Etude de la dépendance de la densité du plasma à la séparatrice des tokamaks en fonction des paramètres d'ingénieur

Investigation of the dependency of separatrix density of tokamaks as a function of engineering parameters

• Auteur / Autrice : Julio José Balbin Arias
• Direction : Guido Ciraolo, Jérôme Bucalossi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique et physique des fluides
• Date : Soutenance le 30/03/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur la Fusion par confinement Magnétique (CEA Cadarache, Saint-Paul-lez-Durance)
• Jury : Président / Présidente : Eric Serre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paolo Innocente, Francesca Turco, Nicolas Fedorczak
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Roman ZAGORSKI, Giuseppe Calabrò

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lois d'échelle (physique nucléaire)

Tokamaks

Plasmas (gaz ionisés)

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Physique des plasmas

Tokamak

Jet

Mode-H

Base de données

Loi d’échelle

Plasma physics

Tokamak

Jet

H-Mode

Database

Scaling law

Résumé

L'analyse des décharges en mode H du JET considérées dans ce travail est détaillée. Une première analyse de l'ensemble des données montre que certains paramètres techniques ne peuvent pas être considérés comme indépendants pour notre analyse car de nombreuses décharges ont été réalisées en considérant les mêmes valeurs typiques de ces paramètres, tels que le champ magnétique toroïdal et le courant plasma. Ainsi, deux paramètres techniques principaux sont d'abord identifiés et seront utilisés pour la loi d'échelle sur le rapport entre la densité de la séparatrice et celle du socle supérieur, à savoir le courant plasma IP et la puissance totale injectée PTOTAL. Cette première loi d'échelle semble prédire assez bien les données expérimentales pour des valeurs faibles et moyennes de la densité de la séparatrice, alors qu'une forte divergence apparaît pour une densité élevée. Afin de mieux comprendre ce comportement, les décharges ont été analysées en fonction de la configuration magnétique du divertor. Une nette différence est observée entre les expériences avec une configuration magnétique du divertor en coin par rapport aux configurations horizontales-verticales ou verticales-verticales. Ce résultat suggère l'introduction d'un paramètre prenant en compte la qualité du confinement. De cette manière, un meilleur accord entre les prédictions et les résultats expérimentaux est obtenu pour les valeurs de basse et haute densité. Enfin, le même type d'étude est réalisé sur le TCV et une loi d'échelle prenant en compte les deux dispositifs est dérivée

The analysis of JET H-mode discharges considered for this work is detailed. A first analysis of the dataset shows that some engineering parameters cannot be considered as independent for our analysis because many discharges were performed considering the same typical values of these parameters, such as the toroidal magnetic field and the plasma current. Thus, two main engineering parameters are first identified and will be used for the scaling law on the ratio of the separatrix density to the top pedestal one, namely the plasma current IP and the total injected power PTOTAL. This first scaling law seems to predict the experimental data quite well for low and medium values of the separatrix density, while at high density a strong discrepancy appears. In order to get further insight on such behavior the discharges were analyzed in terms of divertor magnetic configuration. A clear difference is observed between experiments with a corner-corner divertor magnetic configuration compared to the horizontal-vertical ones or vertical-vertical ones. This result suggests the introduction a parameter taking into account the quality of confinement. In this way, a better agreement between predictions and experimental results is obtained for both low and high-density values. Finally, the same type of study is performed on TCV and a scaling law taking into account both devices is derived