Electron heat transport in tokamak H-mode pedestals

par Myriam Hamed

Thèse de doctorat en Physique et sciences de la matière. Energie, rayonnement, plasma

Sous la direction de Xavier Garbet, Yann Camenen et de Magali Muraglia.

Le président du jury était Jean-Marcel Rax.

Le jury était composé de Yann Camenen, Jonathan Citrin.

Les rapporteurs étaient Daniela Grasso, Franck Jenko.

  • Titre traduit

    Transport de chaleur électronique dans le piédestal des plasmas de tokamak en mode H


  • Résumé

    Dans les plasmas en mode H, la modélisation de la dynamique du piédestal est une question importante pour prédire les profils de température et de densité dans le bord et le cœur des tokamaks. Le modèle EPED , basé sur la stabilité de modes Magnetohydrodynamiques, est le plus souvent utilisé pour caractériser la région du piédestal. Ce modèle EPED ne prend pas en compte les microinstabilités pouvant se développer dans la région du piédestal. Ainsi, la prédiction des caractéristiques du piédestal est toujours une question ouverte. De plus, certaines analyses récentes des plasmas JET suggèrent qu’une autre classe d’instabilités, appelée modes de microdéchirement, peut être responsable du transport de chaleur des électrons et jouer ainsi un certain rôle dans la détermination des caractéristiques du piédestal. Les modes de microdéchirement appartiennent à une classe d’instabilités où une modification de la topologie des lignes de champ magnétique. Cela conduit à la formation d’îlots magnétiques qui peuvent augmenter le transport de chaleur électronique. La stabilité des MTMs a été théoriquement étudiée dans le passé, montrant qu’une couche de courant est stable en l’absence de collisions. En revanche, des simulations gyrocinétiques récentes ont révélé que les MTMs étaient instables, même à faible collisionalité. Le but de cette thèse est d'améliorer la compréhension de la stabilité des modes de microdéchirement en comparant une théorie analytique avec des simulations gyrocinétique. Plus précisément, différents mécanismes physiques (dérive magnétique..) ont été ajouté progressivement au modèle dans le but de réconcilier les résultats numériques avec la théorie analytique


  • Résumé

    In H-mode plasmas, the modeling of the pedestal dynamics is an important issue to predict temperature and density profiles in the tokamak edge and therefore in the core. The EPED model, based on the stability of large scales MagnetoHydroDynamic (MHD) modes, is most commonly used to characterize the pedestal region. The EPED model has been successful until now. However, EPED model does not take into account small scales instabilities linked the the sharp pressure gradient and the pedestal characteristics prediction in terms of width and height is still open. Moreover, some recent analysis of JET plasmas suggest that another class of instabilities, called microtearing modes, may be responsible for electron heat transport in the pedestal, and thereby play some role in determining the pedestal characteristics. Microtearing modes belong to a class of instabilities where a modification of the magnetic field line topology is induced at the ion Larmor radius scale. This leads to the formation of magnetic islands, which can enhance the electron heat transport. The stability of MTMs has been theoretically studied in the past showing that a slab current sheet is stable in the absence of collisions. In contrast, recent gyrokinetic simulations in toroidal geometry found unstable MTMs, even at low collisionality. The purpose of our work is to improve the MTM stability understanding by comparing new analytical theory to linear gyrokinetic simulations. More precisely, physical mechanisms (magnetic drift, electric potential) are progressively included in the analytical description to recover the numerical simulations results and to "reconcile" numerical MTM investigations with theory

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