Understand and predict the power threshold leading to reduced turbulent transport at the edge of tokamak plasma

par Gregory De Dominici

Thèse de doctorat en Physique et sciences de la matière. Plasma, énergie, rayonnement

Sous la direction de Peter Beyer, Guillaume Fuhr et de Clarisse Bourdelle.

Le président du jury était Costanza Maggi.

Le jury était composé de Laure Vermare.

Les rapporteurs étaient Paolo Ricci.

  • Titre traduit

    Comprendre et prévoir le seuil en puissance réduisant le transport turbulent dans les plasmas de tokamaks


  • Résumé

    Les effets diamagnétiques ont longtemps été pris en compte car ils sont à l'origine d'une instabilité clef dans les plasmas de bord, les ondes de dérives. En incluant ces effets, on permet la compétition entre lesdites ondes de dérives et l'instabilité d'interchange (présente de manière native dans le code) due à la courbure du champ magnétique. Cette compétition est étudiée dans ce travail au travers de simulations à gradient fixe. Ces effets sont stabilisants aux résistivités proches de l'expérience. Les effets des fluctuations magnétiques sont d'autant plus déstabilisantes que la résistivité est basse. En revanche, les temps caractéristiques de la turbulence sont très fortement réduit par la prise en compte de ces fluctuations. Il devient donc plus difficile en régime électromagnétique de déchirer les vortex turbulents comparé à un cas électrostatique, et donc il en résulte une augmentation du seuil en puissance dans les simulations electromagnétiques. On montre enfin que plus la masse de l'isotope est élevée, au plus les phénomènes turbulents sont faibles. Nous présentons l'auto-génération de barrière de transport en régime électromagnétiques delà d'un seuil en puissance, avec une dynamique semblable aux transition L-H, par le biais de simulations à flux fixe. Nous montrons qu’une puissance plus élevée en régime électromagnétique qu'en électrostatique est nécessaire pour déchirer les vortex, soit que le temps de cisaillement soit inférieur aux temps caractéristiques de la turbulence. Ensuite, l'isotope a été changé, le seuil en puissance de la transition L-H a diminué via une stabilisation de la turbulence liée à une masse d'isotope plus grande

    mots clés mots clés

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  • Résumé

    A model based on a model which natively contained turbulence and turbulence driven flow. It has been improved to include the diamagnetic effects, the magnetic fluctuations, and in this work, we study the parametric dependencies of the observed L-H transition power threshold with respect to the ion mass. By including the diamagnetic effects in our model, we allow the competition between the drift waves and the interchange instabilities. This competition is here studied using fixed gradient simulation. We show in this work that the diamagnetic effects are stabilizing for a resistivity close to experimental conditions. Electromagnetic effects lead to more unstable modes at realistic resistivities. Moreover, a quasilinear estimation of the turbulent flux is able to qualitatively grasp the competition between the drift waves and the interchange and the behaviour of the nonlinear electrostatic turbulent flux with resistivity and plasma beta. Another parametric dependency of the turbulence is studied, by changing the mass of the isotope. This is known as the isotope effect. We show here that the turbulence is reduced when the ion mass is increased. Finally, the characteristic times of the turbulence are studied.Magnetic fluctuations have a dramatic effect on correlation times of the turbulence, by drastically reducing them. Accounting for these results, we present in this work the auto-generation of a transport barrier with electromagnetic simulations of edge turbulence, when the heat power is higher than a threshold, using flux-driven simulations. We have then changed the isotope, and correspondingly to experiments, the power threshold is lower for higher isotope mass

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