Campagne d’essais réussie avec l’expérience de fusion Wendelstein 7-AS

Un nouveau composant assurant le maintien de la pureté du plasma a permis de produire des plasmas présentant de bonnes caractéristiques de confinement et d'une densité jusque-là inégalée. L'isolation thermique du plasma - le temps de confinement de l'énergie - augmente comme souhaité avec la hausse de la densité, tandis que le temps de confinement diminue pour les particules et les impuretés. L'accumulation indésirable d'impuretés dans le plasma est ainsi empêchée: un contrôle complet de la densité et une exploitation quasi-stationnaire deviennent possibles.
L'objectif de la recherche sur la fusion est de développer une centrale qui, à l'image du soleil, puisse produire de l'énergie à partir de la fusion de noyaux d'atomes. Le combustible est un gaz ionisé de faible densité - un "plasma" - se composant de deutérium et de tritium, deux isotopes de l'hydrogène. Pour atteindre le seuil de l'ignition, le combustible doit être confiné dans une chambre de champs magnétiques annulaire et échauffé à des températures de plus de 100 millions de degrés. L'IPP est le seul institut dans le monde qui exploite les deux types d'installations importants dans ce domaine, à savoir le tokamak et le stellérateur.
Parmi les questions clés qui se posent à parts égales pour le tokamak et pour le stellérateur, il faut citer l'isolation thermique du plasma chaud, qui dépend de la qualité du confinement magnétique, et la pureté de plasma atteignable. En 1982, ces problèmes ont été résolus pour les tokamaks par l'installation Asdex de l'IPP: un champ magnétique supplémentaire - le diverteur - déviait la bordure extérieure du plasma sur des cibles aménagées au fond de la cuve du plasma. Les particules de plasma pouvaient être neutralisées et pompées à cet endroit en même temps que les impuretés. C'est de cette manière également que la "cendre" du processus de fusion - à savoir l'hélium se formant lors de la fusion de deutérium et de tritium - devrait être évacuée dans une future centrale. La bordure extérieure enveloppe en même temps le plasma central comme un manteau chauffant, ce qui permet d'atteindre une meilleure isolation thermique.
Tous les tokamaks modernes disposent entre temps d'un diverteur. Ce composant est également prévu dans le réacteur expérimental thermonucléaire international Iter et dans une future centrale. Avec Wendelstein 7-AS, c'est maintenant la première fois qu'un grand stellérateur a également été équipé d'un diverteur. Contrairement à ce qui se passe dans un tokamak, la bordure du plasma d'un stellérateur se fragmente en diverses ramifications sans nécessité d'autres mesures - suivant la symétrie du champ magnétique. Ces "îles" s'ordonnent autour de la section transversale du plasma comme les perles d'une chaîne et dirigent l'énergie et les particules sur des parties limitées de la paroi de la cuve. Si, comme dans le tokamak à diverteur, ces surfaces sont protégées par les cibles, les particules qu'on rencontre ici peuvent être enlevées du plasma en même temps que les impuretés.
Après de travaux de préparation par des calculs approfondis sur modèle, on a tout d'abord monté l'année dernière à Wendelstein 7-AS des bobines de contrôle permettant d'agrandir ou de diminuer les "îles" sur la bordure du plasma. On a installé ensuite des cibles de diverteur et des pompes. Au total, dix modules à diverteur ont été montés au-dessus et au-dessous de la section transversale du plasma. Recouverts de carbone renforcé de fibres de carbone, ils résistent aux grosses charges thermiques provenant du plasma. Avec les densités de plasma élevées obtenues, la sollicitation des cibles reste toutefois modérée: jusqu'à 90% de la puissance calorifique issue du plasma peuvent être remis aux plaques comme radiation lumineuse - et non pas par des particules riches en énergie.
Comme le montrent les résultats de la première campagne d'essai de mars à juillet 2001, le premier diverteur installé sur un stellérateur Wendelstein a fait largement ses preuves pour le contrôle des impuretés et de la densité. Seule la température du plasma laisse encore à désirer: dans la petite machine à puissance de chauffage limitée, elle reste modérée à 5 millions de degrés du fait de la densité élevée du plasma. D'autres essais devraient permettre maintenant d'éclaircir les détails physiques.
Les informations recueillies présentent surtout une importante pour le successeur de Wendelstein 7-X actuellement en cours de construction à l'institut de l'IPP à Greifswald. Le contrôle de la densité du plasma et des impuretés est particulièrement important pour les longs déchargements de 30 minutes planifiés ici. Wendelstein 7-X qui, contrairement à son prédécesseur plus petit de Garching, a été équipé dès le début d'un diverteur, doit démontrer l'aptitude du stellérateur à être utilisé en centrale.