Le réacteur NSTX-U (National Spherical Torus Experiment-Upgrade) développé par le PPPL évoque une pomme évidée plutôt que la forme en anneau des tokamaks classiques. De par sa conception compacte, ce tokamak sphérique réunit les conditions requises pour produire de l'énergie de fusion, cette même énergie qui fait briller le soleil et les étoiles, en mettant en œuvre des champs magnétiques relativement faibles et peu coûteux. Cette conception économique fait du NSTX-U un excellent modèle potentiel pour les centrales de fusion pilotes du futur. Crédit : Elle Starkman/Service Communication du PPPL
Lorsque la construction des « gros tokamaks » a débuté, dans les années 1970 et 1980, l'heure était à l'optimisme car on pensait alors que l'énergie de fusion ne tarderait pas à être disponible. Les équipes du Tokamak Fusion Test Reactor (TFTR) de Princeton et du Joint European Torus (JET) pensaient obtenir un gain énergétique net, soit générer plus d'énergie dans le plasma qu'il n'en était injectée pour faire fonctionner les systèmes de chauffage. En 1978 un
Cette image représente un plasma autour de l'aimant central du NSTX-U, au cœur de la machine. Une fois installé, cet élément jouera un double rôle : il amorcera et entretiendra le courant électrique qui génère le plasma et il renforcera le champ magnétique qui assure le confinement du plasma. Crédit : Elle Starkman/Service Communication du PPPL
En 1999, après les premiers résultats prometteurs du prototype de tokamak sphérique START, le PPPL a lancé le programme NSTX (National Spherical Torus Experiment). S'il n'était pas conçu pour fonctionner dans les conditions de la fusion, NSTX permettait d'étudier le comportement du plasma afin de vérifier l'hypothèse qu'un tokamak sphérique pouvait améliorer la stabilité et le confinement du plasma. À cet égard, les onze années d'activité de la machine furent un véritable succès. Le NSTX a permis d'obtenir des paramètres bêta record et d'améliorer les temps de confinement, conformément aux prévisions théoriques. Une
Cette image de synthèse représente la turbulence du plasma, le « bouillonnement » indésirable qui déplace la chaleur du cœur du plasma vers sa périphérie et interfère avec les réactions cruciales pour la fusion. Image : rendu du NSTX-U, Walter Guttenfelder, Filippo Scotti
Les résultats du NSTX-U seront directement applicables aux plasmas en combustion comme ceux que doivent produire ITER et les fuurs tokamak industriels et commerciaux. Un plasma en combustion s'auto-entretient partiellement par « chauffage alpha » : les atomes d'hélium tout juste générés par la réaction (particules alpha) alimentent le processus de chauffage lorsqu'ils entrent en collision avec les particules de deutérium et de tritium à l'intérieur du plasma. Cependant, ces particules alpha très énergétiques peuvent, par interaction résonante, exciter des «