Étude expérimentale de la turbulence au bord du plasma du tokamak ASDEX Upgrade par réflectométrie à balayage ultra rapide

par Anna Medvedeva

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Stéphane Heuraux et de Ulrich Stroth.

Le président du jury était Martin Beneke.

Le jury était composé de Clarisse Bourdelle, Evgeniy Gusakov, Michel Vergnat, Laura Fabbietti.

Les rapporteurs étaient Clarisse Bourdelle, Evgeniy Gusakov.


  • Résumé

    La turbulence au sein d’un plasma contribue de manière significative à l’augmentation du transport de l’énergie et des particules. Ce transport diminue la qualité de confinement du plasma réduisant la possibilité d’atteindre le seuil de fusion. Notre travail a consisté à étudier et à mesurer l’évolution des caractéristiques de la turbulence ainsi que son rôle durant la transition d’un mode à faible confinement (L-mode) à un mode de confinement amélioré (H-mode) des plasmas du tokamak ASDEX Upgrade. Nous avons, en particulier, étudié la phase de transition intermédiaire (I-phase) où la turbulence et le cisaillement des structures turbulentes par les flux interagissent. Une des théories prévoit que la turbulence au bord du plasma est stabilisée par des gradients de champs électriques radiaux: le cisaillement de flux E×B stabilise la turbulence et diminue la taille radiale des structures. Le mécanisme physique détaillé de la formation de la barrière de transport n’est pas encore bien compris. Afin d’étudier la dynamique radiale et temporelle de la transition L-H, nous nous sommes servis d’un réflectomètre à balayage en fréquence ultra-rapide. Durant nos campagnes expérimentales nous sommes parvenus à réduire ce temps de balayage à 1 μs. La dynamique de densité électronique, du niveau de turbulence et des spectres lors des transitions L-H ont été réalisées. Les mesures montrent que le niveau des fluctuations de grande échelle diminue après une transition L-H, ce qui confirme les prédictions théoriques. La I-phase a été documentée pour diverses conditions du plasma. Enfin, ces réflectomètres ont aussi permis l’observation de modes cohérents à haute fréquence au bord du plasma

  • Titre traduit

    Experimental study of turbulence at the plasma edge of ASDEX Upgrade tokamak with an ultra-fast swept reflectometer


  • Résumé

    Plasma confinement is limited by energy and particle transport, in which turbulence plays an important role. In this work the measurements of the turbulence characteristics carried out on the ASDEX Upgrade tokamak are presented during the transition from the Low (L) to the High (H) confinement mode which goes through an Intermediate (I) phase where turbulence and shear flows strongly interact. One of the most widely accepted theories concerning the L-H transition describes how the turbulence in the plasma edge is stabilized by radial electric field gradients: the E×B flow shear stabilizes turbulence and decreases the radial size of turbulent structures. As a consequence, a transport barrier forms in the edge where the plasma density, the temperature, and their gradients increase. The detailed physical mechanism of the formation of the transport barrier as well as the reason for the residual transport across this barrier are not yet well understood. The density dynamics is measured by an ultra-fast swept reflectometer with a time resolution as high as 1 μs. Studies of the electron density profile dynamics, the density turbulence level, radial wavenumber and frequency spectra during L-H transitions have been performed. The reflectometer measurements show that the density large scale fluctuations decrease after an L-H transition, which confirms the theoretical predictions of the turbulence reduction by sheared flows and supports previous experimental evidences. I-phases for various plasma conditions are documented and the density evolution is compared with the turbulence level. Moreover the results on high frequency coherent modes appearing at the plasma edge are presented.


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