Modelisation et commande des plasmas de tokamak

Modelling and control of tokamak plasmas

• Auteur / Autrice : SYLVAIN BREMOND
• Direction : D. VIAULT
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées. Physique
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Paris 11

Résumé

Les plasmas de tokamaks a section elliptique, avantageux vis-a-vis du critere de lawson, sont verticalement instable. Nous avons obtenu une expression analytique des poles et zeros du systeme couple complet plasma-enceinte conductrice-bobines, qui permet de caracteriser la dynamique de l'instabilite en boucle ouverte a partir de la definition de deux parametres sans dimensions: le coefficient de couplage inductif entre les bobines et l'enceinte, et le rapport de l'efficacite stabilisante des bobines a celle de l'enceinte. On montre que l'effet passif des bobines permet d'elargir le domaine de stabilite a l'echelle du temps d'alfven, et de reduire le taux de croissance de l'instabilite, de facon d'autant plus ample que les deux parametres sont distincts. Des applications a tore supra -ou l'instabilite est due a l'attraction du noyau de fer- et a diii-d sont donnees. En revanche, on met en evidence un contre-effet de l'enceinte, qui entraine une inversion temporaire de l'effet de la commande des bobines sur le deplacement du plasma, lorsque le couplage inductif est superieur au rapport d'efficacite stabilisante. Cette situation, qui correspond en particulier au cas present d'iter, reduit significativement la marge de manuvre de la retroaction. Une precision du controle de la frontiere du plasma est necessaire afin d'avoir une meilleure maitrise de l'interaction avec la paroi et/ou du couplage avec les antennes de chauffage. La derive positionnelle de quelques mm/s observee sur le tokamak tore supra est expliquee et corrigee. Une identification parametrique de la reponse lineaire de la forme du plasma, a partir de calculs d'equilibres magnetohydrodynamiques perturbes, est effectuee et validee en comparaison avec l'experience. Une loi de commande optimale, basee sur la minimisation d'un critere integral quadratique ponderant l'erreur de suivi et la consommation, qui permet d'eviter l'apparition de doublets de courants dans les bobines, est mise en uvre. La realisation de deformations locales du plasma s'en trouve facilitee