Self-organized turbulent transport in fusion plasmas

• Auteur / Autrice : Claudia Norscini
• Direction : Philippe Ghendrih
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière
• Date : Soutenance le 20/11/2015
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Alain Pocheau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Domiziano Mostacci, Guilhem Dif-Pradalier, George Tynan, Alberto Loarte
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Steve Tobias, Pascale Hennequin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmas (gaz ionisés) -- Chauffage

Tokamaks

Réacteur expérimental thermonucléaire international

Plasmas (gaz ionisés) -- Turbulence

Mots clés libres

L'auto-Organisation

Flux zonal

Turbulence

Avalanche

Pedestal

Transport barriers

Iter

Transport barriers

Self-Organization

Turbulence

Avalanche

Pedestal

Iter

Résumé

Barrières de transport (TB) sont un élément clé dans le contrôle de transport turbulent et atteindre la haute performance des ‘plasmas brûlants’. Les études théoriques abordent l’autorégulation de la turbulence comme une explication possible pour la formation de TB, mais une compréhension complète de ces dynamiques complexes est toujours manquante. Dans ce contexte, nous abordons l’auto-organisation dans le transport turbulent dans les plasmas de fusion dans le but de présenter une nouvelle compréhension de la dynamique des TB. Les outils numériques que nous utilisons des simulations de portée de la turbulence gyrocinétique plus complexe à simple turbulence des fluides 2D et prédateur-proie comme modèles.Deux principales caractéristiques de l'auto-organisation, les avalanches et les flux zonal (ZF), semblent contrôler transport à grande échelle. Dans la région de SOL (Scrape Off layer), événements avalancheux intermittents ne permettent pas séparation d'échelle dans le temps ou l'espace entre champs moyens et les modalités de fluctuation. Dans le bord (edge), la génération des doubles couches de cisaillement dans les profils de vitesse réduit le transport turbulent. Un modèle turbulent 2D pour la génération de ‘piedestal’, qui est non spécifique des plasmas de tokamak, a été mis au point, le piedestal étant localisée à l'interface entre les régions a différent amortissement d'écoulement zonal: edge et SOL. Les événements de relaxation quasi-périodiques sont étudiés réduisent le modèle à trois couplage des modes pour identifier l'interaction entre les streamers et les ZF et le rôle du Reynolds stress dans la génération et la saturation du TBs

Transport barriers (TB) are a key element in controlling turbulent transport and achieving high performance burning plasmas. Theoretical studies are addressing the turbulence self-regulation as a possible explanation for transport barrier formation but a complete understanding of such complex dynamics is still missing. In this context, we address self-organized turbulent transport in fusion plasmas with the aim of presenting a novel understanding of transport barriers dynamics. The numerical tools we use span simulations from the most complex gyrokinetic turbulence to simpler 2D fluid turbulence and predator-prey like models.Two features of self-organizations, avalanches and zonal flows (ZFs), appear to control large scale transport. In the SOL (Scrape Off Layer) , intermittent avalanche events do not allow for time or space scale separation between mean fields and fluctuation terms. In the edge, the generation of long living double shear layers in the profiles of the velocity reduces radial turbulent transport. Such radially distributed barriers govern profile corrugations. A 2D turbulent model for pedestal generation, which is not specific of Tokamak plasmas, has been developed, the pedestal being localized at the interface between regions with different zonal flow damping: the edge region, where zonal flows are weakly damped by collisions, and the SOL region characterized by zonal flow damping due to boundary conditions. Quasi-periodic relaxation events are studied reducing the model to three modes coupling to identify the interplay between streamers and ZFs and the role of Reynolds stress in the generation and saturation of TBs.