Impact de la triangularité du plasma sur le confinement des tokamaks

Impact of the plasma triangularity on the confinement of tokamaks

• Auteur / Autrice : Ludovica De gianni
• Direction : Yanick Sarazin, Peter Donnel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : ENERGIE, RAYONNEMENT ET PLASMA
• Date : Inscription en doctorat le 02/11/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et sciences de la matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEA Cadarache - fusion (IRFM pour ED 352)

Mots clés

Mots clés libres

Tokamak

Triangularité

Transport

Tokamak

Triangularity

Transport

Résumé

Le confinement du plasma dans un tokamak est essentiel à sa performance en terme de puissance fusion. Expérimentalement, ce confinement dépend fortement de la triangularité du plasma, quand la section du tore de plasma présente une asymétrie interne-externe. De fait, les plasmas à triangularité négative – dont un des sommets du triangle pointe vers l'axe de symétrie du tore – présentent un confinement approximativement doublé par rapport à ceux à triangularité positive. Les configurations à triangularité négative sont difficiles à réaliser expérimentalement dans les machines actuelles, car non conçues dans cet objectif. A l'inverse, théorie et simulation numérique sont des approches particulièrement adaptées pour explorer l'impact de la triangularité sur le confinement. Si le transport de chaleur au cœur des tokamaks est en général dominé par la turbulence, le rôle des collisions ne peut cependant pas être ignoré, notamment au bord où la triangularité est maximale. Dans ce cadre, le sujet de thèse proposé vise à étudier l'impact de la triangularité du plasma sur la turbulence et le transport collisionnel. Des simulations numériques seront réalisées à l'aide du code gyrocinétique à cinq dimensions GYSELA développé à l'IRFM. Une approche analytique sera également menée en vue d'identifier les mécanismes physiques en jeu dans les simulations – notamment comment les principales instabilités dépendent de la triangularité. Cette étude devrait permettre d'évaluer la pertinence de la construction d'un grand tokamak à triangularité négative.

The confinement of the plasma in a tokamak is essential to its performance in terms of fusion power. Experimentally, it appears that this confinement strongly depends on the triangularity of the plasma, when the cross-section of the plasma torus exhibits a triangular shape. In fact, plasmas with negative triangularity (when one summit of the triangle points towards the symmetry axis) present a confinement approximately doubled compared to those with positive triangularity. Negative triangularity configurations are difficult to achieve experimentally in present day tokamaks since they have not been designed in that perspective. On the contrary, theory and numerical simulation are particularly suited to explore the impact of triangularity on confinement. If the heat transport in the core of tokamaks is generally dominated by turbulence, the role of collisions cannot be ignored, especially at the edge where the triangularity is maximal. In this context, the proposed thesis aims at studying the impact of the plasma triangularity on turbulence and collisional transport. Numerical simulations will be performed using the five-dimensional gyrokinetic code GYSELA developed at IRFM. An analytical approach will also be carried out to identify the physical mechanisms involved in the simulations - in particular how the main instabilities depend on the triangularity. This study should make it possible to evaluate the relevance of building a large tokamak with negative triangularity.