Comprendre la transition de confinement bas à haut dans les plasmas tokamak

Understanding the low to high confinement transition in tokamak plasmas

• Auteur / Autrice : Anshu Liang
• Direction : Annika Ekedahl, Xiao-Lan Zou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energie, Rayonnement, Plasma
• Date : Soutenance le 12/01/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur la Fusion par confinement Magnétique (CEA Cadarache, Saint-Paul-lez-Durance)
• Jury : Président / Présidente : Peter Beyer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Min Xu
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ahdi Liu, Laure Vermare

Mots clés

Mots clés contrôlés

Champs électromagnétiques

Actionneurs plasmas

Tokamaks

Mots clés libres

Tokamak

Hl-2a

West

Transition L-H

Cisaillement de vitesse

Lhcd

Tokamak

Hl-2a

West

L-H transition

Velocity shear

Lhcd

Résumé

Les travaux présentés dans cette thèse sont consacrés à la compréhension du mécanisme physique de la transition L-H. Le mécanisme d'entraînement du cisaillement de vitesse dans le bord du plasma a été étudié à l'aide d'une injection de puissance d'entraînement à courant hybride inférieur (LHCD) sur le tokamak HL-2A en Chine. Il a été montré que l'augmentation du cisaillement de vitesse est principalement entraînée par le terme diamagnétique ionique du champ électrique radial Er. Au cours de la transition L-H, on observe que le terme diamagnétique ionique du champ électrique radial Er joue un rôle dominant dans l'augmentation du cisaillement de vitesse, tandis que les contributions des termes de vitesse poloïdal et toroïdal sont négligeables. Le cisaillement de vitesse doit atteindre une valeur critique pour permettre à la transition L-H de se produire. Cela signifie que la valeur critique joue un rôle de seuil de cisaillement de vitesse pour la transition L-H. De plus, l'effet stimulé de l'injection de faisceaux moléculaires supersoniques (SMBI) sur la transition L-H a également été étudié sur HL-2A. Les résultats suggèrent que le SMBI pourrait être une méthode fiable pour réduire le seuil de puissance de transition L-H et contrôler la transition L-H dans les futurs réacteurs de fusion. Enfin, des efforts ont été faits sur l'optimisation du couplage LHCD sur le tokamak WEST en France et une analyse du couplage de l'onde LH dans les plasmas WEST a été réalisée. L'analyse montre que le remodelage toroïdal du lanceur multijonction entièrement actif effectué avant son installation à WEST a été un succès.

The works presented in this thesis are devoted to understand the physical mechanism of the L-H transition. The driving mechanism of the velocity shear in the plasma edge has been studied using lower hybrid current drive (LHCD) power injection on the HL-2A tokamak in China. It has been shown that the increase of the velocity shear is mainly driven by the ion diamagnetic term of the radial electric field Er. During the L-H transition, it is observed that the ion diamagnetic term of the radial electric field Er plays a dominant role in the increase of velocity shear, while the contributions of the poloidal and toroidal velocity terms are negligible. The velocity shear must reach a critical value to allow the L-H transition to occur. This means that the critical value plays a role as a velocity shear threshold for the L-H transition. In addition, the stimulated effect of supersonic molecular beam injection (SMBI) on the L-H transition has also been investigated on HL-2A. The results suggest that SMBI could be a reliable method for reducing the L-H transition power threshold and controlling the L-H transition in future fusion reactors. Finally, efforts have been made on the optimization of LHCD coupling on the WEST tokamak in France and an analysis of the LH wave coupling in WEST plasmas has been carried out. The analysis shows that the toroidal reshaping of the fully-active-multijunction launcher carried out before its installation in WEST was successful. The experiments have also shown that the reshaping of the passive-active-multijunction launcher is necessary in order to avoid overheating on the launcher front in long pulses.