Etude expérimentale de l'influence du gradient de température électronique sur le transport turbulent des impuretés dans un plasma de fusion

Experimental study of electron temperature gradient influence on impurity turbulent transport in fusion plasmas

• Auteur / Autrice : Daniel Villegas
• Direction : Laurence Mouret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des plasmas
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Provence. Section sciences

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Fusion nucléaire par confinement magnétique

Plasmas (gaz ionisés) -- Turbulence

Plasmas (gaz ionisés) -- Impuretés

Tokamaks

Résumé

La compréhension du transport des impuretés est essentielle pour atteindre un régime de fonctionnement optimal dans les futurs réacteurs de fusion. Dans ce mémoire de thèse, l’influence expérimentale et théorique du gradient de température électronique R/LTe sur le transport d’une impureté métallique est analysée dans les tokamaks Tore Supra et ASDEX Upgrade. Dans nos expériences, le profil de Te est contrôlé par l’ajout d’une faible quantité de puissance FCE déposée à deux rayons différents. Les résultats expérimentaux ont été obtenus à l’aide du code de transport interprétatif ITC qui a été complété par un algorithme génétique permettant de mieux déterminer les coefficients de transport des impuretés. Les résultats de simulations gyro-cinétiques quasi-linéaires de QuaLiKiz, que nous avons réalisées, sont en accord avec les profils expérimentaux obtenus avec ITC en tenant compte des incertitudes expérimentales sur les gradients. Dans le coeur du plasma dominé par des modes électroniques, plus R/LTe est faible, plus la diffusion du nickel est faible. Elle tend linéairement vers le niveau néoclassique lorsque R/LTe s’approche du seuil de turbulence. La valeur de ce seuil déterminé expérimentalement par extrapolation est en bon accord avec celui déterminé par les simulations de QuaLiKiz. Dans le reste du plasma dominé par des ITG, insensibles au gradient de température électronique, le coefficient de diffusion est inchangé, résultat obtenu expérimentalement et par la simulation. Par ailleurs, aucune modification de la vitesse de convection n’a été observée. Ceci est attribué à la faible contribution de la thermodiffusion, seul terme dépendant de R/LTe et évoluant en 1/Z. Sur ASDEX, les premiers résultats, très différents de l’expérience sur Tore Supra, montrent la présence d’une barrière de transport des impuretés à l’endroit d’un dépôt de forte puissance FCE.

Understanding impurity transport is a key to an optimal regime for a future fusion device. In this thesis, the theoretical and experimental influence of the electron temperature gradient R/LTe on heavy impurity transport is analyzed both in Tore Supra and ASDEX Upgrade. The electron temperature profile is modified locally by heating the plasma with little ECRH power deposited at two different radii. Experimental results have been obtained with the impurity transport code (ITC) which has been completed with a genetic algorithm allowing to determine the transport coefficient profiles with more accuracy. Transport coefficient profiles obtained by a quasilinear gyrokinetic code named QuaLiKiz are consistent with the experimental ones despite experimental uncertainties on gradients. In the core dominated by electron modes, the lower R/LTe the lower the nickel diffusion coefficient. The latter tends linearly to the neoclassical level when the instability threshold is approached. The experimental threshold is in agreement with the one computed by QuaLiKiz. Further out, where the plasma is dominated by ITG, which are independent of R/LTe , both experimental and simulated results show no modification in the diffusion coefficient profile. Furthermore, the convection velocity profile is not modified. This is attributed to a very small contribution of the thermodiffusion (1/Z dependence) in the total convection. On ASDEX, the preliminary results, very different from the Tore Supra ones, show a internal transport barrier for impurities located at the same radius as the strong ECRH power deposit.