Contrôle du profil de densité dans le plasma de Tore Supra : comparaison de différentes méthodes d'alimentation en particules

Density profile control in the plasma of Tore Supra : fuelling methods comparison

• Auteur / Autrice : Nicolas Commaux
• Direction : Christian Grisolia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des plasmas
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tokamaks

Plasmas (gaz ionisés)

Mots clés libres

Iter

International Thermonuclear Experimental Reactor

Résumé

Le comportement d’un plasma de réacteur en fonction de la méthode utilisée pour l’alimenter en particules est difficile à prévoir. Le travail présente ici a été réalisé sur Tore Supra. 2 sujets ont été étudiés : la comparaison du comportement d’un plasma a forte fraction de la densité de Greenwald selon la manière dont il est alimenté et l’étude de l’homogénéisation de la matière déposée par un glaçon (mode d’alimentation prévu pour ITER). Les expériences à forte fraction de Greenwald effectuées sur Tore Supra ont montré que le comportement du plasma dépend de la méthode d'alimentation. Le confinement de l'énergie avec les glaçons est en accord avec les prévisions établies. Ce comportement est moins favorable pour une alimentation par injection supersonique ou classique car une perte de confinement est ici observée. Ce phénomène n'est pas lié au transport mais à la position du dépôt de matière (au bord pour le gaz et au coeur pour les glaçons). Le travail concernant l'homogénéisation de la matière déposée par une injection de glaçon a pour but d'étudier le mouvement de dérive éjectant la matière déposée vers le côté faible champ. Un nouveau phénomène a été mis en évidence : l'influence des surfaces magnétiques à facteur de sécurité (q) entier. Quand la matière dérivant vers le côté faible champ traverse une telle surface, elle subit un phénomène qui arrête la dérive. Ce travail montre aussi que le mouvement de dérive suivant une injection de glaçon côté fort champ est négligeable sur Tore Supra. Cette étude confirme que l'alimentation par injection de glaçons sera un moyen essentiel d'alimentation pour ITER et que l'injection côté faible champ pourrait être reconsidéré.

The behaviour of a reactor-class plasma when fuelled using the existing techniques is difficult to foresee. The present work has been initiated on Tore Supra. Two topics have been studied: the comparison of the plasma behaviour when fuelled using the different techniques at high Greenwald density fractions and the study of the homogenisation following a pellet injection (fuelling technique for ITER burning plasmas). The experiments at high Greenwald density fractions performed on Tore Supra showed that the plasma behaviour is dependent on the fuelling method. The plasma energy confinement is following the scaling laws determined at low density when fuelled using pellet injection, which is better than for gas puffing and supersonic injection, both inducing a significant confinement loss. This behaviour is not related to transport but to the position of the matter source (at the edge for gas and close to the centre for pellets). The study concerning the homogenisation phenomena following a pellet injection aims to study the drift effect that expels the mater deposited toward the low field side. A new phenomenon was discovered: the influence of magnetic surfaces with an integer-valued safety factor (q). When the mater drifting toward low field side crosses an integer q surface, it experiences an effect that stops the drift motion. This study allows also determining that the drift following a pellet high field side injection appears negligible in Tore Supra. This work confirms that the pellet injection is an important tool for ITER plasma fuelling and that the low field side injection scheme should not be totally withdrawn for fuelling.