Propriétés radiatives des plasmas de fusion. Emissivité et opacité dans des structures atomiques complexes

par Guillaume Mondet

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Djamel Benredjem.

Soutenue le 20-12-2013

à Paris 11 , dans le cadre de Ecole doctorale Ondes et Matière (Orsay, Essonne ; 1998-2015) , en partenariat avec Laboratoire Aimé Cotton (Orsay, Essonne ; 1927-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Annie Klisnick.

Le jury était composé de Djamel Benredjem, Annie Klisnick, Ioan Schneider, Arnaud Bultel, Annette Calisti, Rémi Guirlet.

Les rapporteurs étaient Ioan Schneider, Arnaud Bultel.


  • Résumé

    Cette thèse porte sur l’étude de l’émissivité et de l’opacité dans les plasmas de fusion inertielle (FCI), et des processus atomiques dans les plasmas de fusion magnétique (FCM).En FCI, nous avons étudié les spectres d’émissivité du hohlraum de l’approche indirecte et d’opacité des dopants de l’ablateur. Leur connaissance permet d’améliorer la compression de la cible de D-T et ainsi favoriser les réactions de fusion. Nous avons caractérisé les spectres lié-lié de l’or, du carbone et du germanium au moyen de méthodes détaillées (code PPP) mais qui s’avèrent coûteuses en temps de calculs et limitées quand le nombre de niveaux/ions augmente. Pour optimiser le temps de calcul sans perdre en précision, une méthode hybride détaillée/statistique (code SCO-RCG) a fait l’objet de comparaison/validation avec le code PPP sur des cas tests. Cette approche a ensuite été appliquée au calcul de l’opacité totale (lié-lié, lié-libre, libre-libre) pour tous les états d’ionisation du germanium et du silicium. Les spectres obtenus sont ensuite comparés dans une large gamme d’énergies en vue d’optimiser la compression de la cible.En FCM, à partir d’expériences effectuées sur les tokamaks Tore Supra (CEA Cadarache) et ASDEX Upgrade (Max Planck Institut, Garching), nous nous proposons de développer une nouvelle base de données de physique atomique (sections efficaces, taux des processus,…) à l’aide du code HULLAC pour analyser des coefficients de transport. Le but de cette étude est la sensibilité aux données atomiques de la reconstruction des coefficients de transport par le code ITC. Pour le cas de l’argon, les sections efficaces de quelques processus sont présentées et les coefficients de taux sont comparés à ceux provenant du consortium ADAS.

  • Titre traduit

    Radiative properties of fusion plasmas. Emissivity and opacity in complex atomic structures


  • Résumé

    The thesis is devoted on the study of emissivity and opacity in inertial confinement fusion plasmas (ICF), and on atomic processes in magnetic fusion plasmas (MCF).In ICF, we have studied the emissivity of the hohlraum and the opacity of ablator’s dopants in the indirect drive scheme. The knowledge of these quantities allows the improvement of the target compression and, as a consequence, the fusion reactions. We have characterized the bound-bound spectrum of gold, carbon and germanium with detailed line calculation (PPP code). Such calculations are time consuming and thus restricted to small numbers of levels/ions. To optimize the time calculation without lack of precision, a hybrid approach statistical/detailed (SCO-RCG code) was compared with the PPP code for test cases. Then the hybrid approach was applied to total opacity calculations (bound-bound, bound-free and free-free transitions) for each ionization state of germanium and silicon. The spectra are compared in a large temperature range in order to optimize the target compression.In MCF, from experiences carried out on Tore Supra (CEA Cadarache) and ASDEX Upgrade (Max Planck Institut, Garching) tokomak, we have provided new atomic data (cross sections, rates of processes) with the HULLAC code in order to analyze the transport coefficients. The aim of this study is the sensitivity of atomic data on the reconstruction of transport coefficients by the ITC code. For the argon case, the cross sections of some processes are presented and the rate coefficients are compared to those of ADAS consortium.


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