Turbulent impurity transport in tokamak plasmas

• Auteur / Autrice : Shimpei Futatani
• Direction : Mohamed Sadruddin Mohamed-Benkadda, Xavier Garbet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des interactions ioniques et moléculaires. Physique et Sciences de la matière. Rayonnement et Plasmas
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Provence. Section sciences

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmas (gaz ionisés) -- Instabilités

Plasmas (gaz ionisés) -- Turbulence

Plasmas (gaz ionisés) -- Impuretés

Tokamaks

Résumé

L'objectif de cette thèse est de comprendre la dynamique du transport turbulent des impuretés dans les plasmas de fusion magnétique. Il s'appuie sur l'influence du champ turbulent qui induit un transport anormal. En outre, ce travail apporte des résultats nouveaux dans l'étude du transport d'impuretés en présence de deux instabilités différentes: l’instabilité liée au gradient de température ionique (ITG) et l'instabilité associée aux électrons piégés (TEM). Il est montré qu'en présence d'une barrière de transport interne (ITB) créée par une configuration de cisaillement magnétique inversé, on peut obtenir un renversement de la vitesse de pincement des impuretés. Ces dernières peuvent alors changer de direction de l'intérieur vers l'extérieur du plasma. Ce scénario est favorable à l'expulsion des impuretés de la région centrale, ce qui permet une décontamination du plasma de coeur. Le mécanisme de renversement du pincement de vitesse est attribué à un changement de direction du pincement de courbure et à une modification de l'instabilité sous-jacente dominante. Cette dernière est causée par un changement du gradient de la température ionique qui est une conséquence de la formation de l'ITB.

The aim of this thesis is to understand impurity transport dynamics in the magnetically confined fusion plasmas. This includes the influence of the turbulent field which induces an anomalous transport in the plasma. Furthermore, this work demonstrates remarkable aspects for impurity transport in two different instabilities: ``ion temperature gradient (ITG) and trapped electron mode (TEM)''. It is shown that in presence of an internal transport barrier (ITB) created by a reversed magnetic shear configuration, one can obtain the reversal of impurity pinch velocity which can change from inward direction to outward direction. This scenario is favourable for expelling impurities from the central region and decontaminating the core plasma. The mechanism of pinch reversal is attributed to a change of direction of the curvature pinch and to a modification of the dominant underlying instability caused by a change of the gradient of the ion temperature which is a consequence of the ITB formation.