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Des aimants plus petits et plus puissants pourraient améliorer les dispositifs qui exploitent la puissance de la fusion soleil-étoile

Des chercheurs du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du Département américain de l’énergie (DOE) ont trouvé un moyen de construire de puissants aimants plus petits qu’auparavant, aidant à concevoir et à construire des machines qui pourraient aider le scientifique à exploiter la puissance du Soleil pour produire de l’électricité. sans produire les gaz à effet de serre qui contribuent au changement climatique.

Les scientifiques ont trouvé un moyen de construire des aimants supraconducteurs à haute température constitués d’un matériau qui conduit l’électricité avec peu ou pas de résistance à des températures plus élevées qu’auparavant. Ces aimants puissants pourraient s’intégrer plus facilement dans l’espace étroit d’un tokamak sphérique, qui est plus en forme de pomme ciselée que la forme en forme de beignet des tokamaks conventionnels, et est exploré comme une conception potentielle pour les futures usines de fusion d’énergie.

Parce que les aimants peuvent être positionnés loin des autres machines dans la cavité centrale d’un tokamak sphérique pour collecter le plasma chaud qui alimente les réactions de fusion, les chercheurs peuvent le réparer sans avoir à démonter quoi que ce soit d’autre. Yuhu Chai, ingénieur principal chez PPPL et auteur principal d’un article annonçant les résultats à Transactions IEEE sur la supraconductivité appliquée. « La seule façon de le faire est d’utiliser des fils supraconducteurs, et c’est ce que nous avons fait. »

La fusion, la force qui anime le soleil et les étoiles, combine les éléments de la lumière sous forme de plasma – l’état chaud et chargé de la matière composé d’électrons libres et d’un noyau atomique – qui génère d’énormes quantités d’énergie. Les scientifiques cherchent à reproduire la fusion sur Terre pour fournir un approvisionnement presque inépuisable en énergie sûre et propre pour la production d’électricité.

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Les aimants supraconducteurs à haute température présentent de nombreux avantages par rapport aux aimants en cuivre. Ils peuvent fonctionner plus longtemps que les aimants en cuivre car ils ne chauffent pas aussi rapidement, ce qui les rend mieux adaptés à une utilisation dans les futures centrales à fusion qui doivent fonctionner pendant des mois d’affilée. Les fils supraconducteurs sont également puissants, capables de transmettre la même quantité de courant électrique que des fils de cuivre plusieurs fois plus larges tout en produisant un champ magnétique plus fort.

Les aimants pourraient également aider les scientifiques à continuer à réduire la taille du tokamak, à améliorer les performances et à réduire les coûts de construction. « Le tokamak est sensible aux conditions dans ses régions centrales, y compris la taille de l’aimant central, ou du solénoïde, du bouclier et de la décharge du vaisseau », a déclaré John Maynard, directeur adjoint de la recherche au PPPL. « Cela dépend beaucoup du centre. Donc, si vous pouvez couper les choses au milieu, vous pouvez réduire l’ensemble de la machine et réduire les coûts tout en améliorant théoriquement les performances. »

Ces nouveaux aimants bénéficient de la technologie perfectionnée par Zhai et des chercheurs d’Advanced Conductor Technologies, de l’Université du Colorado, à Boulder, et du National High Magnetic Field Laboratory, à Tallahassee, en Floride. Cette technologie signifie que les fils n’ont pas besoin d’isolation traditionnelle en époxy et en fibre de verre pour assurer la circulation de l’électricité. Tout en simplifiant la construction, cette technologie réduit également les coûts. « Les coûts d’enroulement des bobines sont beaucoup plus bas car nous n’avons pas à passer par le processus d’imprégnation époxy coûteux et sujet aux erreurs », a déclaré Chai. « Au lieu de cela, vous enroulez le conducteur directement dans la forme de la bobine. »

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De plus, « les aimants supraconducteurs à haute température peuvent aider à la conception d’un tokamak sphérique car la densité de courant plus élevée et les bobines plus petites offrent plus d’espace pour la structure de support qui aide l’appareil à résister aux champs magnétiques élevés, améliorant ainsi les conditions de fonctionnement », a déclaré Thomas Brown, Ingénieur PPPL ayant contribué à la recherche. « De plus, les aimants plus petits et plus puissants offrent au concepteur de la machine plus d’options pour concevoir un tokamak sphérique avec une géométrie qui peut améliorer les performances globales du tokamak. Nous n’en sommes pas encore là, mais nous sommes plus proches, et peut-être assez proches. »

Cette recherche a été soutenue par le Département américain de l’énergie (Small Business Innovation Research and Lab Directed Research and Development).

Origine de l’histoire :

Matériaux Introduction de Laboratoire de physique des plasmas du DOE / Princeton. Original de Rafael Rosen. Remarque : Le contenu peut être modifié en fonction du style et de la longueur.