KINETIC DESCRIPTION OF THE ENERGETIC PARTICLES AND WAVES IN FUSION PLASMAS INTERACTION BETWEEN
Description de l'interaction entre les particules energetiques et les ondes dans les plasmas de fusion
Résumé
Controlling the turbulence in magnetic fusion devices is essential for the steady-state production of energy. Also, external heating generate energetic particles. When energetic particles and turbulence coexist, their mutual interaction has to be taken into account. This constitutes the main focus of this thesis. We investigate (1) the properties of one of the generation mechanisms of energetic particles and (2) the impact of energetic particles on turbulence. The generation of energetic particles is studied in ITER ICRH discharges, where we quantify the energetic particle kinetic effects on the discharge properties. For this purpose, we introduce the velocity anisotropy, which is essential to model ICRH scenarios. This is done by means of a full-wave 3D solver called EVE coupled to a module called AQL. The impact of energetic particles on electrostatic turbulence is evidenced by means of the full-f 5D gyrokinetic GYSELA code. This is done in two steps. First, the excitation of a particular class of energetic modes in the acoustic range of frequency (EGAMs) is demonstrated. Second, EGAMs are excited for the first time in flux-driven turbulent simulations. EGAMs are found to interact with turbulence in an extremely complex way. In particular, it is found that a control of turbulence with externally driven oscillating sheared flows is not straightforward. We focus our analysis on two observed phenomena. First, turbulence propagates radially in the presence of EGAMs. Second, the turbulent transport is modulated at the EGAM frequency.
Le contrôle de la turbulence dans les tokamaks est essentiel dans le cadre de la production d'énergie en régime stationnaire. Par ailleurs, les systèmes de chauffage produisent des particules énergétiques. Lorsque turbulence et particules énergétiques coexistent, leur interaction doit être prise en compte. Ceci constitue le cadre de ce manuscrit. Nous analysons (1) la génération de particules énergétiques et (2) l'impact de ces particules sur la turbulence. La génération de particules énergétiques est étudiée en quantifiant l'effet des particules énergétiques sur les propriétés des décharges ICRH d'ITER et introduisons la possibilité d'une anisotropie dans l'espace de vitesses, essentielle pour la modélisation de scénarios ICRH. Ceci est fait à travers le couplage d'un code full-wave 3D appelé EVE et d'un module appelé AQL, qui résout l'équation de Fokker-Planck en vitesse parallèle et perpendiculaire. L'effet des particules énergétiques sur la turbulence est mis en évidence à travers le code GYSELA en deux étapes. Dans un premier temps, nous démontrons l'excitation d'une classe de mode de particules énergétiques dans le domaine de la fréquence acoustique (EGAMs). Dans un second temps, les EGAMs sont excités en la présence de turbulence dans des simulations à forçage par le flux. Nous montrons que les EGAMs et la turbulence interagissent d'une manière extrêmement complexe. Notamment, nous montrons que le contrôle de la turbulence à travers un cisaillement oscillant excité par des particules énergétiques n'est pas immédiat. D'une part, la turbulence semblerait se propager en la présence d'EGAMs. D'autre part, le transport turbulent est modulé à la fréquence EGAM.