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Theses

FREE-BOUNDARY SIMULATIONS OF MHD PLASMA INSTABILITIES IN TOKAMAKS

Résumé : Un des dispositifs les plus prometteurs pour réaliser la fusion contrôléé est le réacteur de type tokamak. Dans ces réacteurs, un plasma chaud ionisé est confiné à l’aide d’un champ magnétique intense. Puisqu’un tel plasma est généralement hors équilibre thermodynamique, il est le siège d’instabilités qui détériorent son confinement et peuvent également endommager les composants qui l’entourent. Ce travail de thèse porte sur l’étude d’une classe particulière d’instabilités au sein d’un tokamak. Cette étude est menée par des simulations numériques basées sur des modèles magnétohydro-dynamiques(MHD). Le code numérique JOREK-STARWALL est adapté et appliqué pour étudier les instabilités dites à frontière libre. Ce type d’instabilités nécessitent un traitement spécial concernant les conditions de bord du plasma pour le champ magnétique, où l’interaction du plasma avec le vide et les structures conductrices environnantes doit être prise en compte. La modélisation de l’interaction électromagnétique plasma-paroi-vide est généralisée pour les courants de bobine variables dans le temps et pour les courants dits de halo, qui sont des courants électriques circulant du plasma vers la paroi et vice versa. JOREK-STARWALL permet d’utiliser des géométries réalistes afin d’étudier la physique de deux instabilités particulières à frontière libre: les modes localisés au bord ("Edge Localized Modes", ELMs) déclenchés par des oscillations de la position verticale du plasma et les evenements de déplacement vertical (Vertical Displacement Events, VDEs). Deux résultats majeurs sont obtenus: 1. Le déclenchement des ELMs par des oscillations de la position verticale est pour la première fois reproduit avec des simulations auto-cohérentes. Celles-ci permettent d’étudier le mécanisme physique sous-jacent à ce phénomène. Les simulations révèlent que pour le projet international ITER, un tokamak à grande échelle, ces ELMs déclenchés sont principalement dus à une augmentation du courant au bord du plasma due au mouvement vertical. 2. Pour les VDEs, plusieurs comparaisons effectuées avec d’autres codes MHD existants montrent un bon accord avec JOREK-STARWALL et permettant ainsi de réaliser des simulations pour estimer la quantité attendue de courants de halo dans ITER. Finalement, des simulations préliminaires des VDEs avec des asymétries toroïdales sont présentées.
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02012234
Contributor : Francisco Javier Artola Such <>
Submitted on : Friday, February 8, 2019 - 3:39:56 PM
Last modification on : Wednesday, February 27, 2019 - 1:23:37 AM
Document(s) archivé(s) le : Thursday, May 9, 2019 - 4:48:24 PM

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  • HAL Id : tel-02012234, version 1

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Francisco Javier Artola Such. FREE-BOUNDARY SIMULATIONS OF MHD PLASMA INSTABILITIES IN TOKAMAKS. Plasma Physics [physics.plasm-ph]. Université Aix Marseille, 2018. English. ⟨tel-02012234⟩

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