Thèse

Les disruptions sont des interruptions brutales des décharges plasmas dans les tokamaks. Elles sont dues à des instabilités menant à la perte de l’énergie thermique et de l’énergie magnétique du plasma sur des laps de temps de l’ordre de quelques dizaines de millisecondes. Les disruptions peuvent générer des faisceaux d’électrons relativistes dits « découplés », portant une part importante de l’énergie initiale du plasma, et susceptibles d’endommager les composants face au plasma. Le sujet proposé se concentre sur la caractérisation et la modélisation des asymétries d’impact des électrons découplés sur les éléments de paroi. Même s’il est souhaitable d’empêcher leur formation ou de les supprimer, il est probable que des faisceaux d’électrons découplés soient générés pendant les disruptions des futurs tokamaks tels qu’ITER. Or la géométrie et les processus physiques à l’œuvre lors des impacts sont encore mal compris. En particulier, des asymétries dans la direction toroïdale ont été observées sur de nombreux tokamaks, concentrant le flux de chaleur avec des motifs reproductibles dans le temps et malgré des conditions expérimentales variées. Peu d’expériences contrôlées ont été réalisées pour étudier ces phénomènes. Il est donc proposé pour ce sujet de commencer par faire une revue statistique des données expérimentales récentes sur les tokamaks JET et WEST: surface de dépôt, facteurs de symétrie, flux de chaleur, caractérisation des éjectas. Des codes simples de propagation de la chaleur pourront être utilisés. Les caractéristiques des électrons découplés juste avant l’impact devront aussi faire partie de l’étude, en s’appuyant sur des mesures indirectes (spectres X-durs, mesures post-mortem) ou des codes interprétatifs. Dans un second temps, des simulations d’impact des faisceaux d’électrons seront réalisées, afin de tester les deux hypothèses principales permettant d’expliquer les asymétries : le désalignement des éléments de paroi, ou une structure intrinsèquement tridimensionnelle du faisceau, potentiellement créée par des champs d’erreur. Le code 3D MHD JOREK sera utilisé, en particulier pour la seconde hypothèse. Le but sera de tenter de reproduire les observations expérimentales. Enfin, une fois la bonne hypothèse validée et le modèle mis au point, les simulations seront étendues à ITER où les charges thermiques et asymétries de l’impact du faisceau seront calculées à partir de valeurs potentielles de désalignements et/ou de champs d’erreur.