Transport turbulent d'impuretés dans un plasma magnétisé

Turbulent impurity transport in magnetized plasmas

• Auteur / Autrice : Nicolas Dubuit
• Direction : Gérard Bonhomme, Xavier Garbet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des plasmas
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Nancy 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fusion nucléaire contrôlée

Plasmas (gaz ionisés) -- Turbulence

Plasmas (gaz ionisés) -- Confinement

Plasmas (gaz ionisés) -- Impuretés

Tokamaks

Résumé

Le transport turbulent d'impuretés est une question essentielle pour le développement de la fusion par confinement magnétique. En effet, une accumulation d'impuretés au coeur du plasma induit des pertes d'énergies par radiation. Il est par contre prévu d'injecter des impuretés au bord pour extraire la chaleur par rayonnement. Ceci impose le contrôle et donc la compréhension du transport d'impuretés. Les formules du flux turbulent d'impuretés pour un spectre donné de fluctuations ont été dérivées. Pour ce faire, une théorie quasi-linéaire a été appliquée à une turbulence d'ondes de dérive. L'origine et les caractéristiques des principaux mécanismes d'accumulation, ou pincement, d'impuretés ont été identifiés. Une nouvelle version du code de turbulence fluide TRB a été développée. Cette nouvelle version permet de simuler le transport d'impuretés en présence d'une turbulence d'ondes de dérive électroniques et ioniques. Des simulations à flux nul, correspondant à un plasma en état stationnaire dont la source d'impureté est limitée au bord, ont confirmé la présence d'un pincement turbulent d'impuretés. Les prédictions de la théorie quasi-linéaire ont été vérifiées numériquement, et l'importance des mécanismes de pincement a été étudiée. En particulier le rôle dominant du pincement de courbure a été mis en évidence. Enfin, les simulations ont été comparées à des mesures effectuées lors d'expériences sur les tokamaks Tore Supra et JET. L'existence d'un pincement turbulent d'impuretés a été ainsi confirmée, de même que l'indépendence du transport en fonction de la charge de l'impureté.

The turbulent impurity transport is an essential issue for the achievement of magnetically confined fusion. Indeed, a build-up of impurities in the plasma core induces radiation energy losses. On the other hand, it is foreseen to inject impurities at the plasma edge in order to extract heat by radiation. These conditions impose control and therefore understanding of impurity transport. An analytical expression for the turbulent flux of impurities for a given turbulent spectrum have been derived using a quasilinear theory applied to a drift-wave turbulence. The nature and characteristics of the main accumulation (or pinch) mechanisms for impurities have been identified. A new version of the fluid turbulence code TRB has been developed. This version allows simulating the transport of impurities in electronic and ionic drift-wave turbulence. Zero-flux simulations, corresponding to a stationnary plasma whose impurity source is limited to the plasma edge, confirmed the presence of an impurity pinch. Quasilinear predictions have been numerically confirmed, and the relative importance of the various pinch mechanisms has been studied. The dominant role of curvature pinch has been shown. Finally, simulations have been compared to experimental measurements made on JET and Tore Supra tokamaks. The presence of a turbulent pinch of impurities has been confirmed, as well as the independence of transport on impurity charge.