Etude des électrons découplés produits pendant les disruptions des plasmas de Tokamak en environnement métallique

Study of tokamak plasma disruptions and runaway electrons in a metallic environment

• Auteur / Autrice : Sundaresan Sridhar
• Direction : Peter Beyer, Cédric Reux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energie, Rayonnement, Plasma
• Date : Soutenance le 03/11/2020
• 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) - CEA Cadarache (Bouches-du-Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Bucalossi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : István Pusztai, Michael Lehnen, Pascale Hennequin-Blondet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gabriella Pautasso, Jose Ramon Martin Solis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Jets de plasma

Fusion nucléaire

Technologie de rupture

Tokamaks

Mots clés libres

Electrons découplés

Tokamaks

Disruptions

JET tokamak

Electrons découplés companion plasma

1D diffusion model

Runaway electrons

Disruption

JET tokamak

Runaway companion plasma

1D diffusion model

Résumé

Les dispositifs de fusion de type tokamaks ont atteint des performances proches de celles nécessaires à réacteur industriel de fusion et les disruptions sont des événements majeurs dans lesquels l'énergie du plasma est perdue en un très court instant. Electrons découplés (RE), de par leur énergie (quelques 10ème\,MeV), peuvent endommager des composants internes du tokamak. La stratégie actuelle consiste à éviter la génération de RE à l’aide d’une injection massive de matière (MMI). Si leur génération ne peut pas être évitée, une 2ème MMI sera utilisée pour atténuer le faisceau d’électrons découplés. Après la 1ère MMI, un plasma de fond dense et froid d'impuretés MMI est formé et le 2ème MMI visant à atténuer l'emballement du faisceau d'électrons peut être inefficace dans ce plasma de fond, comme observé dans le tokamak JET. Comprendre la physique de l'interaction entre le faisceau d'électrons découplés et le 2ème MMI en présence du plasma de fond froid sera au centre de cette thèse.

Tokamaks are the devices currently closest to achieve nuclear fusion power and disruptions are unfavorable events in which the plasma energy is lost in a very short timescale causing damage to tokamak structures. RE beams are one of the consequence of disruptions and they carry the risk of in-vessel component damage. Thus, the prevention and control of the RE are of prime importance. The current strategy for runaway electrons is to avoid their generation by a massive material injection (MMI). If their generation cannot be avoided, a 2nd MMI will be used to mitigate the generated RE beam. After the 1st MMI to prevent RE generation, a background plasma of 1st MMI impurities is formed which make the second MMI inefficient to mitigate RE beams inefficient, as observed in the JET tokamak. In this thesis, the physics of the interaction between the RE beam and the mitigation MMI in the presence of a cold background plasma is studied.