Plasma Turbulent Transport across a magnetic field : observation by collective light scattering.
Transport turbulent d'un plasma à travers un champ magnétique : observation par diffusion collective de la lumière.
Résumé
On a toroidal plasma discharge, a collective light-scattering has been set to investigate plasma turbulence and transport. The scattering device output signal is proportional to the space Fourier transform of the plasma density. We justied the use of collective scattering as a tool to investigate large scale fluid density fluctuations thanks to a calculus taking into account the discrete nature of scattering particules, i.e. the electrons and the density fluctuations induced by their thermal movement. We found that the discrete nature of scattering particules is negligeable but possibly detectable. The time autocorrelation function of the scattered signal as a function of k is shown to be the Fourier transform of the displacement probability distribution. The steady state of the plasma is investigated thanks to Langmuir probes. We found that homogeneous plasma is obtained when adding a small vertical component to the magnetic field. The two-dimensional static form factor is measured in absolute units as a function of k. The autocorrelation function of the scattered signal, i.e. the Fourier transform of the displacement probability distribution, is investigated at dierent times as a function of k. It is found to be consistent with a Levy walk model with a characteristic exponent α close to 1. The displacement probability distribution is thus close to a Cauchy function instead of a Gaussian. This opens the way to build and check models exposed in theoretical works.
Le transport turbulent d'un plasma de décharge à travers un champ magnétique toroïdal a été étudié par diffusion collective de la lumière. Cette technique permet d'accéder à la transformée de Fourier spatiale des fluctuations de densité, résolue en temps. La continuité entre la diffusion incohérente et la diffusion collective a été montrée, justifiant par la même l'interprétation de la diffusion de la lumière aux grandes échelles comme étant une diffusion sur les fluctuations de la densité fluide. Un calcul a pour cela été mené, prenant en compte le caractère discret des particules diffusantes (les électrons) et les fluctuations induites par le mouvement thermique des différentes particules du plasma. Il en résulte que le caractère discret des diffuseurs est négligeable, quoique potentiellement sensible. Les conditions dans lesquelles il est possible d'identifier la fonction d'auto corrélation du signal diffusé à la fonction caractéristique de la distribution des déplacements turbulents ont par ailleurs été écrites. L'état stationnaire du plasma a été étudié et les fluctuations de densité, de température et de potentiel ont été observées simultanément, au moyen d'une sonde de Langmuir rapide. L'ajout d'une petite composante verticale au champ magnétique toroïdal permet d'obtenir un plasma uniforme. Le facteur de forme du plasma, sans et avec champ magnétique vertical additionnel, a été mesuré en fonction du vecteur d'onde d'analyse k en unités absolues. Les fonctions d'auto corrélation du signal diffusé, identifiées à la fonction caractéristique du déplacement turbulent, ont été analysées. Il s'est avéré que la statistique du déplacement turbulent à un temps donné présente les caractéristiques d'une marche de Lévy, avec un paramètre α proche de 1. La distribution du déplacement turbulent s'éloigne donc d'une gaussienne et se rapproche d'une lorentzienne. Il s'agit d'une mesure expérimentale qui peut être rapportée directement aux modèles théoriques.
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