Moduri de izolare îmbunătățite
3 ) - Închiderea magnetică (p 1 - 2 - 3 - 4 )
Deoarece plasma nu-și face treaba, fizicienii au dezvoltat scenarii în care se creează o barieră de transport în plasmă, pentru a reține particulele din centrul descărcării și pentru a obține o izolare mai eficientă.
Astăzi, modul H, un regim de izolare de înaltă performanță, etalonul pentru mașinile de generația următoare, este ferm stabilit și cercetările sunt în curs de desfășurare cu privire la scenarii alternative cunoscute sub numele de „tokamak-uri avansate”.
Întrucât înțelegerea teoretică a fenomenelor de împrăștiere radială rămâne limitată, s-au efectuat multe studii experimentale privind confinarea în principalele mașini din întreaga lume. Acest lucru a făcut posibilă asamblarea unei baze de date de mari dimensiuni, din care am determinat legile de scalare empirice, exprimând timpul de închidere de la parametrii principali ai mașinii și ai plasmei, la fel cum am recurs la testele tunelului eolian pentru a stabili anumite legi în mecanica fluidelor . Acest lucru este de o importanță capitală pentru a putea extrapola performanța de izolare a unei mașini de generație următoare.
Prima lege de scalare de acest fel, stabilită în regim ohmic, adică fără putere suplimentară, prevedea în special o creștere a timpului de închidere cu raza mare a mașinii. Regimurile cu putere suplimentară, esențiale pentru ridicarea temperaturii plasmei la condițiile necesare viitorului reactor, au fost apoi studiate: s-a descoperit că confinarea a fost degradată în comparație cu valorile obținute în ohmic atunci când puterea cuplată la plasma a fost crescută.
Cu toate acestea, am observat că, în anumite condiții, a existat un prag de putere de la care confinarea este îmbunătățită brusc (deși rămânând de obicei mai mică decât performanța ohmică): acest regim de confinare îmbunătățit a fost numit modul H (pentru „confinare înaltă” sau confinare puternică în Engleză) spre deosebire de modul de confinare obținut sub pragul de putere, numit modul L (pentru „confinare redusă”, sau confinament slab în engleză) Face posibilă îmbunătățirea timpului de închidere cu aproape un factor de 2 în comparație cu modul L. Descoperirea acestui mod de închidere îmbunătățit, pe mașina ASDEX în anii 1980, a fost capitală pentru fuziunea termonucleară, iar scenariu de referință pentru mașina următoare ITER.
Vedeți vizavi de baza de date utilizată pentru a stabili legea scării pentru timpul de închidere în modul H și care arată acordul bun între rezultatele experimentale provenite de la diferitele mașini de pe ordonată și rezultatul legii scării d 'abscisei.
Această lege empirică prevede:
o creștere a timpului de închidere cu raza mare a mașinii și curentul de plasmă (ceea ce explică parțial de ce JET, cea mai mare dintre mașinile actuale, obține cele mai bune performanțe)
degradare cu putere suplimentară cuplată la plasmă
Cu toate acestea, nu trebuie să ne imaginăm că situația este calmă: acest gradient foarte abrupt de la margine dă naștere la instabilități specifice modului H, pe care le numim ELM (pentru Edge Localized Modes). Profilul de presiune plasmatică se relaxează periodic către pante mai puțin abrupte (linie punctată neagră sub curba roșie din diagramă). Apoi bariera se reconstruiește, profilul se rigidizează din nou înainte de a se prăbuși la următorul ELM. Ca rezultat, pufuri mari de particule și căldură scapă din plasmă la fiecare ELM, punând stres mare asupra componentelor camerei de vid.
Modul L nu trebuie depășit, cu instabilități în centru numite dinte de ferăstrău (linii punctate sub curba verde din centru): temperatura miezului se prăbușește brusc când atinge o valoare limită, înainte de a crește din nou. Treptat până la următorul dinte de ferăstrău unde fenomenul reapare. Cu toate acestea, acum știm cum să evităm dinții de fierăstrău în urma numeroaselor studii teoretice și experimentale, lucrând în zone ale parametrilor de plasmă (curent, câmp magnetic, putere suplimentară) în care fenomenul nu este declanșat. Acest lucru nu este încă cazul ELM-urilor în modul H: identificarea mecanismelor care conduc la acest fenomen este un domeniu de cercetare foarte activ.
În plus față de modul H, există și alte moduri de izolare îmbunătățite și am văzut în special la sfârșitul anilor 90 apariția așa-numitelor scenarii „tokamak avansate”, în care performanța se obține datorită controlului foarte ridicat. profiluri de teren în depozitul de deșeuri, generând bariere de transport interne (sau ITB pentru barierele de transport intern în limba engleză) într-o zonă situată mai mult în interiorul depozitului de deșeuri decât în cazul modului H, așa cum se poate vedea în diagrama de mai sus. Aceste scenarii, promițătoare, dar dificil de implementat datorită feedbackului care trebuie efectuat asupra profilului actual, sunt încă în faza exploratorie.
Pe Tore Supra, sunt explorate alte moduri de izolare îmbunătățite care implică bariere de transport interne, așa cum se arată în curba opusă. Acestea sunt obținute prin utilizarea unor scenarii de încălzire specifice, a căror acțiune stabilizatoare asupra plasmei scade fenomenele de transport. Timpul de închidere poate fi astfel mărit până la un factor de 2 în comparație cu modul L (vezi parametrul H, care reflectă îmbunătățirea închiderii în comparație cu modul L). De exemplu, avem modurile LHEP (pentru performanță îmbunătățită hibridă inferioară) obținute cu încălzirea la frecvența hibridă și alte moduri obținute cu încălzirea la frecvența ion ciclotronă, utilizate în modul ICRH (pentru încălzirea rezonantă a ciclotronului ionic) sau FWEH (pentru Încălzire electronică cu undă rapidă).