Etude du couplage linéaire et non-linéaire de l' onde hybride basse aux plasmas de Tokamaks.

• Auteur / Autrice : Melanie Preynas
• Direction : Xavier Litaudon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energie, rayonnement et Plasma
• Date : Soutenance le 05/10/2012
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Peter Beyer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Litaudon, Peter Beyer, Vladimir Fuchs, Jean-marcel Rax, Alain Becoulet, Ronald Parker, Paul Thomas, Marc Goniche
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Vladimir Fuchs, Jean-marcel Rax

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réacteurs à fusion

Ondes de plasma

Tokamaks

Mots clés libres

Fusion

Tokamak

Ondes plasma

Couplage de l'onde

Génération de courant

Antenne

Fully Active Multijunction

Passive Active Multijunction

Fusion

Tokamak

Plasma waves

Wave coupling

Lower Hybrid Current Drive

Antenna

Fully Active Multijunction

Passive Active Multijunction

Résumé

Afin de générer des plasmas performants sur de longues durées, un tokamak nécessite des dispositifs de chauffage et de génération de courant additionnels. Des antennes haute-fréquences, délivrant des puissances de plusieurs mégawatts au plasma, sont actuellement utilisées dans de nombreux tokamaks. Pour optimiser les performances de chauffage et de génération de courant obtenues avec le système LH (fréquence de quelques gigahertz), une bonne maitrise du couplage de l'onde émise par l'antenne au plasma de bord est nécessaire. Or, des effets non-linéaires dépendant du niveau de puissance HF injectée dans le plasma perturbent fortement le couplage de l'onde LH pour certains paramètres de bord (densité et température en particulier). Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur l'étude du couplage linéaire et non-linéaire de l'onde LH au plasma de bord. Dans le cadre de l'installation d'une antenne dite « Passive Active Multijunction » en 2009 sur le tokamak Tore Supra visant à tester le système LH proposé pour ITER, la caractérisation du couplage obtenu avec cette antenne a été réalisée à partir d'expériences menées à basse puissance sur Tore Supra. Les résultats, analysés conjointement avec l'utilisation d'un code de couplage (ALOHA), ont ainsi validé les prédictions théoriques prévoyant de bonnes propriétés de couplage à des densités de plasma de bord faibles. Par ailleurs, l'effet pondéromoteur a été clairement identifié comme responsable de la forte détérioration du couplage de l'onde mesurée sous certaines conditions de plasma de bord.

In order to achieve long pulse operation with a tokamak, additional heating and current drive systems are necessary. High frequency antennas, which deliver several megawatts of power to the plasma, are currently used in several tokamaks. Moreover, a good control of the coupling of the wave launched by the antenna to the edge plasma is required to optimize the efficiency of heating and current drive LH systems. However, non-linear effects which depend on the level of injected power in the plasma strongly damage the coupling of the LH wave at particular edge parameters (density and temperature profiles). Results presented in the manuscript deal with the study of the linear and non-linear coupling of the LH wave to the plasma. In the framework of the commissioning of the Passive Active Multijunction antenna in 2009 on the Tore Supra tokamak aiming at validating the LH system suggested for ITER, the characterisation of its coupling properties was realized from low power experiments. The experimental results, which are compared with the linear coupling code ALOHA, have valided the theoretical predictions of good coupling at edge plasma density around the cut-off density. Besides, the ponderomotive effect is clearly identified as responsible for the deterioration in the coupling of the wave, which is measured under particular edge plasma conditions. A theoretical model combining the coupling of the LH wave with the ponderomotive force is suggested to explain the experimental observations.