Étude et optimisation des différentes techniques pour la production, la conversion, la propagation et le rayonnement des micro-ondes à haute puissance pour le chauffage du plasma à la fréquence cyclotronique électronique

par Luigi Rebuffi

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Didier Véron.

Soutenue en 1987

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

Le président du jury était Jean-Loup Delcroix.

Le jury était composé de J. P. Crenn, Didier Véron, Georges Mourier, Jean-Loup Delcroix, Jean-Max Buzzi.


  • Résumé

    Au cours de l'expérience de chauffage à la fréquence de résonance cyclotronique des électrons d'un plasma sur le tokamak TFR de Fontenay-aux-Roses, une puissance totale d'environ 660 KW pour une durée de 100 msec a été produite à 60 GHz et transportée avec le minimum de perte des sources gyrotrons) au tokamak, grâce à trois lignes de transmission composées de guides d'onde circulaires métalliques surdimensionnés. Pendant ce travail de thèse nous avons en premier lieu réalisé des tests à basse puissance des différents composants des lignes pour en vérifier les qualités. Outre des caractéristiques particulières de quelques composants des lignes, des résultats intéressants de mesures de rayonnement des modes TE11 HE11 de l'antenne circulaire (guide d’onde tronqué) ont été obtenus, notamment dans la zone du "champ proche" de l'antenne (interférence constructive et destructive). Dans le cours du travail, nous avons étudié et testé un miroir de rotation de polarisation destiné à être installé dans la chambre vide du tokamak, pour faire tourner avec l'efficacité maximale (˃99%) la polarisation de l'Onde incidente. A l'occasion de ce projet nous avons développé une theorie unique généralisée aux divers types de miroir de rotation de la polarisation théorie basée sur la méthode des circuits équivalents. Nous avons ensuite étudié un autre composant: une lentille à plaques métalliques minces, focalisant convenablement le faisceau de micro-ondes et supportant sans dommage 200 KW en 100 msec de duré d'impulsion avec une puissance réfléchie inférieure à 2%. Pendant les tests en puissance de la ligne, nous avons réalisé différente mesures de rendement et de mise au point. Les lignes de transmission se sont, révélées suffisamment fiables, ainsi que les gyratrons, même si l'optimisation du point de fonctionnement de ces derniers (surtout par rapport à la charge constituée par les lignes de transmission), a demandé un certain temps. Pour cette raison nous avons mis au point un radiomètre appliqué aux gyrotrons. Ce système, appelé «Gyro-radiomètre » non seulement permet des mesures très soignées de la fréquence du tube (précision 5·10-6 ) mais également permet d'en faire un diagnostic du gyrotron et d'en déterminer facilement les meilleurs points de fonctionnement. Ces expériences se sont révélées si intéressantes que nous avons été chargés par la Communauté Européenne de les réaliser également sur le gyrotron 100 GHz actuellement en cours de mise au point au laboratoire Thomson-CSF de Vélizy, sous contrat Euratom. En même temps, nous avons développé un code numérique pour la simulation du rayonnement en champ lointain d'une antenne à guide d'onde circulaire. Grâce à ce code, il est possible de mélanger convenablement les modes TE et TM, tournants ou fixes, de façon à reproduire le rayonnement d'un gyrotron ou d'un convertisseur de mode (cela équivaut à connaître leurs compositions en modes). Les études théoriques et expérimentales pour le choix du mode de rayonnement, dans le tokamak TE11 au HE11, ont été également intéressantes. En ce sens, une analyse approfondie de la propagation et du rayonnement de tels modes par un guide surdimensionné a été rendue nécessaire. Nous sommes alors arrivés à une amélioration de l'approximation par un faisceau Gaussien du mode HE11 rayonné, par rapport à ce qui était habituellement utilisé. L’analyse des faisceaux Gaussiens nous a poussé à développer une étude théorique sur la possibilité et sur les avantages d'utiliser une propagation optique pour micro-ondes de haute fréquence et haute puissance. Vu les résultats obtenus lors de cette étude, on estime que ces lignes de transmission, qui utilisent des réflecteurs spéciaux pour contrôler la phase du faisceau propagé peuvent être une alternative valable à la transmission guidée. En particulier, des lignes de transmission optiques peuvent être utilisées pour les futures expériences sur les grands tokamaks (par ex. TORE SUPRA) qui prévoient l'utilisation de longues impulsions (dizaines de secondes) à haute puissance (MW ou dizaine de MW) à fréquences élévées (supérieures ou égales à 100 GHZ).

  • Titre traduit

    Study and optimisation of different techniques for high power microwave production, conversion, propagation and radiation for plasma heating at the electron cyclotron frequency


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Informations

  • Détails : 1 vol. (124 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 120-124

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(1987)328
  • Bibliothèque : Centre Technique du Livre de l'Enseignement supérieur (Marne-la-Vallée, Seine-et-Marne).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH2014-034656
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