Monsieur Alexandre DA ROS soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

« Modélisation d’un spectromètre X imageur à cristaux sur le tokamak WEST et analyse du spectre du Tungstène »

Composition du jury proposé :

Jean-Christophe Pain	CEA Cadarache	Rapporteur
Frank Rosmej	Université Paris Sorbonne	Rapporteur
João Jorge Santos	Université Bordeaux	Président du jury
Francesca Bombarda	ENEA	Examinateur
John Rice	MIT	Examinateur
Rémy Guirlet	CEA Cadarache	Directeur de thèse
Rémi Dumont	CEA Cadarache	Co-directeur de thèse
Didier Vezinet	CFS	Co-encadrant de thèse

Résumé :

‘étude des plasmas de tokamak pour la recherche sur la fusion thermo-nucléaire se
fait dans un cadre vaste de coopération internationale en vue de l’exploitation d’ITER. Pour
cela, nous avons besoin d’instruments capables de mesurer les propriétés importantes des
plasmas et notamment la température des électrons et des ions, deux paramètres de premier
ordre pour quantifier le bilan énergétique du plasma. La mesure simultannée, par le même
instrument, de Te et T𝑖 est un atout considérable pour la redondance et la validation croisée
des mesures sur tokamak. Dans cette optique, un diagnostic de mesure des photons dans la
gamme des rayons X-mous a été récemment installé et utilisé sur le tokamak WEST. Cet
instrument, appelé XICS, mesure l’émission de certaines raies d’Ar XVII, d’Ar XVIII et de Fe
XXV grâce à trois cristaux interchangeables placés sur une table de rotation. Le travail
présenté ici se focalise sur l’étude du spectre d’Ar XVII dans la gamme de longueurs d’ondes
entre 3.93 et 4.00 Angstrom (3.1 keV < E < 3.15 keV). Une première partie est dédiée à l’étude
de la physique du rayonnement X issu des plasmas de tokamak et à l’analyse des raies
spectrales du spectre d’Ar XVII. Puis nous détaillons la conception du diagnostic XICS, les
résolutions spectrales et spatiales permises par sa conception, son utilisation en campagnes
expérimentales et les spectres obtenus. Cet instrument de mesure nous permet de mesurer
les températures électroniques et ioniques dans les plasmas de WEST, Te,max ≈ 5 keV et
Ti,max ≈ 2 keV. Un défaut de fabrication des cristaux de Bragg est idenfifié provoquant un
dédoublement des raies mesurées. Une solution simple est apportée pour y remédier en
cachant une moitié du cristal utilisé face au plasma. À partir des mesures de spectres, des
propriétés intrinsèques des plasma sont caractérisées, comme des profils spatiaux et
temporels de températures électronique et ionique en accord avec les résultats d’autres
diagnostics. L’identification de certaines raies spectrales issues de différents états d’ionisation
du tungstène permet de réaliser un transfert d’étalonnage avec un diagnostic UV mesurant
des raies des même états d’ionisation du tungstène et de déduire des densités et
concentrations de tungstène, en plus de ceux d’argon pour une décharge plasma typique de
WEST (𝑐𝐴𝑟16+ = 8 × 10−5 et 𝑐𝑊44+ = 1 × 10−4). Des perspectives quant à de futurs travaux à
effectuer avec cet instrument sont également exposées, en lien avec les résultats montrés tout
au long de cette thèse.

Mots clés : Tokamak, Spectroscopie X, Argon, Tungstène, Physique atomique, Diffraction de Bragg.

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