Des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont récemment confirmé que l’asymétrie d’implosion a joué un rôle déterminant dans les expériences de fusion avant d’atteindre l’ignition pour la première fois au National Ignition Facility (NIF), le laser le plus puissant au monde.

Une Étude Révélatrice

Les résultats de cette recherche ont été publiés dans un article de Nature Communications intitulé « L’impact de la symétrie à faible mode sur la production d’énergie de fusion inertielle dans l’état de plasma brûlant. » Ce travail a été co-dirigé par les physiciens de recherche en fusion par confinement inertiel Joe Ralph, Steven Ross et Alex Zylstra, ancien responsable de la campagne Hybrid-E ICF.

Des Progrès Remarquables en 2021

En 2021, des expériences de fusion par confinement inertiel à drive indirect ont atteint un état de plasma brûlant avec des rendements de neutrons dépassant 170 kJ, soit environ trois fois le record établi en 2019. Ce résultat représente une étape cruciale pour l’ignition des plasmas, malgré plusieurs sources de dégradations, y compris des asymétries, qui ont entraîné une variabilité élevée des performances. Selon Ralph, cette avancée a été essentielle pour atteindre l’ignition le 5 décembre 2022.

La Symétrie : Une Métaphore Aéronautique

Ralph compare l’importance de la symétrie dans les expériences de fusion à celle d’un avion avec une aile gauche trop lourde. Bien que le poids relatif des ailes n’ait pas beaucoup d’importance au sol, il devient crucial lors du décollage. De même, atteindre un plasma brûlant est comparable à réussir un décollage.

Un Moment Décisif

« Atteindre un état de plasma brûlant a été un moment charnière pour nous, » a déclaré Ralph. « Cela a validé des années de travaux théoriques et expérimentaux et a fourni une base solide pour les avancées futures. »

Analyse des Dégradations

Pour la première fois, l’article présente un facteur de dégradation empirique pour l’asymétrie de mode-2 dans le régime de plasma brûlant, en plus des dégradations précédemment déterminées liées au mélange radiatif et à l’asymétrie de mode-1. L’analyse montre que l’intégration de ces trois dégradations dans le modèle de rendement de fusion théorique développé entre 2017 et 2018 permet d’expliquer la variabilité des performances mesurées dans les deux campagnes expérimentales les plus performantes sur le NIF.

Vers une Meilleure Compréhension

« Dans nos expériences de fusion, la symétrie est essentielle, » a souligné Ralph. « Si le plasma n’est pas comprimé de manière uniforme, l’énergie n’est pas contenue efficacement, ce qui nuit aux performances. En comprenant et en corrigeant ces asymétries, nous pouvons garantir que les conditions sont idéales pour l’ignition, tout comme il est crucial de s’assurer que votre avion est bien équilibré avant de décoller. »

Modélisation et Simulations

L’article met en lumière comment l’équipe a quantifié la sensibilité des performances à l’asymétrie de mode-2 dans le régime de plasma brûlant et a appliqué ces résultats sous forme de facteur de dégradation empirique à un modèle de performance de fusion 1D. De plus, à travers une série de simulations hydrodynamiques radiatives 2D intégrées, l’équipe a déterminé que la sensibilité au mode-2 était cohérente avec la sensibilité déterminée expérimentalement uniquement lorsqu’on incluait le chauffage alpha.

Conclusion et Perspectives

« En isolant et en quantifiant la dégradation de mode-2, nous avons pu affiner nos modèles et améliorer la précision de nos prévisions, » a déclaré Ralph. « Ces découvertes soulignent l’importance d’un raffinement continu et d’une compréhension des variables influençant les performances de fusion. En identifiant et en tenant compte de ces facteurs de dégradation, nous avons pu mieux évaluer les performances de nos expériences et prendre des décisions plus éclairées. Cela représente une avancée significative vers l’ignition. »