons en fuite. "Nous voulons idéalement éviter les perturbations et les fugues", a déclaré Spong. "Mais s'ils se produisent, nous aimerions disposer de plusieurs outils pour y faire face."
Arrêter les fugueurs
Dans le tokamak du DIII-D National Fusion Facility à San Diego, l'équipe de recherche de Spong a détecté, pour la première fois, des ondes sifflantes produites par des électrons emballés..
Le plasma, a-t-il expliqué, est comme un morceau de Jell-O avec de nombreux modes de vibration. Si certains électrons emballés ont juste la bonne vitesse, ils excitent l'un de ces modes et déclenchent des ondes sifflantes - de la même manière que conduire une vieille voiture à la bonne vitesse peut faire vibrer le tableau de bord..
«Ce que nous aimerions faire, c'est procéder à une ingénierie inverse de ce processus et placer ces ondes à l'extérieur [du plasma] pour disperser les fugueurs», a déclaré Spong.
En comprenant mieux comment les fugueurs créent des sifflets, les chercheurs espèrent pouvoir inverser le processus - en utilisant une antenne externe pour générer des sifflets qui peuvent disperser les électrons et les empêcher d'aller trop vite..
Les chercheurs doivent encore explorer davantage la relation entre les fugueurs et les siffleurs, a déclaré Spong, par exemple, en identifiant les fréquences et les longueurs d'onde les plus efficaces pour inhiber les fugueurs et en étudiant ce qui se passe dans le plasma plus dense nécessaire aux réacteurs à fusion..
Bien sûr, la suppression des électrons emballés n'est qu'un obstacle à la création d'énergie propre à partir de la fusion nucléaire. À l'heure actuelle, les réacteurs à fusion nécessitent plus d'énergie pour chauffer le plasma que ce qui est produit par la fusion. Pour atteindre le seuil de rentabilité, les chercheurs doivent encore trouver comment faire en sorte que le plasma reste chaud sans avoir à ajouter de chaleur.
Mais Spong est optimiste quant à l'énergie de fusion. "Je suis convaincu que c'est réalisable."
En 2025, le projet ITER dans le sud de la France devrait démarrer des expérimentations. et les scientifiques espèrent que ce sera la première machine à fusion à produire plus d'énergie que celle utilisée pour chauffer le plasma. Plusieurs groupes se sont fixé comme objectif d'atteindre une énergie de fusion positive nette d'ici 2050. Et une nouvelle collaboration entre le MIT et une société appelée Commonwealth Fusion Systems a annoncé que les partenaires espèrent mettre la fusion nucléaire sur le réseau dans 15 ans..
Note de l'éditeur: Cette histoire a été mise à jour pour noter que les signaux lumineux, plutôt que les fréquences lumineuses, sont convertis en signaux audio.