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09 décembre 2014
Un pas vers un possible contrôle de la turbulence grâce aux EGAM

La turbulence constitue un problème majeur dans les tokamaks, notamment parce qu’elle est source de transport d’énergie du cœur du plasma vers le bord du plasma. Ce transport d’énergie non souhaité est un des éléments qui expliquent la difficulté de maintenir au cœur d’un tokamak les conditions nécessaires à des réactions de fusion. L'introduction d'une perturbation particulière (EGAM) pourrait réduire cette turbulence.

 

Affaiblissement d'une cellule de convection turbulente au cours du temps, en présence d'un écoulement poloïdal présentant un cisaillement radial de vitesse.

Différents axes de recherches sont explorés pour réduire la turbulence.

Une des pistes envisagées pour affaiblir les cellules de convection turbulentes consiste à introduire à grand échelle (échelle du tokamak) un écoulement poloïdal présentant un cisaillement radial de vitesse, sous la forme d’une perturbation venant se superposer au comportement d’équilibre du plasma. Cette perturbation (aussi appelée mode) est caractérisée par une fréquence d’oscillation. Deux types de perturbation, correspondant chacun à un domaine de fréquences d’oscillation, sont actuellement étudiés :

  • des perturbations à basse fréquence, appelées écoulements zonaux. Ces perturbations semblent avoir un bon effet réducteur sur la turbulence, mais ont l’inconvénient d’être difficiles à générer de manière contrôlée ;
  • des perturbations à haute fréquence, appelées GAM (Geodesic Acoustic Modes). Ce nom a été attribué à ces perturbations à cause de leur origine (courbure géodésique du plasma) et de leur fréquence (voisine de celle des ondes sonores dans le plasma). Comme les écoulements zonaux, les GAM semblent avoir un bon effet réducteur sur la turbulence, mais sont difficiles à générer à volonté.
 

Exemple de graphe présentant le type d'EGAM excité en fonction de la vitesse moyenne normalisée des particules rapides. L'arrière-plan du graphe a été tracé pour une situation sans particules rapides ; les pastilles rondes de rouleur indiquent les modes susceptibles d'être excités lorsqu'on ajoute des particules rapides. Les bandes de couleur correspondent en abscisse à la vitesse moyenne des particules rapides : par exemple, une vitesse de 2,5 correspond à la bande verte ; cela signifie que c'est le mode pourvu d’une pastille verte qui sera excité si des particules rapides sont ajoutées.

Depuis les années 2000, des modes voisins des GAM ont été observés dans différents tokamaks : fréquence légèrement différente mais du même ordre de grandeur, mêmes structures toroïdale et poloïdale, structure radiale différente. Ces modes ont été nommés EGAM (pour Energetic particle driven GAM) car ils sont excités par des particules rapides lorsque des conditions favorables sont réunies. Ces particules rapides peuvent notamment être issues du chauffage cyclotronique ionique, ce qui présente l’avantage de pouvoir, dans une certaine mesure, contrôler les EGAM.

Aujourd’hui, le contrôle de la turbulence par les EGAM reste à établir. C’est dans cette optique qu'il est intéressant d'étudier le lien entre GAM et EGAM. Selon les paramètres d’équilibre du plasma et des particules rapides, ce lien est apparu comme étant plus ou moins resserré. Une première cartographie en fonction des paramètres pertinents a pu être dressée, faisant apparaître des régions où les EGAM sont particulièrement proches des GAM. Dans ces régions, les EGAM apparaissent plus facilement excitables et, du fait de la proximité avec les GAM, il est espéré que la réduction de la turbulence y soit plus marquée. C’est sur ce dernier point que les travaux vont maintenant se concentrer.

 

 

 

"Relation between energetic and standard geodesic acoustic modes"

Jean-Baptiste Girardo, Rémi Dumont, Xavier Garbet, Yanick Sarazin, Sergei Sharapov

Phys. Plasmas 21, 092507 (2014)

 

http://scitation.aip.org/content/aip/journal/pop/21/9/10.1063/1.4895479

 

 

 

 

 

Maj : 10/12/2014 (434)

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