Study on multi-scale nonlinear dynamics of magnetic islands in tokamak plasmas

par Seiya Nishimura

Thèse de doctorat en Physique et sciences de la matière. Rayonnement et plasma

Sous la direction de Mohamed Sadruddin Mohamed-Benkadda.

  • Titre traduit

    Etude de la dynamique multi-échelles des ilots magnétiques dans les plasmas de tokamak


  • Résumé

    Cette thèse est consacrée à la modélisation et à la simulation de la dynamique non linéaire d’un îlot magnétique en présence d’un gradient de pression dans un plasma magnétisé de tokamak. Ce mode nommé ‘’drift tearing’’ est en fait un mode de déchirement couplé à une onde de dérive électronique. Les instabilités de déchirement jouent un rôle important dans la stabilité magnétohydrodynamique des plasmas de fusion thermonucléaire. Il est en effet admis que ces instabilités détermineront la limite en pression dans les plasmas du futur tokamak ITER. Il se trouve que de nombreuses questions restent ouvertes concernant les conditions d'apparition ainsi que la dynamique de ces modes en régime non-linéaire. Un point très important est la vitesse de rotation de l'îlot magnétique qui se développe lors de l'apparition d'une instabilité de déchirement. Cette vitesse de rotation, en particulier son signe, conditionne l'évolution non linéaire de l'îlot. Dans cette thèse, les mécanismes physiques sous-jacents à cette rotation sont explorés. Un résultat important est que le sens de la rotation de l'îlot change en fonction de la viscosité et de la résistivité. Afin de comprendre ce phénomène, un modèle analytique a été développé et a permis de comparer favorablement les prédictions théoriques aux simulations numériques de la dynamique de l'îlot en régime non-linéaire. Ce modèle a aussi permis de démontrer un résultat d'application pratique : l'augmentation de la fréquence de rotation avec le nombre de Prandtl magnétique.


  • Résumé

    This thesis is devoted to the modelling and simulation of the nonlinear dynamics of a magnetic island in presence of a pressure gradient in a tokamak plasma. This mode called “drift tearing” is in fact a tearing mode coupled to an electronic drift wave. Tearing instabilities play an important role in the magneto-hydrodynamic stability of thermonuclear fusion plasmas. It is admitted that these instabilities will determine the pressure limit in future plasma tokamak reactors like ITER. There are still many open questions related to the conditions of appearance as well as the nonlinear dynamics of these modes. An important issue is the island rotation which develops during a tearing instability. Indeed, the rotation speed as well as its sign have an important impact on the nonlinear evolution of the magnetic island. In this thesis the physical mechanisms underlying this rotation are explored. An important result is that the rotation direction of the island depends on the viscosity and the resistivity parameters. To understand this phenomenon, a model is developed and validated by numerical simulations. A practical result is derived from this model: the rotation frequency of the magnetic island increases with the magnetic Prandtl number.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (100 f.)
  • Annexes : Bibliographie f. 96-100

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  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille (Marseille. St Charles). Service commun de la documentation. Bibliothèque universitaire de sciences lettres et sciences humaines.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : SCT 0000001015
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