Etude du plasma de bord du tokamak Tore Supra en vue de l'optimisation du pompage des particules et de l'injection supersonique de matière

par Renaud Dejarnac

Thèse de doctorat en Physique et sciences de la matière. Rayonnement et plasma

Sous la direction de Roland Stamm.

Soutenue en 2002

à Aix-Marseille 1 , en partenariat avec Université de Provence. Section sciences (autre partenaire) .

mots clés

• Extraction de particules
• Injection de gaz supersonique
• Fusion nucléaire contrôlée -- Modèles mathématiques
• Plasmas (gaz ionisés)
• Combustibles nucléaires

Résumé

Dans les réacteurs de fusion thermonucléaire, le contrôle de la densité du mélange de combustible deutérium-tritium, ainsi que l'évacuation des cendres d'hélium produites, est un point très important. Ce contrôle s'effectue en alimentant les décharges en combustibles par différentes méthodes (l'injection de gaz et l'injection de glaçons étant les plus répandues) et en installant des systèmes de pompage à la périphérie du plasma. Ces deux domaines sont abordés dans cette thèse tant du point de vue expérimental que théorique. Le principal outil utilisé dans le cadre de ce travail est le code de transport de particules neutres EIRENE. En ce qui concerne le pompage, nous avons modélisé le limiteur pompé médian de Tore Supra avec le code EIRENE auquel nous avons couplé un sous-module plasma, spécialement développé lors de la thèse, afin de simuler de manière auto-cohérente le plasma et les neutres. Cela a permis de valider le code en comparant les résultats des simulations aux données expérimentales. En ce qui concerne l'alimentation du plasma, nous présentons ici une nouvelle méthode : l'injection supersonique par impulsions (ISPI). Ce système, intermédiaire entre l'injection de gaz classique et l'injection de glaçons, a été développé et testé à Tore Supra. Il consiste à injecter de brèves bouffées de gaz très denses à grande vitesse dans le plasma. Expérimentalement, l'ISPI a montré une meilleure efficacité de remplissage que l'injection de gaz classique et provoque un fort refroidissement du plasma. Les mécanismes responsables de cette efficacité améliorée sont analysés à partir d'une modélisation basée sur le code EIRENE, pour déterminer la source d'ionisation liée à l'ISPI, et sur un code 1D de transport des particules développé pour reproduire la réponse du plasma. Enfin, une extrapolation de l'injecteur actuel de Tore Supra est présentée, ainsi qu'une discussion sur les conditions d'obtention d'une dérive radiale de la matière injectée, comme cela est observé dans le cas d'une injection de glaçons côté fort champ.

Titre traduit

Density control in tokamaks by pumping and gas injection

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