Thèse soutenue

Simulations MHD à frontière libre des instabilités plasma dans les tokamaks
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Auteur / Autrice : Francisco Javier Artola Such
Direction : Peter BeyerAlberto Loarte
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Energie, rayonnement, plasma
Date : Soutenance le 27/11/2018
Etablissement(s) : Aix-Marseille
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique des Intéractions Ioniques et Moléculaires (PIIM) (Marseille)
Jury : Président / Présidente : Marina Bécoulet
Examinateurs / Examinatrices : Matthias Hoelzl, Guido Huijsmans
Rapporteurs / Rapporteuses : Fabio Villone, Hinrich Lütjens

Résumé

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Un des dispositifs les plus prometteurs pour réaliser la fusion contrôlée est le réacteur de type tokamak. Dans ces réacteurs, un plasma chaud ionisé est confiné à l'aide d'un champ magnétique intense. Ce travail de thèse porte sur l'étude d'une classe particulière d'instabilités au sein d'un tokamak. Cette étude est menée par des simulations numériques magnétohydro-dynamiques (MHD). Le code JOREK-STARWALL est adapté et appliqué pour étudier les instabilités dites à frontière libre. Ce type d'instabilités nécessitent un traitement spécial concernant les conditions de bord du plasma, où l'interaction du plasma avec le vide et les structures conductrices environnantes doit être prise en compte. JOREK-STARWALL permet d'étudier la physique de deux instabilités particulières à frontière libre: les modes localisés au bord ("Edge Localized Modes", ELMs) déclenchés par des oscillations de la position verticale du plasma et les évènements de déplacement vertical (Vertical Displacement Events, VDEs). Deux résultats majeurs sont obtenus: 1. Le déclenchement des ELMs par des oscillations de la position verticale est pour la première fois reproduit avec des simulations auto-cohérentes. Celles-ci permettent d'étudier le mécanisme physique sous-jacent à ce phénomène. Les simulations révèlent que pour le projet international ITER, ces ELMs déclenchés sont principalement dus à une augmentation du courant au bord du plasma due au mouvement vertical. 2. Pour les VDEs, plusieurs comparaisons effectuées avec d'autres codes MHD existants montrent un bon accord avec JOREK-STARWALL et permettant ainsi de réaliser des simulations pour estimer la quantité attendue de courants de halo dans ITER