Instabilités liées aux ions rapides dans les plasmas de - IRFM

CEA/CADARACHE
DIRECTION DES SCIENCES DE LA MATIÈRE (DSM)
INSTITUT DE RECHERCHE SUR LA FUSION PAR CONFINEMENT MAGNETIQUE (IRFM)
CEA/Cadarache - 13108 St Paul-lez-Durance Cedex
Visitez notre site Web : http://www-fusion-magnetique.cea.fr
PROPOSITION DE STAGE 2015-2016
e-mail : [email protected]
téléphone
: 04 42 25 48 76
Rémi Dumont
secrétariat : 04 42 25 62 22
Équipe de Recherche : IRFM/SCCP/GTTM
Nom du Responsable du Stage :
Niveau du stage : master
Durée du stage : 3-5 mois
Sujet du stage :
Titre : Instabilités liées aux ions rapides dans les plasmas de tokamak
Contexte et objectifs :
La fusion par confinement magnétique a pour objectif la production d'électricité en utilisant des réactions
similaires à celles qui produisent l'énergie des étoiles. Elle consiste à confiner à l'aide de champs
magnétiques intenses un milieu (plasma) dont la température est de l'ordre de celle des étoiles (100
millions de degrés), afin d'amorcer des réactions de fusion thermonucléaires de façon régulée.
La présence d’ions suprathermiques (ou rapides) dans un plasma de fusion magnétique a des
conséquences importantes sur sa stabilité magnétohydynamique (MHD). En fonction de leurs
caractéristiques cinétiques, ces particules peuvent interagir avec diverses instabilités. Parmi celles-ci, on
compte notamment les « dents de scie » et les « fishbones », liés à la présence d’ions rapides en quantité
significative. Dans un plasma en combustion, on compte parmi ces ions rapides les particules alphas
issus des réactions de fusion mais dans les machines actuelles comme futures, il existe également des
populations suprathermiques provenant des sources de chauffage externes : ondes radiofréquence et
injection de neutres. L’avantage est qu’il est alors possible de contrôler, dans une certaine mesure, les
caractéristiques de ces populations et donc, in fine, d’influer sur la stabilité du plasma.
Un aspect fondamental de l’interaction entre les instabilités et les particules suprathermiques est sa
nature non-linéaire : les ions rapides déclenchent ou stabilisent des instabilités, qui elles-mêmes induisent
un transport des particules énergétiques. Les outils numériques simulant ces phénomènes de manière
fiable sont donc complexes, et numériquement exigeants. L’un de ces outils, en cours de développement,
est appelé XTOR-K.
Pour le moment, la fonction de distribution caractérisant les ions rapides dans XTOR-K est imposée.
Certains effets observés dans les expériences ont pu ainsi être reproduit avec succès par le code, comme
la stabilisation des dents de scie et la déstabilisation des fishbones par les particules alphas. Néanmoins,
cette étude reste à compléter. Ainsi, ces instabilités ont été décrites à l’aide de modèles analytiques dans
le passé, auxquelles il est nécessaire de comparer les prédictions de XTOR-K en variant les paramètres
de la fonction de distribution des ions rapides. Le but recherché est de valider le code, ainsi que trancher
certaines contradictions persistant entre les divers modèles qui ont été proposés.
Nature du travail à réaliser par l'étudiant :
Le travail demandé consiste à exploiter le code XTOR-K afin de calculer les seuils d’excitation des dents
de scie et des modes fishbones, et les comparer avec des résultats analytiques obtenus par le passé.
Domaine de spécialité, compétences : physique, simulation numérique
Prolongement possible thèse : OUI