Découverte de la turbulence du plasma en mouvement à grande vitesse qui dépasse le mouvement de la chaleur

Découverte de la turbulence du plasma en mouvement à grande vitesse qui dépasse le mouvement de la chaleur
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Gauche : Formation d’une barrière dans le plasma pour confirmer la chaleur à l’intérieur. À droite : en brisant la barrière, on a découvert une turbulence qui se déplace plus rapidement que la chaleur, car la chaleur s’échappe de l’intérieur du plasma. Crédit : Institut national des sciences de la fusion

Pour réaliser une centrale à fusion, il est nécessaire de confiner de manière stable un plasma de plus de 100 millions de degrés Celsius dans un champ magnétique et de le maintenir longtemps. Un groupe de recherche dirigé par le professeur adjoint Naoki Kenmochi, le professeur Katsumi Ida et le professeur associé Tokihiko Tokuzawa du National Institute for Fusion Science (NIFS), National Institutes of Natural Sciences (NINS), Japon, utilisant des instruments de mesure développés indépendamment et avec la coopération du professeur Daniel J. den Hartog de l’Université du Wisconsin, aux États-Unis, a découvert pour la première fois que la turbulence se déplace plus rapidement que la chaleur lorsque la chaleur s’échappe dans les plasmas du Large Helical Device (LHD). Une caractéristique de cette turbulence permet de prédire les changements de température du plasma, et on s’attend à ce que l’observation de la turbulence conduise au développement d’une méthode de contrôle en temps réel de la température du plasma dans le futur.

Dans le plasma à haute température confiné par le champ magnétique, une “turbulence”, qui est un flux avec des vortex de différentes tailles, est générée. Cette turbulence provoque une perturbation du plasma et la chaleur du plasma confiné s’écoule vers l’extérieur, ce qui entraîne une baisse de la température du plasma. Pour résoudre ce problème, il est nécessaire de comprendre les caractéristiques de la chaleur et de la turbulence dans le plasma. Cependant, la turbulence dans les plasmas est si complexe que nous ne l’avons pas encore complètement comprise. En particulier, la façon dont la turbulence générée se déplace dans le plasma n’est pas bien comprise, car elle nécessite des instruments capables de mesurer l’évolution temporelle d’une turbulence infime avec une sensibilité élevée et une résolution spatio-temporelle extrêmement élevée.

Une “barrière” peut se former dans le plasma, qui agit pour bloquer le transport de la chaleur du centre vers l’extérieur. La barrière crée un fort gradient de pression dans le plasma et génère des turbulences. Le professeur adjoint Kenmochi et son groupe de recherche ont développé une méthode pour briser cette barrière en concevant une structure de champ magnétique. Cette méthode nous permet de nous concentrer sur la chaleur et la turbulence qui s’écoulent vigoureusement lorsque les barrières se brisent, et d’étudier leur relation en détail. Ensuite, à l’aide d’ondes électromagnétiques de différentes longueurs d’onde, nous avons mesuré les changements de température et de flux de chaleur des électrons et des fines turbulences millimétriques avec le plus haut niveau de précision au monde. Auparavant, la chaleur et la turbulence étaient connues pour se déplacer presque simultanément à une vitesse de 5 000 kilomètres par heure, soit environ la vitesse d’un avion, mais cette expérience a conduit à la première découverte au monde de turbulence se déplaçant devant la chaleur à une vitesse de 40 000 kilomètres par heure. La vitesse de cette turbulence est proche de celle d’une fusée.

Le professeur adjoint Naoki Kenmochi déclare que “cette recherche a considérablement fait progresser notre compréhension de la turbulence dans les plasmas de fusion. La nouvelle caractéristique de la turbulence, à savoir qu’elle se déplace beaucoup plus rapidement que la chaleur dans un plasma, indique que nous pourrions être en mesure de prédire les changements de température du plasma en observant turbulence prédictive. À l’avenir, sur cette base, nous prévoyons de développer des méthodes pour contrôler les températures du plasma en temps réel.

La recherche a été publiée dans Rapports scientifiques.


La première preuve expérimentale de la propagation de la turbulence plasma


Plus d’information:
N. Kenmochi et al, Propagation précédente des impulsions de turbulence lors d’événements d’avalanche dans un plasma confiné magnétiquement, Rapports scientifiques (2022). DOI : 10.1038/s41598-022-10499-z

Fourni par les instituts nationaux des sciences naturelles

Citation: Découverte d’une turbulence de plasma mobile à grande vitesse qui dépasse le mouvement de la chaleur (19 mai 2022) récupéré le 19 mai 2022 sur https://phys.org/news/2022-05-discovery-high-speed-plasma-turbulence- dépasse.html

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