Plein Ecran / Taille normale  Accueil

page précédente Bas de page page suivante (Création du courant plasma)

Collaborations Euratom-CEA avec le CNRS et l'Université

Physique (projet 2) : Turbulence de centre et de bord  (responsable Euratom-CEA : R. Sabot )

La maîtrise du transport de la chaleur et des particules, tant au centre du plasma qu’au bord, est  un paramčtre clé pour l'obtention d’un plasma de fusion performant. tant au centre du plasma qu’au bord. Les objectifs de cette collaboration sont :

  • de simuler des signaux de réflectométrie en utilisant les résultats de codes de simulation de la turbulence afin de comparer les prédictions de ces modčles aux mesures expérimentales (thčme 1).

  • d'évaluer les moyens d'observations et de mesures des phénomčnes de transports intermittents localisés dans le plasma de bord : détecteurs rapides, caméra ultra-rapide trčs haute sensibilité... (thčme 2)

  • d'étudier le contrôle de la turbulence afin d'obtenir ŕ terme un contrôle du transport dans le plasma grâce ŕ un contrôle actif du plasma de bord (thčme 3).

  • ŕ mesurer la dépendance du taux de fluctuations de densité au centre du plasma avec certains paramčtres sans dimension pour la comparer aux prédictions des lois d’échelle et des modčles de transport (thčme 4 et thčme 5)

 

Thčme 1 : Réflectométrie dans un plasma fluctuant (Université de Provence, Aix-Marseille I, Laboratoire de Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires, LPIIM, UMR-6633 CNRS  http://www.up.univ-mrs.fr/wpiim/sommaire.html et Université Henri Poincaré, Nancy I, Laboratoire de Physique des Milieux Ionisés et Applications, LPMIA, UMR-7040 CNRS, http://www.lpmi.uhp-nancy.fr/lpmi/)

Le réflectomčtre ŕ balayage de Tore Supra, grâce ŕ sa grande vitesse de balayage, permet des études fines de la turbulence. La dynamique des modes MHD associés ŕ ces surfaces peut ętre étudiée grâce ŕ la vitesse d'acquisition élevée des réflectomčtres en balayage de TS : compte-tenu de la faible fréquence des modes (de l'ordre du kHz) leur structure fine (les dents de scie, leur crash et les oscillations associées) peut ętre observée. Des méthodes spécifiques d'analyses  sont développées dans cette collaboration, incluant la simulation de  la turbulence afin de comparer les prédictions de ces modčles aux mesures expérimentales

Les possibilités de mesure offertes par les réflectomčtres de profil ne se limitent pas aux seules mesures d'évolution du profil de densité au cours du temps avec une résolution spatiale inférieure au centimčtre. Elles s'étendent aussi ŕ la mesure de l'activité MHD avec la possibilité de suivre le déplacement des surfaces rationnelles au cours d'une décharge ainsi qu'ŕ la détermination du profil de fluctuations de densité. Des codes pour la réflectométrie réflectométrie Doppler et les réflectomčtres de position d'ITER sont en cours de développement dans le cadre de cette collaboration, avec en s'appuyant aussi sur des collaborations internationales avec les équipes qui seront probablement responsables des futurs réflectomčtres sur ITER (Associations Euratom-IST, Euratom-CIEMAT).

 

Thčme 2 : Mesure du taux de fluctuation de la luminosité du bord de Tore Supra (Université de Provence, Aix-Marseille I, Laboratoire de Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires, LPIIM, UMR-6633 CNRS  http://www.up.univ-mrs.fr/wpiim/sommaire.html)

Il apparaît que les limites intrinsčques de fonctionnement des tokamaks (limite de Greenwald en particulier) sont en grande partie déterminées par le transport anormal du plasma de bord. La collisionnalité est un paramčtre qui joue un rôle trčs important dans cette interaction entre la turbulence de bord et l'équilibre global du confinement. L'analyse précise de l'évolution spatio-temporelle des structures présentes au bord du plasma s'avčre indispensable. L'imagerie ultra-rapide a montré récemment que de grosses structures prennent naissance dans la zone confinée, ŕ l'intérieur de la derničre surface magnétique fermée. Afin de préparer le montage d'une caméra ultra-rapide sur Tore Supra, des expériences préliminaires de mesures de fluctuations de la luminosité des couches radiatives d'un plasma ont été menées au laboratoire PIIM puis sur Tore Supra. Ces travaux ont permis de fournir une mesure photométrique de la luminosité globale, ce qui constitue une information importante pour l'utilisation ultérieure d'une caméra rapide. Un fait important est que que l'essentiel de la luminosité dans le tore provient de la lueur du limiteur plancher et de ses réflexions sur la premičre paroi interne. La conception de la mesure finale doit prendre en compte ce problčme.

 

Thčme 3 : Caractérisation du transport et contrôle du plasma de bord (Université de Provence, Aix-Marseille I, Laboratoire de Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires, LPIIM, UMR-6633 CNRS  http://www.up.univ-mrs.fr/wpiim/sommaire.html)

L'activité de cette collaboration entre l’Association Euratom-CEA, le LPIIM et l’équipe du tokamak CASTOR de l’Association Euratom-IPP.CR, Prague. Elle a est centrée sur la caractérisation et le contrôle de la turbulence.  Grâce ŕ des mesures passives, effectuées ŕ l’aide de rangées de sondes, des progrčs ont pu ętre obtenus dans la caractérisation spatio-temporelle de la turbulence et du transport dans le plasma de bord (dans la Scrape Off Layer) des tokamaks. Concernant le contrôle actif, c’est-ŕ-dire la mise au point de techniques d’amplification ou de diminution de la turbulence de bord et du transport, des tentatives de contrôles ont mis en jeux  des structures de polarisation tournant en phase avec la turbulence de bord du tokamak. Ces méthodes sont étudiés en parallčle sur la colonne de plasma magnétisé du notre dispositif MIRABELLE du LPIIM.

 

Thčme 4 : Diagnostic des fluctuations de densité et vitesse poloďdale par rétrodiffusion Doppler sur Tore Supra (École Polytechnique, Laboratoire de Physique et Technologie des Plasmas, LPTP, UMR-7648 CNRS, LPTP, UMR-7648 CNRS  http://www.lptp.polytechnique.fr/)

Le diagnostic de rétro-diffusion Doppler DIFDOP est dédié ŕ l’étude expérimentale des fluctuations dans le cśur du plasma. Il a été construit en collaboration étroite entre le LPTP et l'Association Euratom-CEA et vient compléter les dispositifs installés dans Tore Supra basés sur la réflectométrie, sensibles aux petits nombres d’onde radiaux, dotant Tore Supra d’une capacité expérimentale étendue pour l’étude de la turbulence.

Dans ce diagnostic, le plasma est sondé par un faisceau micro-onde (mode O, F = 50 ŕ 75 GHz), envoyé en visée oblique par rapport aux surfaces iso-indice. La visée oblique permet de s’affranchir de la réflexion (réflectométrie classique), et le signal reçu provient de la rétro-diffusion de l’onde par les fluctuations du plasma.

L’exploitation scientifique a débuté en automne 2004, notamment avec la participation aux expériences de chauffage par ondes cyclotroniques ioniques, avec une concentration variable d’espčce minoritaire, pour évaluer l’effet du rapport Ti/Te sur le transport, et une forte puissance de chauffage, en régime susceptible de déclencher une barričre de transport. On s’est particuličrement intéressé ŕ la vitesse des fluctuations, d’une part, parce que la composante perpendiculaire mesurée est dominée par le terme de dérive dű au champ électrique radial, dont le cisaillement peut permettre de stabiliser la turbulence. D’autre part, parce que la comparaison de la vitesse des fluctuations avec cette composante de dérive électrique (dominée par le terme toroďdal) peut permettre d’évaluer le signe et l’ordre de grandeur de la vitesse intrinsčque des fluctuations et d’en déduire la prédominance d’instabilités ioniques ou électroniques. Le spectre en nombre d’onde montre un comportement similaire ŕ celui observé précédemment par diffusion laser, avec un indice spectral voisin de –3 qui augmente aux plus grands k. Enfin, l’étude du terme fluctuant de la vitesse Doppler a été entreprise, notamment de la statistique des incréments de vitesse, pour faire apparaître ou non un caractčre intermittent des fluctuations dans le cśur du plasma.

 

Mesure instantanée et locale reflétant la vitesse de l'écoulement turbulent. En haut, évolution temporelle de la vitesse déduite (en rouge), et l’amplitude des fluctuations (module, en blanc). En bas, histogramme des incréments de vitesse permettant de quantifier la statistique de  ces variations.

 

Thčme 5 : Étude du transport turbulent dans les plasma de bord par analyse et filtrage en ondelette de signaux turbulents mesurés dans le tokamak Tore Supra (École Normale Supérieure ULM, Laboratoire de Météorologie Dynamique, LMD http://www.lmd.ens.fr/)

Une méthode originale a été développée pour extraire les structures cohérentes dans les écoulements turbulents, tels ceux observés pour les plasmas chauds produits dans les tokamaks. La turbulence est caractérisée par son caractčre hautement non linéaire donnant ainsi lieu ŕ des comportements chaotiques. Les mesures effectuées sont alors trčs fluctuantes et seules leurs statistiques sont reproductibles et, on espčre, prédictibles. On observe dans les écoulements turbulents, de fluides ou de plasmas, l’apparition de structures organisées, appelées de façon générique `structures cohérentes’. La méthode d’extraction que nous avons proposée repose sur deux choix originaux. Le premier consiste ŕ représenter le signal ou le champ ondelettes, plutôt que dans l’espace physique ou en modes de Fourier, comme on le fait classiquement en turbulence. Le second choix correspond ŕ un changement de point de vue. Comme les chercheurs ne sont pas encore arrivés se mettre d’accord sur une définition précise et opérationnelle des structures cohérentes, nous avons proposé une définition minimale : `les structures cohérentes ne sont pas du bruit’. Le problčme de leur extraction se ramčne ainsi ŕ un problčme de débruitage. Avec ce point de vue nous n’avons plus besoin des faire des hypothčses sur les structures elles-męmes, mais seulement sur le bruit que nous cherchons ŕ éliminer pour les extraire. Pour commencer, nous avons choisi l’hypothčse la plus simple, ŕ savoir nous supposons que le bruit a une distribution de probabilité Gaussienne et qu’il est décorrélé. Notre travail des années précédentes a consisté ŕ mettre au point cet algorithme et ŕ l’appliquer sur différents signaux turbulents mesurés dans des tokamaks, en particulier sur Tore Supra.

 

 En savoir plus :

 

page précédente Haut de page page suivante (Création du courant plasma)


© CEA 2006 - Tous droits réservés