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Modélisation des disruptions déclenchées par injection massive de gaz dans les plasmas de tokamaks
 
IRFM
Vendredi 25/09/2015, 14h30-16h00
Salle René GRAVIER 506 rdc, CEA Cadarache

Présenté (en anglais) par Alexandre FIL

Soutenance publique le 25 septembre 2015 à 14h00, Salle René Gravier, IRFM Bâtiment 506 du CEA CADARACHE, devant le jury composé de :

Pr. Piero Martin - Rapporteur – Professeur à l’Université de Padoue
Dr. Hinrich Lutjens - Rapporteur – Chargé de recherche au CNRS, CPhT
Dr. Michael Lehnen - Examinateur – Coordinateur Scientifique à ITER
Dr. Alain Becoulet - Examinateur – Directeur de recherche à l’IRFM, CEA
Dr. Eric Nardon - Superviseur CEA – Ingénieur de recherche à l’IRFM, CEA
Pr. Peter Beyer - Directeur de thèse – Professeur à Aix-Marseille

Les disruptions du plasma sont des phénomènes se produisant dans les tokamaks et qui entraînent une perte totale du confinement du plasma et la fin de la décharge. Ces disruptions sont des phénomènes rapides et violents et peuvent endommager les murs du tokamak ainsi que sa structure si elles ne sont pas contrôlées. Un système de mitigation des disruptions est donc indispensable pour ITER afin de réduire les forces électromagnétiques, mitiger les charges thermiques et éviter les électrons runaways générés par les disruptions du plasma. Remplir tous ces objectifs fait du design de ce système une tâche difficile, pour laquelle un apport conséquent de l’expérience et de la modélisation est nécessaire. Nous présentons dans cette thèse des résultats de modélisation sur l’amortissement des disruptions par injection massive de gaz, qui est une des méthodes principales envisagées sur ITER pour le système de mitigation. Premièrement, un modèle issu des premiers principes pour décrire le transport des neutres dans un plasma est donné et est appliqué à l’étude de l’interaction entre l’injection massive de gaz et le plasma. Les principaux mécanismes en jeu sont décrits et étudiés. L’échange de charge entre les neutres et les ions du plasma est isolée comme jouant un rôle majeur dans cette dynamique. Ensuite, le code 3D de Magnétohydrodynamique non linéaire JOREK est appliqué à l’étude des disruptions déclenchées par injection massive de gaz. Un intérêt particulier est porté sur la phase de quench thermique et les phénomènes MHD qui le déclenchent. Les résultats obtenus avec ce code sont comparés avec les expériences effectuées sur le tokamak JET.

Plasma disruptions are events occuring in tokamaks which result in the total loss of the plasma confinement and the end of the discharge. These disruptions are rapid and violent events and they can damage the tokamak walls and its structure if they are not controlled. A Disruption Mitigation System (DMS) is thus mandatory in ITER in order to reduce electromagnetic forces, mitigate heat loads and avoid Runaway Electrons (RE) generated by plasma disruptions. These combined objectives make the design of the DMS a complex and challenging task, for which substantial input from both experiments and modeling is needed. We present here modeling results on disruption mitigation by Massive Gas Injection (MGI), which is one of the main methods considered for the DMS of ITER. First, a model which stems from first principles is given for the tranport of neutrals in a plasma and applied to the study of the interaction of the MGI with the plasma. Main mechanisms responsible for the penetration of the neutral gas are described and studied. Charge-exchange processes between the neutrals and the ions of the plasma is found to play a major role. Then, the 3D non linear « MHD (Magnétohydrodynamics)» code JOREK is applied to the study of MGI-triggered disruptions with a particular focus on the thermal quench phase and the MHD events which are responsible for it. The simulation results are compared to experiments done on the JET tokamak.
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Contact : CR160259

 

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