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Modélisation non-linéaire du transport en présence d'instabilité MHD du plasma périphérique de tokamak.
Le contrôle des instabilités de bord connues sous le nom d' "Edge Localized Modes" (ELMs) est une question capitale pour le futur tokamak ITER. Ce travail est consacré à l'une des plus prometteuses méthodes de contrôle des ELMs, basée sur un système de bobines produisant des Perturbations Magnétiques Résonantes (PMRs), dont le fonctionnement a été démontré en premier lieu dans le tokamak DIII-D en 2003. Nos objectifs principaux sont, d'une part, d'éclaircir la compréhension physique des mécanismes en jeu, et d'autre part, de proposer un design concret de bobines de contrôle des ELMs pour ITER. Afin de calculer et d'analyser les perturbations magnétiques créées par un ensemble de bobines donné, nous avons développé le code ERGOS. Le premier calcul ERGOS a été consacré aux bobines de contrôle des ELMs de DIII-D, les I-coils. Il montre que celles-ci créent des chaines d'îlots magnétiques se recouvrant au bord du plasma, engendrant ainsi une ergodisation du champ magnétique. Nous avons par la suite utilisé ERGOS pour la modélisation des expériences de contrôle des ELMs à l'aide des bobines de correction de champ d'erreur sur JET et MAST, auxquelles nous participons depuis 2006. Dans le cas de JET, nous avons montré l'existence d'une corrélation entre la mitigation des ELMs et l'ergodisation du champ magnétique au bord, en accord avec le résultat pour DIII-D. Le design des bobines de contrôle des ELMs pour ITER s'est fait principalement dans le cadre d'un contrat EFDA (European Fusion Development Agreement)-CEA, en collaboration avec des ingénieurs et physiciens de l'EFDA et d'ITER. Nous avons utilisé ERGOS intensivement, le cas des I-coils de DIII-D nous servant de référence. Trois designs candidats sont ressortis, que nous avons présentés au cours de la revue de design d'ITER, en 2007. La direction d'ITER a décidé récemment d'attribuer un budget pour les bobines de contrôle des ELMs, dont le design reste à choisir entre deux des trois options que nous avons proposées (ou proches de celles que nous avons proposées). Enfin, dans le but de mieux comprendre les phénomènes de magnétohydrodynamique non-linéaires liés au contrôle des ELMs par PMRs, nous avons recouru à la simulation numérique, notamment avec le code JOREK pour un cas DIII-D. Les simulations révèlent l'existence de cellules de convection induites au bord du plasma par les perturbations magnétiques et le possible "écrantage" des PMRs par le plasma en présence de rotation. La modélisation adéquate de l'écrantage, qui demande la prise en compte de plusieurs phénomènes physiques supplémentaires dans JOREK, a été entamée.

2007-10-31
Physique, optique
Ecole Polytechnique
Fusion nucléaire – Edge Localized Mode – Champ ergodique – îlot magnétique – Perturbation magnétique résonante – Magnétohydrodynamique – Iter – Jet – Mast – Diii-d
Non linear modelisation of transport in a tokamak in the persence of edge localized.
The control of Edge Localized Modes (ELMs) is a capital question for the future ITER tokamak. The present work is dedicated to one of the most promising methods of control of the ELMs, based on a system of coils producing Resonant Magnetic Perturbations (RMPs! ), the efficiency of which was first demonstrated in the DIII-D tokamak in 2003. Our main objectives are, on the one hand, to improve the physical understanding of the mechanisms at play, and on the other hand to propose a concrete design of ELMs control coils for ITER. In order to calculate and analyze the magnetic perturbations produced by a given set of coils, we have developed the ERGOS code. The first ERGOS calculation was for the DIII-D ELMs control coils, the I-coils. It showed that they produce magnetic islands chains which overlap at the edge of the plasma, resulting in the ergodization of the magnetic field. We have then used ERGOS for the modelling of the experiments on ELMs control using the error field correction coils at JET and MAST, to which we participate since 2006. In the case of JET, we have shown the existence of a correlation between the mitigation of the ELMs and the ergodization of the magnetic field at the edge, in agreement with the DIII-D result. The design of ELMs control coils for ITER was done principally in the frame of an EFDA (European Fusion Development Agreement)-CEA contract, in collaboration with engineers from EFDA and ITER. We used ERGOS intensitvely, taking the case of the DIII-D I-coils as a reference. Three candidate designs came out, which we presented at the ITER Design Review, in 2007. Recently, the ITER management decided to provide a budget for building ELMs control coils, the design of which remains to be chosen between two of the three options that we proposed (or close to the ones we proposed). Finally, in order to understand better the non-linear magnetohydrodynamics phenomena taking place in ELMs control by RMPs, we performed numerical simulations, in particular with the JOREK code for a DIII-D case. The simulations reveal the existence of convection cells induced at the edge by the magnetic perturbations, and the possible screening of the RMPs in presence of rotation. The adequate modelling of the screening, which requires to add more physics into JOREK, has been started.
Edge Localized Mode – Ergodic field – Magnetic island – Resonant magnetic perturbation – Magnetohydrodynamics – Iter – Jet – Mast – Diii-d
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