ETUDE DE LA TURBULENCE DE BORD DANS LES PLASMAS DE TOKAMAKS PDF Download
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Author: YANICK.. SARAZIN
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Languages : fr
Pages : 224
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Book Description
CETTE THESE REMET EN CAUSE LA DESCRIPTION CLASSIQUE DU TRANSPORT TURBULENT EN TERME DE DIFFUSION, ET PROPOSE UN NOUVEAU CADRE D'ANALYSE THEORIQUE. DANS LES PLASMAS, L'APPROCHE STANDARD DE LA TURBULENCE SUPPOSE QUE LA TAILLE ET LA FREQUENCE CARACTERISTIQUES DES FLUCTUATIONS SONT TRES INFERIEURES A CELLES DE L'EQUILIBRE. CETTE HYPOTHESE PERMET UNE ETUDE AVEC UN FORCAGE PAR UN GRADIENT D'EQUILIBRE CONSTANT. NOTRE ETUDE PRIVILEGIE LE FORCAGE PAR UN FLUX, LEVANT AINSI LA CONTRAINTE DE SEPARABILITE D'ECHELLE. NOUS DEVELOPPONS UN MODELE CELLULAIRE 1D AUTO-ORGANISE CRITIQUE OU SOC. LE TRANSPORT LOCAL A SEUIL EN GRADIENT EST COUPLE A L'ETAT DES SITES VOISINS. LE SYSTEME EST FORCE PAR UNE SOURCE COHERENTE EN VOLUME, L'IONISATION DES NEUTRES. EN ACCORD AVEC L'EXPERIENCE, LE TRANSPORT MOYEN PEUT ETRE DECRIT EN TERMES DE DIFFUSION ET DE CONVECTION, BIEN QUE LE TRANSPORT LOCAL SOIT D'UNE TOUTE AUTRE NATURE. L'INSTABILITE D'INTERCHANGE EST ETUDIEE SUR LES LIGNES DE CHAMP OUVERTES CONNECTEES A LA PAROI. LE MODELE 2D DE CETTE INSTABILITE A SEUIL EST UTILISE DANS LES DEUX CAS DE FORCAGE, PAR UN GRADIENT ET PAR UN FLUX. DANS LE PREMIER CAS, LE TRANSPORT EST HOMOGENE ET DIFFUSIF. LA TAILLE DES CELLULES TURBULENTES EST FIXEE PAR L'ALLURE DU TAUX DE CROISSANCE ET LES CONDITIONS AUX LIMITES IMPOSEES PAR L'INTERFACE PLASMA-PAROI ; LES PROCESSUS DE CASCADE D'ENERGIE JOUENT UN ROLE NEGLIGEABLE. LORSQUE LE SYSTEME EST FORCE PAR UN FLUX CONSTANT, LE TRANSPORT EST INHOMOGENE ET CARACTERISE PAR UN FLUX SORTANT CONVECTIF INTERMITTENT, DES AVALANCHES. UNE STATISTIQUE SUR DES PARTICULES TEST NE REND QUE PARTIELLEMENT COMPTE DU TRANSPORT FLUIDE OBSERVE. LE MODELE REPRODUIT LES OBSERVATIONS EXPERIMENTALES :LES FLUCTUATIONS RELATIVES DE DENSITE SONT MAXIMALES AU BORD, ET LE PROFIL EXHIBE UNE DECROISSANCE EXPONENTIELLE, A NOUVEAU COMPATIBLE AVEC UN TRANSPORT DIFFUSIF, BIEN QUE LE TRANSPORT REEL NE LE SOIT PAS.
Author: YANICK.. SARAZIN
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Languages : fr
Pages : 224
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CETTE THESE REMET EN CAUSE LA DESCRIPTION CLASSIQUE DU TRANSPORT TURBULENT EN TERME DE DIFFUSION, ET PROPOSE UN NOUVEAU CADRE D'ANALYSE THEORIQUE. DANS LES PLASMAS, L'APPROCHE STANDARD DE LA TURBULENCE SUPPOSE QUE LA TAILLE ET LA FREQUENCE CARACTERISTIQUES DES FLUCTUATIONS SONT TRES INFERIEURES A CELLES DE L'EQUILIBRE. CETTE HYPOTHESE PERMET UNE ETUDE AVEC UN FORCAGE PAR UN GRADIENT D'EQUILIBRE CONSTANT. NOTRE ETUDE PRIVILEGIE LE FORCAGE PAR UN FLUX, LEVANT AINSI LA CONTRAINTE DE SEPARABILITE D'ECHELLE. NOUS DEVELOPPONS UN MODELE CELLULAIRE 1D AUTO-ORGANISE CRITIQUE OU SOC. LE TRANSPORT LOCAL A SEUIL EN GRADIENT EST COUPLE A L'ETAT DES SITES VOISINS. LE SYSTEME EST FORCE PAR UNE SOURCE COHERENTE EN VOLUME, L'IONISATION DES NEUTRES. EN ACCORD AVEC L'EXPERIENCE, LE TRANSPORT MOYEN PEUT ETRE DECRIT EN TERMES DE DIFFUSION ET DE CONVECTION, BIEN QUE LE TRANSPORT LOCAL SOIT D'UNE TOUTE AUTRE NATURE. L'INSTABILITE D'INTERCHANGE EST ETUDIEE SUR LES LIGNES DE CHAMP OUVERTES CONNECTEES A LA PAROI. LE MODELE 2D DE CETTE INSTABILITE A SEUIL EST UTILISE DANS LES DEUX CAS DE FORCAGE, PAR UN GRADIENT ET PAR UN FLUX. DANS LE PREMIER CAS, LE TRANSPORT EST HOMOGENE ET DIFFUSIF. LA TAILLE DES CELLULES TURBULENTES EST FIXEE PAR L'ALLURE DU TAUX DE CROISSANCE ET LES CONDITIONS AUX LIMITES IMPOSEES PAR L'INTERFACE PLASMA-PAROI ; LES PROCESSUS DE CASCADE D'ENERGIE JOUENT UN ROLE NEGLIGEABLE. LORSQUE LE SYSTEME EST FORCE PAR UN FLUX CONSTANT, LE TRANSPORT EST INHOMOGENE ET CARACTERISE PAR UN FLUX SORTANT CONVECTIF INTERMITTENT, DES AVALANCHES. UNE STATISTIQUE SUR DES PARTICULES TEST NE REND QUE PARTIELLEMENT COMPTE DU TRANSPORT FLUIDE OBSERVE. LE MODELE REPRODUIT LES OBSERVATIONS EXPERIMENTALES :LES FLUCTUATIONS RELATIVES DE DENSITE SONT MAXIMALES AU BORD, ET LE PROFIL EXHIBE UNE DECROISSANCE EXPONENTIELLE, A NOUVEAU COMPATIBLE AVEC UN TRANSPORT DIFFUSIF, BIEN QUE LE TRANSPORT REEL NE LE SOIT PAS.
Author: Yanick Sarazin
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Languages : fr
Pages : 0
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Author: Patrick Tamain
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Languages : fr
Pages : 174
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Le transport de la matière dans la zone de bord des tokamaks joue un rôle déterminant à la fois au centre sur les performances du plasma, puisqu’il gouverne l’établissement des profils de densité à partir de l’alimentation externe en particules, et en périphérie sur la durée de vie des composants face au plasma, puisqu’il fixe les flux de particules et d’énergie tombant sur les parois. Ce sujet reste cependant relativement peu exploré car l’interaction du plasma avec d’importants puits et sources de matière, quantité de mouvement et énergie rend la modélisation complexe. Dans la perspective d’ITER, des interrogations subsistent en particulier sur la capacité des systèmes d’alimentation par injection de gaz à atteindre les niveaux de densité élevés souhaités sans dégrader le confinement du plasma, ainsi que sur la forme des profils de densité obtenus et l’intensité des écoulements de matière au bord. Cette thèse s’inscrit dans un effort visant à mieux cerner les mécanismes régissant les flux de matière dans le plasma de bord et leur impact sur ces questions. Dans une première phase de notre travail, nous proposons une approche originale pour la modélisation de l’alimentation par injection de gaz en nous focalisant sur l’impact thermique de l’injection sur le plasma. En nous appuyant sur des modèles analytiques et numériques à nombre réduit de dimensions, nous démontrons en particulier l’existence de bifurcations thermiques déclenchées par l’injection et leur importance dans la dynamique du dépôt de matière. On montre ainsi que dans le cas de Tore Supra, le refroidissement local lié à une forte injection peut permettre une pénétration accrue de la matière (r/a = 1.1 à r/a = 0.9 en rayon normalisé), mais peut également mener à un déséquilibre thermique de l’ensemble du plasma en deçà d’un certain ratio puissance de chauffage / source de particules. L’extrapolation de cette étude pour ITER reste pessimiste quant à la profondeur de pénétration des neutres injectés. Toutefois, la sensibilité des résultats de ces modèles simplifiés à l’interaction entre les directions parallèle et perpendiculaire au champ magnétique montre la nécessité de développer des outils numériques modélisant de façon cohérente le transport de la matière dans les deux directions. Ceci a mené au développement d’un nouveau code 3D, présenté dans la seconde partie de ce travail. Il s’agit d’un code global en géométrie torique, prenant en compte les effets de courbure. Il résout les équations de dérive fluide électrostatique sans hypothèse de séparation d’échelle, ce qui permet de traiter avec le même outil les problématiques de transport à grande échelle comme les phénomènes de turbulence à petite échelle. Deux versions du code ont été développées et validées : l’une se place dans les lignes de champ fermées ; l’autre, plus lourde numériquement, inclut à la fois la Scrape Off Layer (SOL) et la partie externe du plasma confiné. Dans une dernière partie, le code est appliqué à la problématique des asymétries poloïdales sur les écoulements de matière dans la SOL, observées expérimentalement mais dont l’origine reste difficile à expliquer. Les simulations reproduisent l’ordre de grandeur des amplitudes mesurées et mettent à jour deux mécanismes distincts susceptibles de jouer un rôle dans ce phénomène, l’un à grande échelle, l’autre au niveau de la turbulence. Le premier vient d’un couplage entre les dérives à grande échelle et les effets de courbure dans la SOL, le second est lié à un ballonnement du flux radial turbulent côté faible champ. Enfin, l’importance de la résistivité parallèle du plasma sur les caractéristiques du transport turbulent est analysée et nous revenons sur l’impact d’une injection localisée de matière sur les propriétés de la turbulence.
Author: Julie Payan
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Languages : fr
Pages : 162
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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
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Languages : en
Pages : 89
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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: Gilles Depret
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Languages : fr
Pages : 126
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Book Description
La réaction de fusion thermonucléaire contrôlée est un moyen d'obtenir de l'énergie à partir de ressources pratiquement illimitées. Les fortes températures de réaction mises en jeu (quelques centaines de millions de degrés) nécessitent de confiner le plasma (gaz de particules ionisées) dans une enceinte immatérielle. Ce confinement est réalisé soit à l'aide de lasers (fusion inertielle), soit à l'aide de champs magnétiques intenses. Nous nous intéressons dans cette thèse à la fusion par confinement magnétique dans les tokamaks et notamment à une instabilité que l'on rend responsable de la dégradation du confinement : l'instabilité d'ions piégés. La configuration magnétique d'un tokamak est telle que les particules suivent les lignes de champ magnétique s'inscrivant sur des tores emboîtés les uns dans les autres. Toutefois, toutes les particules ne présentent pas le même mouvement au sein du plasma et certaines sont ainsi piégées dans des miroirs magnétiques locaux. La présence d'un gradient de température ionique favorise un transfert d'énergie onde-particule à la fréquence de précession des ions piégés et génère ainsi l'instabilité. Nous faisons appel à la simulation numérique pour son étude. Un code Vlasov utilisant une méthode originale de résolution, la méthode semi-Iagrangienne a ainsi été mis au point. La grande stabilité de ce schéma numérique et son adéquation au calcul parallèle nous ont permis de tester avec succès ce code en le comparant au modèle théorique des modes d'ions piégés pour des simulations proches du seuil d'instabilité. En particulier, les taux de croissance issus des simulations sont en très bon accord avec ceux donnés par une théorie linéaire que nous avons développée. Nous sommes donc capable de suivre le développement d'une instabilité et de la caractériser par son seuil, par son taux de croissance et par son comportement en phase de saturation (calcul du flux de chaleur).
Author: Thomas Gerbaud
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Languages : fr
Pages : 0
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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: Shimpei Futatani
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Languages : en
Pages : 205
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The aim of this thesis is to understand impurity transport dynamics in the magnetically confined fusion plasmas. This includes the influence of the turbulent field which induces an anomalous transport in the plasma. Furthermore, this work demonstrates remarkable aspects for impurity transport in two different instabilities: ``ion temperature gradient (ITG) and trapped electron mode (TEM)''. It is shown that in presence of an internal transport barrier (ITB) created by a reversed magnetic shear configuration, one can obtain the reversal of impurity pinch velocity which can change from inward direction to outward direction. This scenario is favourable for expelling impurities from the central region and decontaminating the core plasma. The mechanism of pinch reversal is attributed to a change of direction of the curvature pinch and to a modification of the dominant underlying instability caused by a change of the gradient of the ion temperature which is a consequence of the ITB formation.
Author: Satoru Sugita
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 144
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Book Description
Il est maintenant accepté expérimentalement que les filaments de plasma alignés sur le champ magnétique, appelés “blobs”, jouent un rôle important dans le transport dans le plasma de bord. Dans cette thèse, les phénomènes fondamentaux du transport dans le plasma de bord sont étudiés en mettant l'accent sur le phénomène de filaments plasma. Dans un premier temps, les mécanismes de propagation de blobs uniques sont envisagés. Puis la génération de blobs par la turbulence de bord est étudiée, et le transport turbulent est discuté entant que phénomène collectif. Des particularités du transport turbulent, incluant les blobs auto-organisés, sont reliées à un transport de type Bohm (c'est à dire des perturbations avec des corrélations radiales longues, et un coefficient de transport effectif quisuit la dépendance Bohm). De plus, en prolongement de ce travail, un effort initial vers une transposition du transport non-local au plasmade bord est décrite.
