Dépendances paramétriques expérimentales du transport des impuretés métalliques dans le tokamak Tore Supra

Parametric dependences of impurity transport in the tore supra tokamak

• Auteur / Autrice : Thomas Parisot
• Direction : Laurence Mouret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Rayonnement et plasmas
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Provence. Section sciences

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tokamaks

Spectroscopie des plasmas

Transfert de masse

Plasmas (gaz ionisés) -- Impuretés

Résumé

Dans le cadre de ce travail de thèse, un ensemble complet d’outils d' investigation expérimentale du transport des impuretés a été développé sur le tokamak Tore Supra. Il inclut la mise en fonctionnement d’un système d’injection d’impuretés métalliques par ablation laser et des développements pour le code de transport interprétatif ITC permettant de déterminer les coefficients de transport expérimentaux des impuretés (diffusion et convection). Cet outil a été utilisé pour réaliser et analyser plusieurs expériences visant à mettre en évidence des dépendances paramétriques du transport des impuretés. Dans une première expérience, il a permis d’exprimer le temps de confinement du nickel dans Tore Supra en fonction de la collisionalité ν∗ et du rayon de Larmor normalisé ρ∗. Ensuite, l’influence de la charge de l’impureté a été étudiée dans différentes conditions : régime ohmique avec et sans dents de scie, et mode L sans dents de scie avec chauffage LH. Aucun effet de la charge n’est observé, conformément aux prédictions théoriques des codes néoclassique (NCLASS) et de transport turbulent, gyrofluide non linéaire (TRB) ou gyrocinétique quasilinéaire (QuaLiKiz), sauf dans les plasmas avec puissance LH où le temps de confinement semble décroître pour les impuretés plus lourdes. Cette observation n’est expliquée par aucun des modèles disponibles. Le transport observé est néoclassique entre les relaxations de dents de scie, au centre (r < rq=1) des plasmas ohmiques, turbulent en dehors. En l’absence de dents de scie, il est turbulent partout, en mode ohmique ou mode L. La forme du profil du coefficient de diffusion est alors qualitativement différente, avec une transition entre la zone centrale faiblement turbulente et la périphérie plus fortement turbulente plus interne est plus marquée pour le plasma avec puissance LH.

During this PhD work, a full setup of tools for an experimental investigation of impurity transport has been developed on the Tore Supra tokamak. It includes a laser blow-off system for metallic impurity injections and developments for ITC, an interpretative transport code which allows to extract the experimental impurity transport coefficients (diffusion and convection velocity). This tool has been used to perform and analyse several experiments, to evidence parametric dependences of impurity transport. In a first experiment, a confinement time law for nickel in Tore Supra has been obtained as a function of collisionality ν∗ and normalized Larmor radius ρ∗. Then the impurity charge Z role has been investigated in various conditions : ohmic regime with or without sawteeth, and sawtoothless L-mode with LH power. No Z effect is observed, consistently with theoretical predictions, whether neoclassical (NCLASS) or for turbulent transport with both non linear gyrofluid (TRB) and quasilinear gurokinetic (QuaLiKiz) simulations. An exception is found for LH heated plasmas where the confinement time seems to decrease for the heaviest impurities. This is not explained by any model available. The observed transport is close to neoclassical between sawtooth relaxations, in the centre (r < rq=1) of ohmic plasmas, turbulent outside. Without sawteeth, it is turbulent in the whole plasma, for ohmic or L mode discharges. The profile shape of the diffusion coefficient is here qualitatively different, with a stronger and deeper transition between the low diffusion central region and a more turbulent peripheral region for LH heated plasmas.