Non linear dynamics of magnetic islands in fusion plasmas

par Dmytro Meshcheriakov

Thèse de doctorat en Energie, rayonnement et Plasma

Sous la direction de Peter Beyer et de Lütjens Hinrich.

Le président du jury était Xavier Litaudon.

Le jury était composé de Peter Beyer, Lütjens Hinrich, Xavier Litaudon, Andreï Smolyakov, Howard Wilson, Patrick Maget, Maurizio Ottoviani.

Les rapporteurs étaient Andreï Smolyakov, Howard Wilson.

  • Titre traduit

    Dynamique non linéaire des îlots magnétiques dans les plasmas de fusion


  • Résumé

    Les modes de déchirement sont connus pour détériorer le confinement et limiter les performances dans les machines de fusion. Plusieurs études sur les modes de déchirements ont été menées, en incluant un degré croissant de complexité dans le modèle physique afin de mieux comprendre les observations expérimentales. Une de ces extensions est l'introduction d'une description du plasma comme un fluide à deux espèces, ions et électrons, dont les dynamiques sont fortement différentes. Un autre mécanisme physique connu pour être important est la courbure du champ magnétique non perturbé. Dans cette thèse, nous étudions les questions de la stabilité linéaire et de l'évolution non linéaire des îlots magnétiques, en présence de la courbure des lignes de champ et de la rotation diamagnétique, avec le code MHD non linéaire XTOR-2F, qui inclut le transport anisotrope de chaleur et les effets géométriques. Cette analyse est appliquée à une décharge entièrement non-inductive de Tore Supra. Ce mode d'opération est crucial pour démontrer la possibilité d'un fonctionnement continu sur un réacteur de type tokamak. Dans cette thèse, la possibilité d'une stabilisation complète des modes de déchirement par la rotation diamagnétique, en présence de la courbure toroidale des lignes de champ magnétique, est démontrée. Dans le domaine linéairement stable, le mode est métastable: le niveau de saturation dépend de la taille de l'îlot initial. Dans le domaine non linéaire, la saturation de l'îlot est fortement réduite par la rotation diamagnétique et par le nombre de Lundquist. La question de l'extrapolation des résultats obtenus vers la future generation de machines de fusion est également abordée


  • Résumé

    Tearing modes are known to deteriorate the confinement and limit plasma performance in fusion devices. Various studies of this mode have been performed lately including an increasing level of complexity in the physical description which is required for understanding of experimental observations. One of such extensions is the introduction of diamagnetic rotation into the system. Another physical mechanisms known to be important for tearing mode dynamics is the curvature of unperturbed magnetic field lines and neoclassical physics. In this thesis we investigate the issues of linear stability of the tearing modes in a presence of both curvature and diamagnetic rotation using the non linear full-MHD toroidal code XTOR-2F, which includes anisotropic heat transport, diamagnetic and geometrical effects. This analysis is applied to one of the fully non-inductive discharges on Tore-Supra. Such experiments are crucially important to demonstrate reactor scale steady state operation for the tokamak. In this thesis, the possibility of full linear stabilization of the tearing modes by diamagnetic rotation in the presence of toroidal curvature is shown. In the linearly stable domain, the mode is metastable: saturation level depends on the seed island size. In the non linear regime, the saturation of n=1, m=2 mode is found to be strongly reduced by diamagnetic rotation and by Lundquist number. The question of extrapolation of the obtained results towards future generation of fusion devices is also addressed. In particular, for ITER size machines, the toroidal curvature is expected to be more important due to higher performance factor β.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille. Service commun de la documentation. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.