Analyse globale d'une base de données de reflectométrie pour une étude systématique de la turbulence dans les plasmas de fusion

Global Analysis of a Reflectometry Database for Systematic Study of Plasma Turbulence in Tokamaks

• Auteur / Autrice : Yan Sun
• Direction : Stéphane Heuraux, Roland Sabot, Geert Verdoolaege
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 13/06/2019
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Universiteit Gent
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
• Jury : Président / Présidente : Michel Vergnat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stefano Coda, Pascale Hennequin-Blondet, Sébastien Hacquin, Filip De Turck
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stefano Coda, Pascale Hennequin-Blondet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie de réflectance

Plasmas (gaz ionisés) -- Turbulence

Tokamaks

Mots clés libres

Fusion

Tokamak

Turbulence

Réflectométrie

Base de données

Spectre de fréquence

Fusion

Tokamak

Turbulence

Reflectometry

Database

Frequency spectrum

Résumé

L’étude systématique de la turbulence plasma dans les tokamaks, via une méthode de paramétrisation des spectres de fréquence extraits de la base de données de réflectométrie de Tore Supra a été effectuée. Cette base de données est constituée de 350 000 acquisitions obtenues à partir de 6 000 chocs incluant différents scénarios de chauffage. La paramétrisation consiste en une décomposition de chaque spectre en quatre composantes : la composante dite continue, les fluctuations de basse fréquence (BF), la turbulence à large bande en fréquence (BB) et le niveau de bruit où chaque composante a été approchée par une fonction prédéfinie. Pour la composante de turbulence BB, trois fonctions différentes ont été testées et comparées. La fonction gaussienne généralisée et la fonction de Taylor ont montré d’excellentes performances dans la plupart des cas. Dans les plasmas ohmiques, EBB dans le régime de confinement ohmique saturé est systématiquement plus élevé que dans le régime de confinement ohmique linéaire. Dans les plasmas en mode bas confinement L, EBB dans les plasmas chauffés par une onde à la résonance.

To systematically study the plasma turbulence in tokamaks, a parametrization method of frequency spectra from the Tore Supra reflectometry database has been developed. The database includes 350,000 acquisitions obtained from 6,000 discharges with different heating scenarios. In the parametrization, each spectrum has been decomposed into four component: the direct current component, the low-frequency (LF) fluctuations, the broadband (BB) turbulence and the noise level, and each component has been fitted by a function. Specifically for the BB turbulence component, three different functions have been tested and compared. The generalized Gaussian function and the Taylor function have shown excellent fitting performance. In Ohmic plasmas, EBB in the saturated Ohmic confinement regime is observed to be systematically higher than in the linear Ohmic confinement regime. In L-mode plasmas, EBB in the ion cyclotron resonance heating plasmas is globally much higher than in the lower hybrid heating plasmas. The collisional effects on the modifications of the spectra have also been studied. With the previous kinetic simulation results, a change of the dominating micro-instabilities, i.e., between the trapped electron modes and the ion temperature gradients modes, has been proposed to explain the behaviors of EBB, supported by database analysis of the density peaking and the LF component.