Thèse soutenue

Transport d’impuretés dans les plasmas de fusion et impact sur le confinement global

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Auteur / Autrice : Kyungtak Lim
Direction : Etienne GravierMaxime Lesur
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 29/09/2021
Etablissement(s) : Université de Lorraine
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine ; 2018-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
Jury : Président / Présidente : Thierry Belmonte
Examinateurs / Examinatrices : Etienne Gravier, Maxime Lesur, Yann Camenen, Clemente Angioni, Eric Serre, Xavier Garbet, Laure Vermare
Rapporteurs / Rapporteuses : Yann Camenen, Clemente Angioni

Résumé

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L'énergie des étoiles et du Soleil en particulier provient de la fusion nucléaire. Au centre du Soleil, la température atteinte est de 15 millions de degrés. Avec une telle température, les électrons se libèrent des noyaux, générant un plasma. Le comportement du plasma est particulièrement complexe puisque chaque particule est influencée par des interactions à longue portée avec toutes les autres particules. La physique des plasmas cherche à décrire l'évolution et le comportement de tels systèmes. Dans la fusion nucléaire, la présence inévitable d'impuretés est étroitement liée à la fusion elle-même, à la présence de parois. Une compréhension approfondie du transport des impuretés est cruciale pour la réalisation du projet ITER. Au cours d'une décharge de plasma, diverses impuretés peuvent être présentes simultanément, par exemple, de l'hélium (He) en tant que réactif des réactions de fusion Deutérium (D)-Tritium (T), de l'argon (Ar) ou de l'azote (Ni) qui peuvent être injectés volontairement pour réduire le flux de chaleur sur le divertor, et des impuretés lourdes - carbone (C) et tungstène (W) - provenant des interactions plasma-paroi. Il est désormais bien connu que l'accumulation d'impuretés lourdes dans le cœur du plasma peut entraîner une chute des performances du réacteur en diluant le combustible principal DT et en rayonnant de l'énergie. Il existe trois mécanismes différents par lesquels le transport d'impuretés est généré : (i) la turbulence, (ii) les effets de collisions (transport néoclassique), et (iii) les instabilités MHD. Au cours de cette thèse, nous nous sommes limité au cas électrostatique, ainsi seuls les deux premiers mécanismes ont été étudiés numériquement et théoriquement. Dans ce manuscrit, nous avons étudié le transport turbulent et néoclassique des impuretés dans différentes configurations. Les résultats globaux obtenus tout au long de ce manuscrit impliquent que les impuretés lourdes ont tendance à s'accumuler dans la région centrale et sont très sensibles aux conditions externes. Heureusement, il semble qu'une utilisation appropriée d'un système de chauffage par résonance cyclotronique ionique (ICRH) peut atténuer l'accumulation de tungstène au cœur en réduisant l'asymétrie poloïdale et en augmentant le flux turbulent vers l'extérieur. L'application du système de chauffage ICRH dans GYSELA reste un des travaux futurs.