Etude du transport de la chaleur et des particules dans les tokamaks Tore Supra et HL-2A

par Shaodong Song

Thèse de doctorat en Energie, rayonnement et Plasma

Sous la direction de Gerardo Giruzzi.

Le président du jury était Peter Beyer.

Le jury était composé de Gerardo Giruzzi, Peter Beyer, Marco de Baar, Xuan-Tong Ding, Fabrice Doveil, Gia-Tuong Hoang, Michel Talvard, Xiao-Lan Zou.

Les rapporteurs étaient Marco de Baar, Xuan-Tong Ding.


  • Résumé

    Le transport de la chaleur et des particules est un des sujets de recherche fondamentaux de la physique des plasmas chauds confinés par des champs magnétiques, systèmes physiques qui sont étudiés dans le cadre des recherches sur la fusion thermonucléaire contrôlée. Ces phénomènes de transport sont essentiellement liés à la turbulence électromagnétique et ils sont donc extrêmement difficiles à modéliser par la théorie. Des expériences spécifiques sont alors réalisées sur des machines expérimentales, telles que les tokamaks ou les stellarators, afin d'améliorer la connaissance de ces phénomènes. Cette thèse décrit des études expérimentales de ce type réalisées sur deux tokamaks de grande dimension: Tore Supra (machine basée au CEA/Cadarache) et HL-2A (basée au South-Western Institute of Physics, Chengdu, Chine). La technique utilisée consiste à injecter, de façon modulée dans le temps, des ondes de forte puissance afin de perturber la température électronique du plasma, et des faisceaux supersoniques de particules pour en perturber la densité. La température est mesurée par l'Emission Cyclotronique Electronique et la densité par Réflectométrie micro-onde. Ces expériences on mis en évidence une convection de la chaleur vers l'intérieur du plasma (un phénomène dont l'existence est toujours controversée), et des effets dus aux termes non-diagonaux de la matrice de transport. Ces résultats ont été comparés aux modèles de transport existants.


  • Résumé

    Heat and particle transport is one of the fundamental subjects of research in the physics of hot plasmas confined by magnetic fields, a class of physical systems that are studied in the framework of research on controlled thermonuclear fusion. These transport phenomena are mainly related to electromagnetic turbulence and are therefore extremely difficult to model at a first-principle level. Specific experiments in this area, on plasma devices such as tokamaks or stellarators, are widely used to improve understanding of these phenomena. This thesis reports on experimental studies performed on two large tokamaks : Tore Supra (based at CEA/Cadarache, France) and HL-2A (based at the South-Western Institute of Physics, Chengdu, China). The technique used consists in modulated injection of wave power to perturb the electron temperature and/or of Supersonic Molecular Beams to perturb the plasma density. Temperature is then measured by Electron Cyclotron Emission and density by Reflectometry, and Fourier analysis is used to determine the transport properties. Evidence has been found of inward heat convection (a phenomenon whose existence is still controversial) as well as of peculiar effects due to the non-diagonal terms of the transport matrix. Comparison with transport models has been carried out.


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