Etude du plasma secondaire créé dans le neutraliseur d'ITER pour la formation de neutres rapides

Study of the secondary plasma created in the ITER neutralizer for neutral beam injection

• Auteur / Autrice : Franck Duré
• Direction : Tiberiu Minea
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des plasmas
• Date : Soutenance le 21/12/2011
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ondes et Matière (Orsay, Essonne ; 1998-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des gaz et des plasmas (Orsay, Essonne ; 1965-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Blondel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tiberiu Minea, Christophe Blondel, Piergiorgio Sonato, Jamal Bougdira, Alain Simonin, Khaled Hassouni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Piergiorgio Sonato, Jamal Bougdira

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmas (gaz ionisés) -- Chauffage

Réacteur expérimental thermonucléaire international

Simulation par ordinateur

Mots clés libres

Simulation

Neutralizer

ITER

Plasma

PIC - Monte Carlo

Deuterium

Résumé

Pour réaliser les conditions des réactions de fusion thermonucléaire dans le tokamak ITER, des moyens additionnels de chauffage sont requis. L'une des principales méthodes pour chauffer les ions du plasma de coeur sera l'injection de neutres D0 énergétiques. Le neutraliseur est l'étape de l'injecteur de neutres d'ITER où le faisceau de deutérium prend ses propriétés en termes de taux de neutres D0 et de direction de propagation. L'interaction entre le faisceau à 1MeV et le gaz D2 neutralisant (~0.1Pa) crée un plasma secondaire. Les phénomènes physiques en jeu sont présentés à travers l'analyse des résultats du code OBI-2. OBI-2 est un code PIC-MCC (Particle In Cell Monte Carlo Collision) en géométrie cylindrique (2D3V) développé au LPGP qui permet de suivre la propagation du faisceau et les particules du plasma le long du neutraliseur.L'injection de lithium comme cible neutralisante a été étudiée et comparée au deutérium. Une étude paramétrique sur le neutraliseur basé sur le lithium a été réalisée dans la mesure où la longueur et/ou la densité de Li injectée peuvent être modifiées. Le profil de densité de Li a été estimé par le code Monte-Carlo 3D MC-OLIJET développé au LPGP. Le profil résultatnt a été implémenté en entrée du code PIC-MCC. Les résultats montrent la faisabilité du neutraliseur basé sur le lithium, gardant la convergence correcte du faisceau et avec de meilleures performances en termes de durée de vie des cryompompes avant régénération, de neutralisation du faisceau, d'effet de rétrodiffusion des ions positifs.

To achieve thermonuclear fusion reactions in the ITER tokamak, additional heating is required. One of the main method to heat the core plasma ions will be the injection of energetic D0 neutrals. The neutralizer is the stage of the Neutral Beam Injector of ITER where the deuterium beam gets its properties in terms of neutral rate D0 and direction of propagation. The interaction between the 1MeV beam and the D2 neutralizing gas (~0.1Pa) creates a secondary plasma. These physical phenomena involved are presented through the analysis of the OBI-2 code results. OBI-2 is a PIC-MCC (Particle In Cell Monte-Carlo Collision) code in cylindrical geometry (2D3V) developed in the LPGP which allows to follow beam propagation and plasma particles along the neutralizer.The injection of lithium neutralizing target has been investigated and compared to deuterium one. Parametric study of the Li based neutralizer has been performed since the length and/or density of Li injected can be modified. The Li density profile has been estimated through the Monte-Carlo 3D code MC-OLIJET developed in the LPGP. The resulted profile has been implemented as an imput of the PIC-MCC code. Results show the feasibility of a lithium based neutralizer, keeping correct beam focusing and with better performance in terms of cryompump lifetime before regeneration, beam neutralization, positive ion backstreaming effect.