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Mise en évidence d'un piquage de la densité
dű au transport turbulent lors des décharges longue durée réalisées dans
Tore Supra (2004)
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Dans un Tokamak, les
grandeurs macroscopiques (densité, température, pression,...) sont en
premičre approximation homogčnes sur une surface magnétique. On peut
donc les décrire dans une section poloďdale simplement en fonction du
rayon du plasma. On parle alors de profil radial (figure 1)
La forme des profils est
trčs importante. Un profil de densité est dit « piqué » lorsque la
densité au centre est supérieure ŕ la densité au bord du plasma. Ce
piquage, conduisant ŕ une densité de combustible plus importante dans la
zone la plus chaude du plamsa, augmente la puissance fusion. Il est aussi
favorable ŕ la création d’un courant auto-generé dans le plasma
appelé « bootstrap », nécessaire a la réalisation de décharge plasma
continu. Le piquage peut-ętre induit « artificiellement » de façon
complexe (injection de matičre au centre,…) mais il est aussi observé
« naturellement » dans les plasmas de tokamak.
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Figure 1 : notion de profil
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Les profils de densité
dans un tokamak sont en général modélisés par un flux de particules
dirigé vers l'axe magnétique. Ce flux est appelé pincement. La
modélisation satisfaisante de ces phénomčnes est trčs récente et elle
fait appel ŕ la compréhension des mécanismes responsables du transport
des particules. Rappelons que une machine de fusion ŕ confinement
magnétique, les particules, lorsqu'on les considčrent individuellement,
suivent les lignes de champ magnétique, au rayon de Larmor et aux
mouvements de dérive prčs (cf chapitre « les grands principes / La
physique du plasma / le confinement magnétique »). Cependant, elles vont
aussi subirent des phénomčnes plus collectifs qui vont modifier ces
trajectoires simples pour aboutir ŕ des mécanismes de transport plus
complexes (collisions, effets des turbulences,…)..
Si l’on ne prend en
compte que les collisions (théorie néoclassique), le pincement en
densité décrit ci-dessus est proportionnel ŕ la tension par tour et
donc ŕ la présence ou non de courant d’origine inductive. Il est
appelé pincement de Ware (« Ware pinch »). Or dans les décharges
plasma de longue durée réalisées dans Tore Supra, la tension par tour
est presque nulle et pourtant, le profil de densité reste piqué au
centre en l’absence de toute source de particules ŕ l’intérieur d’un
rayon. Ce phénomčne a été montré de façon trčs claire en 2003 ([1],
figure 2). Cet effet systématique constitue la premičre démonstration
expérimentale de la présence d’un pincement d’une autre origine dans
le transport des particules.
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Figure 2 : profil de la densité électronique dans une décharge de 6
minutes réalisée dans Tore Supra
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Ces résultats
expérimentaux ont fait l’objet d’une analyse théorique fine oů
interviennent les phénomčnes de turbulence [2]. Deux phénomčnes
peuvent ętre ŕ l’origine de ce pincement:
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la thermodiffusion
turbulente qui engendre une composante du flux de particules
proportionnelle au gradient de température électronique
-
la turbulence causée
par la courbure du champ magnétique. Dans ce cas, le pincement est
proportionnel au gradient du facteur de sécurité (pas de l’hélice
des trajectoires dans un tokamak)
Les décharges de longues durées, sans courant inductif, réalisées Tore Supra sont une opportunité unique d’étudier ces phénomčnes. Il a été montré expérimentalement que le pincement est ŕ la fois dű ŕ la thermodiffusion turbulente et ŕ la turbulence causée par la courbure du champ magnétique [3]. Cependant, dans la région de forte variation de densité, le profil de densité est principalement gouverné par la turbulence causée par la courbure du champ magnétique et donc par le profil du facteur de sécurité (figure 3)
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Figure 3 : Corrélation du gradient de la densité électronique
avec le gradient du facteur de sécurité (gauche)
et le gradient de température électronique (droite)
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