Modification par injection de courant d'ondes azimuthales dans une colonne de plasma magnétisée

Azimuthal waves modification by current injection in a magnetized plasma column

• Auteur / Autrice : Simon Vincent
• Direction : Nicolas Plihon, Vincent Dolique
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 09/12/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique (Lyon ; 1988-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascale Hennequin-Blondet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Plihon, Sedina Tsikata, Frédéric David Brochard, David Amans, Gerjan Hagelaar
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sedina Tsikata, Frédéric David Brochard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasma d'argon

Plasmas magnétisés

Plasmas (gaz ionisés)

Fusion au plasma

Ondes kilométriques

Mots clés libres

Plasma

Kelvin-helmholtz

Courant

Cathode

Camera

Ondes

Plasma

Waves

Kelvin-helmholtz

Camera

Cathode

Current

Résumé

Les ondes dites ''basse-fréquence'' sont omniprésentes dans les plasmas magnétisés. Observées notamment aux bords des plasmas de fusion, ces ondes sont responsable par turbulence d'onde d'un transport radial important. L'efficacité du confinement du plasma peut en être grandement affectée, ce qui constitue l'un des obstacles majeurs à la maîtrise d'une énergie de fusion énergétiquement rentable. Dans cette thèse des ondes basse-fréquence sont étudiées expérimentalement au sein d'une colonne de plasma d'Argon de longueur 1 m et de diamètre 20 cm. Le plasma est généré par une source inductive de puissance 1 kW, maintenu à une pression de 1 mTorr, et confiné par une champ magnétique axial prenant des valeurs de 170 à 640 G. Dans une première partie les profils radiaux des paramètres plasmas (densité, température électronique, potentiel plasma) sont évalués par mesures de sondes électrostatiques. Des mesures par caméra rapide de la lumière naturellement émise par le plasma donnent par ailleurs accès à l'évolution spatio-temporelle des ondes basse-fréquences. Une deuxième partie est dédiée à l'identification de ces ondes, à leurs intéractions non-linéaires, et au transport d'onde orienté vers l'intérieur qu'elles génèrent. Dans une dernière partie une électrode en Tungsten est placée au centre de la colonne de plasma, chauffée jusqu'au niveau d'émission thermoionique, puis polarisée négativement par rapport aux parois à la masse. Le courant électrique ainsi injecté dans le plasma modifie grandement son équilibre et les ondes basses-fréquences qui s'y développent. Des mesures simultanées de caméra rapide et de sonde mettent en évidence la transition vers un transport convectif intermittent orienté vers l'extérieur.

Low frequency waves are ubiquitous in magnetized plasmas. At the edge of fusion plasmas these waves are notably responsible, via wave turbulence, for an important radial transport. The plasma confinement can be greatly damaged, making these waves one of the most challenging obstacles to the achievement of sustained thermonuclear fusion. In this PhD thesis, low-frequency waves are studied experimentally in an Argon plasma column of length 1 m and diameter 20 cm. The plasma is generated via an inductive source of power 1 kW at a pressure of 1 mTorr and confined by an axial magnetic field ranging from 170 to 640 G. In a first part the plasma parameters (density, electronic temperature, plasma potential) radial profiles are assessed by electrostatic probe measurements. Besides, fast camera imaging of the light naturally emitted by the plasma provides the spatio-temporal evolution of the low-frequency waves. A second part is dedicated to the waves identification, their non-linear interactions, and the inward wave transport they generate. In a last part a Tungsten electrode is placed at the center of the plasma column, heated up to the level of thermoionic emission, and biased with respect to the chamber ground. The current thus injected in the plasma greatly modifies its global equilibrium and the developing low-frequency waves. Simultaneous probe / camera measurements show a transition towards a convective and intermittent outward transport.