Étude de la microturbulence par réflectométrie dans un plasma de fusion sur le tokamak Tore-Supra PDF Download
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Author: Thomas Gerbaud
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Languages : fr
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Book Description
La réflectométrie à balayage en fréquence en polarisation extraordinaire permet de mesurer des spectres locaux en nombre d'onde radiaux, S[_n/n](kr, r), et ainsi les profils radiaux de fluctuations de densité du plasma, sur le tokamak Tore Supra. La décomposition sur une base d'ondelettes - outil d'analyse position-fréquence - a permis de prendre en compte la forte variation radiale de la turbulence mesurée. Une attention particulière a été prêtée à la validation des spectres et profils turbulents mesurés, avec d'une part la confrontation avec des mesures expérimentales (réflectométries, sondes) et des simulations numériques. Cette mesure des fluctuations de densité a été appliquée à l'analyse du transport local, par l'étude de l'impact de la collisionnalité normalisée, __, sur le confinement du plasma. Ces analyses adimensionnelles permettent de comparer directement les plasmas réalisés dans les différents tokamaks. Une nette diminution du temps de confinement normalisé a été mise en évidence : B_E _ __-0.5±0.15. Point d'innovation, les profils radiaux de fluctuation de densité mesurés ont montré une forte augmentation de la turbulence de bord (r/a>0.8) liée à l'augmentation du __ - augmentation aussi observée à l'aide de la réflectométrie Doppler - fournissant donc une base physique expliquant la diminution de B_E avec __. Les régions plus centrales n'ont pas présenté de variations nettes (_n/n, _eff). Des simulations du plasma de coeur (code de stabilité linéaire KineZero et code gyrocinétique non-linéaire GYRO) ont été menées, afin d'analyser le comportement expérimental du plasma.
Author: Thomas Gerbaud
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La réflectométrie à balayage en fréquence en polarisation extraordinaire permet de mesurer des spectres locaux en nombre d'onde radiaux, S[_n/n](kr, r), et ainsi les profils radiaux de fluctuations de densité du plasma, sur le tokamak Tore Supra. La décomposition sur une base d'ondelettes - outil d'analyse position-fréquence - a permis de prendre en compte la forte variation radiale de la turbulence mesurée. Une attention particulière a été prêtée à la validation des spectres et profils turbulents mesurés, avec d'une part la confrontation avec des mesures expérimentales (réflectométries, sondes) et des simulations numériques. Cette mesure des fluctuations de densité a été appliquée à l'analyse du transport local, par l'étude de l'impact de la collisionnalité normalisée, __, sur le confinement du plasma. Ces analyses adimensionnelles permettent de comparer directement les plasmas réalisés dans les différents tokamaks. Une nette diminution du temps de confinement normalisé a été mise en évidence : B_E _ __-0.5±0.15. Point d'innovation, les profils radiaux de fluctuation de densité mesurés ont montré une forte augmentation de la turbulence de bord (r/a>0.8) liée à l'augmentation du __ - augmentation aussi observée à l'aide de la réflectométrie Doppler - fournissant donc une base physique expliquant la diminution de B_E avec __. Les régions plus centrales n'ont pas présenté de variations nettes (_n/n, _eff). Des simulations du plasma de coeur (code de stabilité linéaire KineZero et code gyrocinétique non-linéaire GYRO) ont été menées, afin d'analyser le comportement expérimental du plasma.
Author: Martin Kubic
Publisher: LAP Lambert Academic Publishing
ISBN: 9783847328711
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Languages : en
Pages : 68
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Book Description
The study of edge plasma physics in tokamaks has developed rapidly in recent years and is now considered as one of the major research areas of magnetic fusion. Edge probe techniques are a necessary experimental contribution to such studies, providing information about the plasma flux to the walls of the reactor. The experiments that were carried out on the Tore Supra tokamak to investigate the scrape-off layer conditions in presence of multiple discrete limiters are presented. The baseline of the scenario is to limit the discharge on discrete limiters on the low field side of the tokamak chamber, increasing the minor radius while the safety factor is kept at a constant value 4.8. Analytical tools for 3D magnetic connection analysis and magnetic field mapping together with a new method for LCFS evaluation are also presented."
Author: Grégoire Hornung
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Languages : en
Pages : 154
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Book Description
The performance of a fusion reactor is closely related to the turbulence present in the plasma. The latter is responsible for anomalous transport of heat and particles that degrades the confinement. The measure and characterization of turbulence in tokamak plasma is therefore essential to the understanding and control of this phenomenon. Among the available diagnostics, the sweeping reflectometer installed on Tore Supra allows to access the plasma density fluctuations from the edge to the centre of the plasma discharge with a fine spatial (mm) and temporal resolution (μs ) , that is of the order of the characteristic turbulence scales.This thesis consisted in the characterization of plasma turbulence in Tore Supra by ultrafast sweeping reflectometry measurements. Correlation analyses are used to quantify the spatial and temporal scales of turbulence as well as their radial velocity. In the first part, the characterization of turbulence properties from the reconstructed plasma density profiles is discussed, in particular through a comparative study with Langmuir probe data. Then, a parametric study is presented, highlighting the effect of collisionality on turbulence, an interpretation of which is proposed in terms of the stabilization of trapped electron turbulence in the confined plasma. Finally, it is shown how additional heating at ion cyclotron frequency produces a significant though local modification of the turbulence in the plasma near the walls, resulting in a strong increase of the structure velocity and a decrease of the correlation time. The supposed effect of rectified potentials generated by the antenna is investigated via numerical simulations.
Author: Yan Sun
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Languages : en
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To systematically study the plasma turbulence in tokamaks, a parametrization method of frequency spectra from the Tore Supra reflectometry database has been developed. The database includes 350,000 acquisitions obtained from 6,000 discharges with different heating scenarios. In the parametrization, each spectrum has been decomposed into four component: the direct current component, the low-frequency (LF) fluctuations, the broadband (BB) turbulence and the noise level, and each component has been fitted by a function. Specifically for the BB turbulence component, three different functions have been tested and compared. The generalized Gaussian function and the Taylor function have shown excellent fitting performance. In Ohmic plasmas, EBB in the saturated Ohmic confinement regime is observed to be systematically higher than in the linear Ohmic confinement regime. In L-mode plasmas, EBB in the ion cyclotron resonance heating plasmas is globally much higher than in the lower hybrid heating plasmas. The collisional effects on the modifications of the spectra have also been studied. With the previous kinetic simulation results, a change of the dominating micro-instabilities, i.e., between the trapped electron modes and the ion temperature gradients modes, has been proposed to explain the behaviors of EBB, supported by database analysis of the density peaking and the LF component.
Author: Remi Ruffe
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Languages : fr
Pages : 182
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Les tokamaks visent à réaliser la fusion contrôlée de noyaux de deutérium et de tritium par le confinement magnétique d'un plasma chaud. L'interaction entre le plasma et les parois a été étudiée en détail pour le tokamak Tore Supra. Au cours des décharges, le plasma interagit fortement avec le limiteur, formé de milliers de tuiles en composite carbone/carbone. L'érosion de ces tuiles par les flux de particules du plasma mène à la formation de co-dépôts de carbone et de deutérium qu'il est essentiel de limiter. Nous avons effectué une étude multi-échelle, principalement avec les différents outils de la microscopie électronique, sur des tuiles provenant du limiteur de Tore Supra. Une analyse des co-dépôts a permis de mettre en évidence leur topographie en forme de pointes, orientées dans une même direction quelque soit la position de la tuile sur le limiteur. L'étude de la surface de tuiles appartenant à des zones majoritairement érodées a révélé la présence d'une striation périodique de surface. Ces deux phénomènes ont été mis en relation avec la direction des flux et l'effet de la gaine faiblement magnétisée de Tore Supra a été mis en évidence. L'analyse des dépôts présents dans les interstices entre les tuiles a révélé une physique propre à ces interstices permettant la formation de dépôts en profondeur. Des nanoparticules graphitiques sphériques ont été observées, signe d'une croissance homogène locale en phase plasma. Nous avons développé des méthodes de mesure des volumes de dépôt et des volumes érodés, menant à l'établissement d'un bilan carbone et à l'évaluation de la masse de deutérium piégé, en bon accord avec les mesures in-situ réalisées dans Tore Supra.
Author: Christel Fenzi
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Languages : fr
Pages : 458
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DANS UNE MACHINE A FUSION PAR CONFINEMENT MAGNETIQUE, L'OPTIMISATION DU DEPOT DE PUISSANCE SUR LES COMPOSANTS FACE AU PLASMA EST CRUCIALE. CELUI-CI EST CONTROLE PAR LA DIFFUSIVITE DE LA CHALEUR LE LONG DES LIGNES DE CHAMP, ELLE MEME CONTROLEE PAR LA TURBULENCE DE BORD. L'OBSERVATION D'ASYMETRIES SPATIALES DE LA TURBULENCE DE BORD RELEVE DONC, DANS CE CONTEXTE, D'UN GRAND INTERET. CE TRAVAIL CONCERNE LES ASYMETRIES HAUT-BAS DES FLUCTUATIONS DE DENSITE OBSERVEES DANS TORE SUPRA PAR DIFFUSION THOMSON COHERENTE. IL EST MONTRE QU'ELLES SONT ETROITEMENT CORRELEES A LA CONFIGURATION GEOMETRIQUE DU PLASMA DE BORD (COMPOSANTS FACE AU PLASMA, LIMITEURS). L'INTERACTION PLASMA-LIMITEUR GENERE EN FAIT LOCALEMENT DANS LA REGION DE PLASMA DE BORD INCLUANT LA SOL (R/A > 0.9), L'APPARITION D'UNE TURBULENCE ADDITIONNELLE A COURTE LONGUEUR DE CORRELATION PARALLELE, QUI S'ETEND AU PLASMA DE COEUR (0.9 > R/A > 0.5). L'ASYMETRIE HAUT-BAS RESULTANTE DEPEND PEU DE LA DENSITE, AUGMENTE AVEC LE FACTEUR DE SECURITE AU BORD DU PLASMA, ET S'INVERSE AVEC LE SENS DE CIRCULATION DU COURANT PLASMA. L'OBSERVATION DE TELLES ASYMETRIES IMPOSE DE SEVERES CONTRAINTES AUX MODELES ACTUELS DE TURBULENCE ET DE TRANSPORT AU BORD DU PLASMA, CES DERNIERS PREDISANT PLUTOT UN BALLONNEMENT DE LA TURBULENCE COTE FAIBLE CHAMP, ET NON PAS UNE ASYMETRIE HAUT-BAS. UN MODELE D'INTERPRETATION POSSIBLE, BASE SUR L'INSTABILITE DE KELVIN-HELMHOLTZ, EST PROPOSE.
Author: Alexandre Storelli
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Languages : fr
Pages : 216
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Book Description
Les tokamaks, machines toroïdales à confinement magnétique conçues pour porter un plasma aux conditions nécessaires à l'obtention de réactions de fusion, ont des performances limitées par le transport turbulent, dont les mécanismes ne sont pas tous élucidés. Les fluctuations turbulentes alimentent des écoulements macroscopiques, dits flots zonaux, dont le cisaillement réduit en retour le niveau de fluctuation. Des dispositifs de rétrodiffusion Doppler ont été installés sur Tore Supra (CEA Cadarache) et permettent de mesurer la vitesse perpendiculaire des fluctuations. Premièrement, il est montré que la vitesse moyenne est près de deux fois supérieure du côté externe du plasma que dans sa partie supérieure, au-delà des prédictions conventionnelles. Ces asymétries sont mises en perspective avec certains aspects de l'équilibre magnétique et des caractéristiques des fluctuations. Puis, les oscillations de la vitesse, attribuées à la branche des flots zonaux dite mode géodésique acoustique (GAM), ont été caractérisées dans des expériences où la collisionalité varie. Elles sont comparées aux prédictions théoriques et aux résultats d'une simulation avec le code gyrocinétique GYSELA, utilisant les profils expérimentaux d'équilibre. La fréquence du GAM dans l'expérience est plus faible que prédit, en particulier aux plus basses collisionalités. Les variations de son intensité, détectées avec la transformée de Hilbert-Huang, montrent des bouffées d'oscillations de distributions analogues entre expérience et simulation, et dont la durée pourrait être liée à son interaction non-linéaire avec la turbulence ainsi qu'au phénomène d'amortissement de continuum observé dans la simulation.
Author: Renaud Dejarnac
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Languages : fr
Pages : 182
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Book Description
Dans les réacteurs de fusion thermonucléaire, le contrôle de la densité du mélange de combustible deutérium-tritium, ainsi que l'évacuation des cendres d'hélium produites, est un point très important. Ce contrôle s'effectue en alimentant les décharges en combustibles par différentes méthodes (l'injection de gaz et l'injection de glaçons étant les plus répandues) et en installant des systèmes de pompage à la périphérie du plasma. Ces deux domaines sont abordés dans cette thèse tant du point de vue expérimental que théorique. Le principal outil utilisé dans le cadre de ce travail est le code de transport de particules neutres EIRENE. En ce qui concerne le pompage, nous avons modélisé le limiteur pompé médian de Tore Supra avec le code EIRENE auquel nous avons couplé un sous-module plasma, spécialement développé lors de la thèse, afin de simuler de manière auto-cohérente le plasma et les neutres. Cela a permis de valider le code en comparant les résultats des simulations aux données expérimentales. En ce qui concerne l'alimentation du plasma, nous présentons ici une nouvelle méthode : l'injection supersonique par impulsions (ISPI). Ce système, intermédiaire entre l'injection de gaz classique et l'injection de glaçons, a été développé et testé à Tore Supra. Il consiste à injecter de brèves bouffées de gaz très denses à grande vitesse dans le plasma. Expérimentalement, l'ISPI a montré une meilleure efficacité de remplissage que l'injection de gaz classique et provoque un fort refroidissement du plasma. Les mécanismes responsables de cette efficacité améliorée sont analysés à partir d'une modélisation basée sur le code EIRENE, pour déterminer la source d'ionisation liée à l'ISPI, et sur un code 1D de transport des particules développé pour reproduire la réponse du plasma. Enfin, une extrapolation de l'injecteur actuel de Tore Supra est présentée, ainsi qu'une discussion sur les conditions d'obtention d'une dérive radiale de la matière injectée, comme cela est observé dans le cas d'une injection de glaçons côté fort champ.
Author: Muriel Colin
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Languages : fr
Pages : 220
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Book Description
Cette étude porte sur l'interaction entre l'onde sonde et les fluctuations du plasma en réflectométrie dans les plasmas de fusion. Il a été montré qu'une telle interaction, quelle que soit la polarisation de l'onde sonde, peut être décrite par une équation de Mathieu. Pour vérifier la validité du modèle proposé, des codes numériques ont été développés (mode O et mode X). Ces validations étant effectuées, la part respective de l'onde rétrodiffusée par les fluctuations de densité et de champ magnétique a été déterminée, confirmant que les fluctuations de densité sont prépondérantes pour la plupart des situations expérimentales des plasmas de tokamak. Les performances des méthodes numériques développées ont permis les simulations des expériences existantes. La détermination quantitative des perturbations induites par des fluctuations a été effectuée pour des fluctuations cohérentes, et un premier lien entre le spectre des variations de phase et le spectre de la turbulence a été établi.
Author: Julie Payan
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Languages : fr
Pages : 162
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Book Description
AFIN DE REALISER L'IGNITION SUR LES PLASMAS DE TOKAMAKS, IL FAUT LIMITER LES PERTES THERMIQUES, L'ESSENTIEL DE CES PERTES ETANT LIE A UN TRANSPORT ANORMAL DE LA CHALEUR, QUE L'ON ATTRIBUE A UNE MICROTURBULENCE. SUR LE TOKAMAK TORE SUPRA, DES MESURES DE TURBULENCE SONT OBTENUES A TRAVERS L'ANALYSE DES FLUCTUATIONS DE DENSITE, A L'AIDE DU DIAGNOSTIC DE DIFFUSION COHERENTE ALTAIR. LES SPECTRES FREQUENTIELS DE TURBULENCE PRESENTENT AINSI DEUX PICS ASYMETRIQUES CENTRES SUR LES FREQUENCES POSITIVES ET NEGATIVES. ALORS QUE LE PIC CENTRE SUR LES FREQUENCES POSITIVES PEUT ETRE EXPLIQUE PAR LA PRESENCE D'ONDES DE DERIVE, IL S'AGIT D'INTERPRETER LE PIC CNETRE SUR LES FREQUENCES NEGATIVES. APRES UNE ETUDE DES PROPRIETES DE LOCALISATION SPATIALE DU DIAGNOSTIC, AINSI QU'UNE ANALYSE APPROFONDIE DES SPECTRES DE TURBULENCE ET DES COEFFICIENTS DE TRANSPORT, LA PRESENCE DE CE PIC IONIQUE SEMBLE LIEE, POUR UNE PARTIE DU VOLUME DE DIFFUSION, A UN CHANGEMENT DE SIGNE DE LA VITESSE DE DERIVE ASSOCIEE AU CHAMP ELECTRIQUE RADIAL. L'INFLUENCE DU CHAMP ELECTRIQUE RADIAL SUR LES SPECTRES DE TURBULENCE NOUS AMENE A CHERCHER DES EXPERIENCES OU CE CHAMP EST MODIFIE, COMME C'EST LE CAS LORS DE L'APPLICATION DU DIVERTOR ERGODIQUE. UNE ETUDE DETAILLEE DE TRANSPORT ET DE TURBULENCE AVEC ET SANS DIVERTOR ERGODIQUE PERMET DE DISTINGUER TROIS ZONES DANS LE PLASMA: UNE REGION INTERNE, UNE REGION DE BORD, PUIS UNE REGION INTERMEDIAIRE. DANS CETTE REGION INTERMEDIAIRE APPARAIT UNE DIMINUTION INATTENDUE DU NIVEAU RELATIF DE FLUCTUATIONS DE DENSITE ET DES COEFFICIENTS DE TRANSPORT. A PARTIR DE L'ENSEMBLE DE CES RESULTATS IL APPARAIT QUE LE CHAMP ELECTRIQUE RADIAL JOUE PROBABLEMENT UN ROLE IMPORTANT SUR LA STABILITE DES ONDES
