Contrôle du rayonnement dans les plasmas de fusion par confinement magnétique

• Auteur / Autrice : Remi Dachicourt
• Direction : Bernard Pégourié
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et science de la matière
• Date : Soutenance le 01/10/2012
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Franck Rosmej
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascale Monier-Garbet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Chatelier, Juergen Rapp

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interactions plasma-onde

Tokamaks

Fusion nucléaire

Mots clés libres

Fusion

Thermonucléaire

Rayonnement

Tokamak

Impuretés

Iter

Tore Supra

Plasma

Fusion:thermonuclear

Radiation

Tokamak

Impurities

Iter

Tore Supra

Plasma

Résumé

La résolution d'un certain nombre de problèmes physiques est nécessaire au développement de réacteurs électrogènes utilisant la fusion thermonucléaire contrôlée. Le travail présenté ici traite du contrôle du rayonnement dans le cadre général de la tenue des matériaux aux flux de chaleur, ainsi que de l'opération d'un tokamak à forte densité. Ces deux points concernent plus particulièrement le futur réacteur de démonstration, appelé DEMO, pas intermédiaire entre ITER et un réacteur commercial. L'opération de DEMO sera contrainte par la nécessité de rayonner dans un large volume afin de limiter le dépôt de puissance localisé sur les plaques du divertor. Une grande fraction de rayonnement (80 à 90% de la puissance extraite) devra être obtenue tout en conservant un excellent confinement et une pollution réduite au cúur du plasma. Les études actuelles montrent que cette fraction de rayonnement est atteignable tout en limitant la contamination du plasma, mais l'amélioration des modèles de rayonnement est indispensable, tout comme les études concernant la compatibilité entre un bord fortement rayonnant et l'existence d'une barrière de transport permettant l'accès à un régime de confinement amélioré, le mode H. En parallèle, une forte densité (fraction de Greenwald supérieure à l'unité) est aussi indispensable pour atteindre la fraction de rayonnement désirée. De plus, la puissance fusion, et donc le bilan économique d'un réacteur est directement liée à la densité dans la zone de réaction, au centre du plasma.

The route presently envisaged towards the development of a commercial fusion power plant includes that a few remaining physics issues are solved. The present work addresses two of them: plasma radiation control, as a part of the more general power handling issue, and high density tokamak operation. These two issues will be most critical in the demonstration reactor, called DEMO, intermediate step between ITER and a future commercial reactor. For DEMO, the need to radiate a large fraction of the power so as to limit the peak power load on the divertor will be a key constraint. High confinement will have to be combined with high radiated power fraction, and the required level of plasma purity. A fractional radiated power, including bremsstrahlung radiation, of 80-90% of the total power loss will be required. Present studies suggest that this level of radiation could be achieved with acceptable levels of plasma contamination, but improvements are required in models of plasma radiation, and compatibility with the edge transport barrier of the H-mode has to be further assessed. Correlatively, high plasma density (typically with a Greenwald fraction above unity) is required, both because it allows efficient radiation of exhaust power to the reactor walls, and because the final cost of electricity is directly influenced by the achieved Greenwald value.