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Contribution des électrons cinétiques dans les plasmas de Tokamak
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Ehrlacher, Charles |
| Copyright Year | 2018 |
| Abstract | Les plasmas de fusion par confinement magnetique sont le siege d'instabilites qui developpent des structures turbulentes d'echelles milli- a centi-metriques. Le transport qui en resulte controle le temps de confinement de l'energie et, in fine, les performances energetiques.Dans les regimes de confinement non ameliores, c'est une turbulence a l'echelle ionique qui domine ce transport. Cette turbulence est portee par les ions, mais egalement par une certaine classe d'electrons, ceux qui sont pieges dans les miroirs locaux du champ magnetique. Il est de fait important de prendre en compte leur dynamique, d'autant plus qu'ils sont egalement responsables du transport de matiere.L'objectif de la these consiste a etudier l'impact des electrons d'une part, sur l'amortissement des "Geodesic Acoustic Modes" (GAM) d'une part, et sur la croissance lineaire des modes de turbulence "Ion Temperature Gradients" (ITG) et "Trapped Electron Modes" (TEM) d'autre part.Les GAMs sont des oscillations a la frequence acoustique du potentiel electrique moyen sur les surfaces magnetiques. Ils interagissent de facon critique avec la micro-turbulence au travers notamment de leur couplage au mouvement des particules energetiques du plasma. Les ITG et TEM representent les 2 classes d'instabilites electrostatiques dominantes dans le cœur des plasmas de tokamak. Elles sont a ce titre supposees controler le transport turbulent de cœur.Cette etude est donc une etape preliminaire pour la prediction du transport turbulent en prenant en compte l'influence des electrons.Le cadre approprie pour decrire cette turbulence est la theorie dite "gyrocinetique", qui procede d'une reduction de l'espace des phases de 6 dimensions (6D) a 4D + 1 invariant par une moyenne sur le mouvement rapide cyclotronique. Le probleme auto-consistant couple l'equation gyrocinetique pour chaque espece (ions et electrons) aux equations de Maxwell.Le developpement de ce modele cinetique, construit comme une extension autonome du code extsc{Gysela} dont la version de base donne une reponse adiabatique aux electrons, consiste a ajouter le traitement de la fonction de distribution des electrons. Leur prise en compte est couteuse du point de vue des ressources numeriques. Trois strategies sont envisagees pour reduire ce cout: (i) considerer des "electrons lourds", (ii) filtrer les electrons et ne retenir que ceux qui sont pieges, et (iii) adapter les coordonnees pour decoupler les dynamiques parallele (rapide) et transverse (lente) au champ magnetique.Apres une presentation du modele gyrocinetique et des caracteristiques du code extsc{Gysela}, nous presentons le modele des electrons adiabatiques tel qu'il est implemente dans extsc{Gysela} et introduisons deux nouveaux modeles: le modele "Full Kinetic Electrons" dans lequel les electrons sont consideres comme une espece cinetique et sont traites de la meme facon que les ions et le modele "Trapped Kinetic Electrons" dans lequel seuls les electrons pieges sont cinetiques, les electrons passants recoivent quant a eux un traitement adiabatique. On constate que les electrons engendrent un sur-amortissement des GAM lie a une interaction resonante entre la frequence de rebond de certains electrons pieges et celle des GAMs.Cet amortissement depend du rapport de masse electron-ion et evolue en $(m_i/m_e)^{-1/2}$. Pour les simulations lineaires sur l'instabilite d'interchange, on retrouve que les modes ITG sont dominants sur les modes TEM pour des forts gradients de temperature ionique et vice versa, a profil de temperature electronique fixe. Un accord satisfaisant est obtenu avec le code gyrocinetique GT5D dont les resultats viennent d'etre publies. Enfin, nous proposons quelques methodes pour construire des cas non lineaires qui permettront d'etudier l'influence des electrons cinetiques sur le transport turbulent. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-01891837/document |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
