Dans un tokamak, la matière est portée à très haute température dans un plasma délimité dans l'espace grâce à un champ magnétique. Une instabilité du plasma peut cependant déclencher la perte de ce confinement en quelques millisecondes seulement (disruption) et endommager l'intérieur du tokamak. C'est pourquoi les physiciens s'attachent à étudier et prévenir les instabilités magnétohydrodynamiques du plasma. En particulier, une task force consacrée à cette problématique a été créée en 2018 pour ITER.

Des physiciens de l'IRFM et leurs partenaires ont ainsi étudié, grâce à la simulation, les disruptions provoquées par injection massive d'atomes d'argon dans le plasma du tokamak européen JET (Joint European Torus) en Grande-Bretagne.

À l'aide du code de magnétohydrodynamique 3D non linéaire JOREK, développé par l'IRFM, ils ont en particulier simulé des mesures de champ magnétique et de rayonnement de JET qu'ils ont comparées à l'expérience.

Les simulations numériques reproduisent bien la dynamique de la disruption observée expérimentalement. Les surfaces magnétiques, initialement emboîtées les unes dans les autres comme des poupées russes, s'effacent progressivement tandis qu'apparaissent des structures magnétiques (îlots). Celles-ci grandissent et finissent par se chevaucher, ce qui conduit à un chaos magnétique bouleversant la topologie magnétique initiale. Les chercheurs peuvent ainsi reconstituer le fil des événements :

• La chaleur contenue dans le cœur du plasma est transportée à son bord en moins d'une milliseconde ;
• La distribution de densité de courant électrique est modifiée par des ondulations des lignes de champ magnétique dites ondes d'Alfvén, qui tendent à la répartir de façon homogène dans toute la zone chaotique ;
• Cet étalement conduit à un accroissement du courant total porté par le plasma.

Jusqu'à présent, la résolution et la stabilité des simulations MHD ne permettaient pas de reproduire cet accroissement du courant total, caractéristique des disruptions. La simulation JOREK est donc une première, qui marque un progrès important pour une meilleure compréhension de la physique des disruptions.