L'Académie chinoise de physique de l'ingénierie dévoile la conception conceptuelle du dispositif de fusion par Z-pinch

Récemment, l'Institut de physique des fluides de l'Académie chinoise de physique de l'ingénierie, en collaboration avec l'Institut de physique appliquée et de mathématiques computationnelles de Pékin, l'Institut d'innovation énergétique de Tianfu et d'autres équipes de recherche, a officiellement dévoilé la conception conceptuelle globale du dispositif chinois de fusion par Z-pinch (China Z-pinch Fusion Facility, en abrégé CZFF). Les résultats de recherche associés ont été publiés en ligne dans la revue académique spécialisée « Pulsed Power » et ont été recommandés en couverture, marquant une avancée importante de notre pays dans la promotion du programme de réacteur hybride fusion—fission piloté par Z-pinch (Z-FFR) et sur la voie de la démonstration de l'allumage thermonucléaire.

En tant que plateforme de physique à haute densité d'énergie de nouvelle génération destinée à la démonstration de l'allumage thermonucléaire et à la promotion du programme d'énergie de fusion, le CZFF est conçu pour un courant de crête dépassant 50 mégaampères (MA). Le dispositif est centré sur une équipe de recherche dirigée par Deng Jianjun, académicien de l'Académie chinoise d'ingénierie et chercheur à l'Institut de physique des fluides de l'Académie chinoise de physique de l'ingénierie, s'appuyant sur plus de vingt ans d'accumulation approfondie de recherches dans le domaine de la puissance pulsée et de la technologie Z-pinch. En ce qui concerne le choix de la voie technologique, l'équipe a adopté l'architecture du générateur à transformateur linéaire (Linear Transformer Driver, en abrégé LTD), constituée de 72 modules LTD en parallèle, comprenant au total 108 000 cellules de décharge de base, démontrant un niveau de maturité technologique et une efficacité de conversion énergétique très élevés.

Dans la conception de la chaîne de flux de puissance du système, le CZFF réalise un transfert d'énergie efficace depuis la source de puissance primaire jusqu'à la zone de cible. L'ensemble du dispositif converge via 72 lignes de transmission coaxiales à eau réparties en trois couches, transite vers des lignes de transmission à double plaque puis se connecte à une pile isolante sous vide composée de six couches, et finalement, par l'intermédiaire d'une ligne de transmission à isolation magnétique (MITL) et d'un concentrateur à trois colonnes et orifices (TPHC), achemine avec précision le courant puissant vers la charge située au centre de la zone de cible souterraine. Les résultats de simulation de circuit montrent que cette source d'entraînement peut transmettre à la charge une impulsion de courant d'une valeur de crête d'environ 54 MA avec un temps de montée de 130 nanosecondes, et devrait produire un rayonnement X d'environ 10 mégajoules (MJ), un rendement de neutrons de fusion deutérium-tritium supérieur à $10^{18}$ et une température de cavité noire supérieure à 300 électronvolts (eV).

Bien que la conception conceptuelle présente de vastes perspectives d'application, l'équipe de recherche analyse également de manière objective dans l'article les risques d'ingénierie clés restant à surmonter, couvrant notamment la prévention du claquage en surface sous vide de la pile isolante sous vide à haut potentiel, ainsi que la suppression du courant de perte causé par l'expansion du plasma dans la zone du concentrateur à trois colonnes et orifices. À l'avenir, l'équipe prévoit de s'appuyer sur des plateformes de puissance pulsée existantes de niveau 10-MA pour mener des vérifications approfondies et des optimisations de structures d'isolation, afin de poser une base solide pour la concrétisation finale de cette plateforme expérimentale révolutionnaire et de soutenir pleinement le développement de haute qualité de la recherche sur l'énergie de fusion et la physique des hautes énergies de pointe de notre pays.