Thèse soutenue

Impact des instabilités MHD bi-fluide sur le transport d’impuretés dans les plasmas de tokamaks

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Auteur / Autrice : Jae Heon Ahn
Direction : Hinrich LütjensXavier Garbet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique des plasmas
Date : Soutenance le 24/11/2016
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de physique théorique (Palaiseau, Essonne) - Centre de Physique Théorique [Palaiseau]
établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
Jury : Président / Présidente : Jean-Marcel Rax
Examinateurs / Examinatrices : Hinrich Lütjens, Xavier Garbet, Rémy Guirlet
Rapporteurs / Rapporteuses : Ian Chapman, Jonathan Graves

Mots clés

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Résumé

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Les performances des plasmas de fusion confinés magnétiquement peuvent être dégradées par l'accumulation d'impuretés. Plus particulièrement, les impuretés lourdes accumulées au centre du plasma diluent les réactifs, et peuvent aussi conduire à un collapse radiatif du plasma par de fortes pertes par rayonnement. La compréhension du transport des impuretés lourdes produites lors de l'interaction plasma-paroi est donc devenue cruciale.Le coeur du plasma est sujet à une instabilité magnétohydrodynamique (MHD) appelée ‘kink interne’, conduisant à des oscillations de relaxation nommées ‘dents de scie’. Les dents de scie entraînent une relaxation périodique de densité et de température dans le coeur du plasma, et affectent significativement le transport radial. Notamment, les particules et la chaleur sont redistribuées pendant un crash dont la durée est très courte par rapport au temps de confinement.En l'absence des instabilités MHD, le transport des impuretés est porté par les collisions (transport néoclassique) et la turbulence. Il est établi que le transport néoclassique est important pour les impuretés lourdes dans la région centrale du plasma de tokamak. Cependant, des mesures expérimentales du tokamak ASDEX-Upgrade montrent que la dynamique des impuretés en présence des dents de scie est différente des prédictions faites par les codes de transport.Dans cette thèse, l'outil numérique utilisé pour simuler les dents de scie est le code XTOR-2F, qui est un code non-linéaire tridimensionnel résolvant les équations de la MHD. Les équations fluides modélisant le transport des impuretés dans un régime de collisionalité élevée (Pfirsch-Schlüter) ont été implémentées et couplées avec l'ensemble des équations de la MHD bi-fluide.Les simulations montrent que les profils de densité d'impuretés sont affectés par les dents de scie, en accord avec les observations expérimentales. Ceci résulte d'une compétition entre processus néoclassiques et relaxations dues aux dents de scie.