Modelisation du transport dans le plasma de bord d'un tokamak PDF Download
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Author: Livia Isoardi
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 97
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Book Description
La fusion par confinement magnétique est une des voies actuellement explorées pour le développement d'une source d'énergie propre et durable. Un grand nombre de problèmes ouverts subsistent qui nécessitent un effort de recherche conjoint bien au delà de la thématique traditionnelle des plasmas chauds. La région de bord du plasma située aux grands rayons du tokamak est celle qui nous intéresse dans ce projet car elle joue un rôle crucial pour le confinement indispensable ainsi que dans la détermination des flux d'énergie et donc des performances globales de la machine. La physique de la région de bord est particulièrement complexe du fait du changement de topologie magnétique et de l'interaction du plasma avec d'importants puits et sources de matière, de quantité de mouvement et d'énergie. La description fluide du plasma à partir des premiers principes peut assurer le développement de codes numériques en usage routinier à l'échéance d'ITER. C'est dans ce contexte que je me suis attachée au développement d'un code fluide bidimensionnel pour la modélisation du plasma de bord en remettant à plat les modèles et en validant de manière systématique les méthodologies numériques. Une étude des équilibres pour des plasmas isothermes et non isothermes sera présentée.
Author: Livia Isoardi
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 97
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Book Description
La fusion par confinement magnétique est une des voies actuellement explorées pour le développement d'une source d'énergie propre et durable. Un grand nombre de problèmes ouverts subsistent qui nécessitent un effort de recherche conjoint bien au delà de la thématique traditionnelle des plasmas chauds. La région de bord du plasma située aux grands rayons du tokamak est celle qui nous intéresse dans ce projet car elle joue un rôle crucial pour le confinement indispensable ainsi que dans la détermination des flux d'énergie et donc des performances globales de la machine. La physique de la région de bord est particulièrement complexe du fait du changement de topologie magnétique et de l'interaction du plasma avec d'importants puits et sources de matière, de quantité de mouvement et d'énergie. La description fluide du plasma à partir des premiers principes peut assurer le développement de codes numériques en usage routinier à l'échéance d'ITER. C'est dans ce contexte que je me suis attachée au développement d'un code fluide bidimensionnel pour la modélisation du plasma de bord en remettant à plat les modèles et en validant de manière systématique les méthodologies numériques. Une étude des équilibres pour des plasmas isothermes et non isothermes sera présentée.
Author: Dominique Boucher
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Languages : fr
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L'OBJET DE CETTE THESE EST D'ABOUTIR A UNE MODELISATION DE L'ENSEMBLE DES PHENOMENES DE TRANSPORT OBSERVES DANS LE PLASMA D'UN TOKAMAK QUE CE SOIT POUR LE TRANSPORT DES PARTICULES OU CELUI DE L'ENERGIE. POUR CELA, UNE METHODE PREDICTIVE A ETE CHOISIE: LA MODELISATION SE TRADUIT EN EQUATIONS MATHEMATIQUES QUI SONT ENSUITE RESOLUES NUMERIQUEMENT DE MANIERE AUTO-CONSISTANTE. CELA PERMET D'ECRIRE UN SIMULATEUR DE TOKAMAK DONT ON PEUT ENSUITE COMPARER LES PREDICTIONS AUX OBSERVATIONS EXPERIMENTALES. LE MODELE DE TRANSPORT DE L'ENERGIE EST CELUI DE GRADIENT DE TEMPERATURE ELECTRONIQUE CRITIQUE DEVELOPPE PAR P-H REBUT ET AL. TANDIS QUE LE TRANSPORT DES PARTICULES EST UN TRAVAIL ORIGINAL PRESENTE DANS LA THESE. CE DERNIER MODELE MET EN EVIDENCE LE LIEN ETROIT ENTRE LE PROFIL DE FACTEUR DE SECURITE ET LE PINCH' DES PARTICULES. L'ENSEMBLE DE CES DEUX MODELES, COMPLETE PAR UNE MODELISATION ADEQUATE DE LA GEOMETRIE TORIQUE ET DES TERMES SOURCE, EST ENSUITE COMPARE A UNE GAMME TRES LARGE D'OBSERVATIONS EXPERIMENTALES (PRINCIPALEMENT REALISEES DANS LE TOKAMAK DU JET). EN PARTICULIER DES EXPERIENCES AUSSI DIVERSES QUE LES CHAUFFAGES HORS DE L'AXE, LES MODES H, LES MODES A IONS CHAUDS OU LES PLASMAS A PERFORMANCES AMELIOREES SUITE A UNE INJECTION DE GLACON (MODES P.E.P.) SONT REPRODUITS AVEC SUCCES PAR LE SIMULATEUR. CES SIMULATIONS DONNENT DE SOLIDES INDICATIONS EN FAVEUR DE L'EXISTENCE D'UN GRADIENT DE TEMPERATURE CRITIQUE ET PERMETTENT DE COMPRENDRE DE MANIERE COHERENTE LE TRANSPORT DES PARTICULES. DANS UN DERNIER TEMPS LES CONSEQUENCES D'UN TEL MODELE POUR LE FONCTIONNEMENT D'UN REACTEUR DE FUSION THERMONUCLEAIRE CONTROLEE SONT DETAILLEES
Author: Alejandro Parades
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 113
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Author: Patrice Laporte
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 120
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L'OBJET DE CETTE THESE EST L'ETUDE DU TRANSPORT DE PARTICULES DANS UN PLASMA DE TOKAMAK. ELLE A POUR TOILE DE FOND LA SIMULATION DE DECHARGES DE TOKAMAK. UN MODELE PHYSIQUE A ETE ELABORE POUR DECRIRE LE TRANSPORT DES IONS ET DES ATOMES NEUTRES DANS LES TOKAMAKS. L'EFFORT A SURTOUT PORTE SUR LA MODELISATION DU TRANSPORT DES ATOMES NEUTRES. L'OUTIL NUMERIQUE QUI DECOULE DE CE MODELE DE TRANSPORT PERMET, EN ASSURANT LA COMPATIBILITE AVEC LES DONNEES EXPERIMENTALES, D'IDENTIFIER LES COEFFICIENTS DE DIFFUSION ET DE CONVECTION QUI DETERMINENT LE FLUX DE PARTICULES. IL PERMET AUSSI CALCULER UN TEMPS DE CONFINEMENT DES PARTICULES REPRESENTATIF DU CUR DU PLASMA. DEUX RESULTATS EMERGENT DE L'ETUDE DU CONFINEMENT DES PARTICULES A PARTIR DES DEPOUILLEMENTS D'EXPERIENCES DU TOKAMAK TORE SUPRA. TOUT D'ABORD, LES VALEURS DES COEFFICIENTS DE TRANSPORT RESTENT SUPERIEURES AUX PREVISIONS THEORIQUES DANS LA REGION DU BORD DU PLASMA. ET ELLES DECROISSENT LORSQUE LA DENSITE ELECTRONIQUE MOYENNE AUGMENTE. CE COMPORTEMENT EST SIMILAIRE A CELUI DU TRANSPORT DE LA CHALEUR. L'ANOMALIE DU TRANSPORT PRESENTE CERTAINES CARACTERISTIQUES PROPRES A UNE TURBULENCE ELECTROSTATIQUE PROVOQUEE PAR L'INSTABILITE DITE D'IONISATION QUI APPARAIT COMME UN CANDIDAT AU BORD DU PLASMA ET A BASSE DENSITE. LE SECOND RESULTAT CONCERNE LA PARTIE CENTRALE DU PLASMA OU CERTAINES CARACTERISTIQUES PREVUES PAR CETTE THEORIE SE FONT JOUR. EN EFFET, LE FLUX DE CONVECTION DES PARTICULES EST COMPATIBLE AVEC LES PREVISIONS THEORIQUES. PAR CONTRE, LE COEFFICIENT DE DIFFUSION RESTE ANORMAL SUR TOUTE LA DECHARGE. UNE PEINTURE ASSEZ COMPLETE DU TRANSPORT DE PARTICULES DANS UN PLASMA DE TOKAMAK EST APPORTEE.
Author: Yu.N. Dnestrovskij
Publisher: Springer
ISBN: 3319068024
Category : Science
Languages : en
Pages : 140
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In this monograph the author presents the Canonical Profile Transport Model or CPTM as a rather general mathematical framework to simulate plasma discharges. The description of hot plasmas in a magnetic fusion device is a very challenging task and many plasma properties still lack a physical explanation. One important property is plasma self-organization. It is very well known from experiments that the radial profile of the plasma pressure and temperature remains rather unaffected by changes of the deposited power or plasma density. The attractiveness of the CPTM is that it includes the effect of self-organization in the mathematical model without having to recur to particular physical mechanisms. The CPTM model contains one dimensional transport equations for ion and electron temperatures, plasma density and toroidal rotation velocity. These equations are well established and in fact are essentially a reformulation the laws of energy, particle and momentum conservation. But the expressions for the energy and particle fluxes, including certain critical gradients, are new. These critical gradients can be determined using the concept of canonical profiles for the first time formulated in great detail in the book. This concept represents a totally new approach to the description of transport in plasmas. Mathematically, the canonical profiles are formulated as a variational problem. To describe the temporal evolution of the plasma profiles, the Euler equation defining the canonical profiles is solved together with the transport equations at each time step. The author shows that in this way it is possible to describe very different operational scenarios in tokamaks (L-Mode, H-Mode, Advanced Modes, Radiating Improved Modes etc...), using one unique principle. The author illustrates the application of this principle to the simulation of plasmas on leading tokamak devices in the world (JET, MAST, T-10, DIII-D, ASDEX-U, JT-60U). In all cases the small differences between the calculated profiles for the ion and electron temperatures and the experimental is rather confirm the validity of the CPTM. In addition, the model also describes the temperature and density pedestals in the H-mode and non steady-state regimes with current and density ramp up. The proposed model therefore provides a very useful mathematical tool for the analysis of experimental results and for the prediction of plasma parameters in future experiments.
Author: Patrice Laporte
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Author: Alessandro Casati
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : en
Pages : 121
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Le développement d'un modèle de transport gyrocinétique quasi-linéaire pour les plasmas de tokamak, conçu pour fournir des prévisions physiquement fiables des quantités thermodynamiques pertinentes, est une tâche qui a exigé des liens étroits entre les études théoriques, expérimentales et numériques. Le cadre du modèle ici développé, Qualikiz, qui exploite une réduction de complexité par rapport à la dynamique non-linéaire du plasma, permet de multiples validations de la compréhension actuelle de la micro-turbulence dans les tokamaks. Les principaux résultats de cette thèse découlent des étapes fondamentales de la formulation du modèle de transport quasi-linéaire, c'est-à-dire : (1) la vérification de la réponse quasi-linéaire contre les résultats numériques non-linéaires, (2) l'amélioration du modèle de la saturation grâce à une validation quantitative des codes non-linéaires contre les mesures de turbulence, (3) l'intégration du modèle quasi-linéaire dans un solveur de transport intégré.
Author: Federico David Halpern
Publisher:
ISBN: 9781109166835
Category :
Languages : en
Pages : 140
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Improved models for neoclassical tearing modes and anomalous transport are developed and validated within integrated modeling codes to predict toroidal rotation, temperature and current density profiles in tokamak plasmas. Neoclassical tearing modes produce helical filaments of plasma, called magnetic islands, which have the effect of degrading tokamak plasma confinement or terminating the discharge. An improved code is developed in order to compute the widths of multiple simultaneous magnetic islands whose shapes are distorted by the radial variation in the magnetic perturbation [F. D. Halpern, et al., J. Plasma Physics 72 (2006) 1153]. It is found in simulations of DIII-D and JET tokamak discharges that multiple simultaneous magnetic islands produce a 10% to 20% reduction in plasma thermal confinement. If magnetic islands are allowed to grow to their full width in ITER fusion reactor simulations, fusion power production is reduced by a factor of four [F. D. Halpern, et al., Phys. Plasmas 13 (2006) 062510]. In addition to improving the prediction of neoclassical tearing modes, a new Multi-Mode transport model, MMM08, was developed to predict temperature and toroidal angular frequency profiles in simulations of tokamak discharges. The capability for predicting toroidal rotation is motivated by ITER simulation results that indicate that the effects of toroidal rotation can increase ITER fusion power production [F. D. Halpern et al., Phys. Plasmas 15 (2008), 062505]. The MMM08 model consists of an improved model for transport driven by ion drift modes [F. D. Halpern et al., Phys. Plasmas 15 (2008) 012304] together with a model for transport driven by short wavelength electron drift modes combined with models for transport driven by classical processes. The new MMM08 transport model was validated by comparing predictive simulation results with experimental data for 32 discharges in the DIII-D and JET tokamaks. It was found that the prediction of intrinsic plasma rotation is consistent with experimental measurements in discharges with zero net torque. A scaling relation was developed for the toroidal momentum confinement time (angular momentum divided by net torque) as a function of plasma current and torque per ion.
Author: Patrick Tamain
Publisher:
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Category :
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: Junpeng Guo
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : en
Pages : 98
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