L'Institut de physique de Xi'an a réalisé une avancée significative dans la recherche de pointe en physique sur le plasma de combustion de fusion.

Récemment, l'Institut de physique nucléaire du sud-ouest (ci-après dénommé "West Physics Institute") a réalisé des progrès importants dans la recherche fondamentale en matière de plasmas pour la fusion incité par le champ magnétique. L'équipe de recherche a découvert un nouveau mécanisme de saturation non linéaire des modes propres d'Alfvén avec cisaillement antimagnétique (RSAE), qui dépasse les conceptions traditionnelles concernant l'action du champ strié, et fournit un nouveau cadre théorique pour comprendre la contrainte et le transport des particules alpha, produits de fusion.

Les résultats pertinents ont été publiés récemment dans la prestigieuse revue internationale "Physical Review Letters" (Phys. Rev. Lett. 137, 045101, 2026) et ont reçu une haute évaluation des experts internationaux. Les examinateurs ont estimé que ce travail est "une compréhension analytique importante et opportune de la saturation de l'instabilité induite par les particules de haute énergie", et qu'"il est particulièrement important pour comprendre la nouvelle physique non linéaire du plasma incandescent".

Les modes propres d'Alfvén avec cisaillement antimagnétique (RSAE) sont un type d'instabilité courant dans les modes de fonctionnement avancés des tokamaks, qui peuvent être déclenchés par des particules de haute énergie (particules alpha) générées par la fusion, entraînant une perte de particules de haute énergie et affectant le processus d'auto-combustion de la réaction de fusion. Les champs électromagnétiques striés jouent un rôle crucial dans la suppression des turbulences et des instabilités du plasma, et sont l'un des domaines de recherche avant-gardistes actuels en matière de fusion par confinement magnétique. Cependant, la question de savoir si le champ strié ou le courant strié domine, et comment chacun fonctionne, est un défi scientifique majeur dans ce domaine depuis longtemps.

Mme. Ma Ruirui, chercheuse à l'Institut de physique nucléaire du sud-ouest, a collaboré avec des experts nationaux et internationaux, dont le professeur Chen Zongxi, un physicien du plasma renommé, pour attaquer le problème en utilisant les principes fondamentaux et construire de manière novatrice un modèle couplé "RSAE-champ strié-onde d'Alfvén cinétique" (RSAE-ZF-KAW), quantifiant théoriquement pour la première fois l'influence du champ strié sur l'instabilité. La recherche a révélé que, dans le canal non linéaire des particules chaudes, c'est le courant strié, et non le flux strié comme on le pensait auparavant, qui domine la suppression et la saturation de RSAE. Les résultats théoriques sont en parfait accord avec les résultats de simulation du programme thermodynamique de rotation (GTC).

Simulation GTC révélant la saturation non linéaire de RSAE et le processus d'excitation des ondes d'Alfvén cinétiques. La figure de gauche montre l'évolution de l'amplitude, du taux de croissance et de la fréquence pendant le processus de saturation de RSAE ; la figure de droite montre comment une variation de fréquence descendante conduit à un mode se rapprochant du spectre continue d'Alfvén, et excite une onde d'Alfvén cinétique qui rayonne vers l'extérieur.

Cette découverte non seulement clarifie le problème physique de "comment le champ strié supprime les modes d'Alfvén", mais révèle également un processus complet de transfert d'énergie "courant strié - variation de fréquence - amortissement par rayonnement". Cela est considéré comme l'un des paradigmes fondamentaux de saturation des modes propres d'Alfvén dans les plasmas incandescents, et fournit une base théorique pour le contrôle efficace de l'instabilité, le maintien des performances de confinement des particules alpha et la stabilisation de la puissance de fusion dans les futurs réacteurs à fusion.

Introduction du principal auteur

Mme. Ma Ruirui est chercheuse et directrice de thèse. Elle a obtenu un doctorat en physique à l'Université Zhejiang en 2015, sous la direction du professeur Chen Zongxi. Après avoir été nommée post-doctorale au West Physics Institute, elle y a continué à travailler. Elle est actuellement membre du comité scientifique des programmes de la conférence internationale sur les particules de haute énergie de l'IAEA (la seule femme chinoise) et du comité scientifique des programmes de la division de physique fondamental de la réunion de physique des plasmas de la Société de physique asiatique-pacifique. Elle a obtenu une série de résultats importants dans le domaine des interactions entre les particules de haute énergie et les ondes d'Alfvén. À ce jour, elle a publié plus de 40 articles scientifiques (SCI) et a été responsable de 7 projets de recherche, notamment des projets de coopération internationale sino-italiens du Conseil national des sciences naturelles et des sujets clés de développement scientifique et technique nationaux.