Configurations de l'interaction plasma/paroi

5) Interaction plasma paroi et extraction des particules et de la chaleur (p 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 )

Comment empêcher plasma et paroi de se nuire mutuellement ? Les physiciens ont développé plusieurs configurations pour éloigner le plasma central du lieu d'interaction plasma/paroi.

c) Les différentes configurations du plasma de bord

divertor axisymétrique

Après l'optimisation des matériaux, une deuxième idée a été d'éloigner la zone où a lieu l'interaction plasma/paroi du plasma central, afin d'éviter que les impuretés émises dans cette zone ne parviennent jusqu'au coeur de la décharge : c'est la configuration divertor axisymétrique, où la DSMF n'est plus définie par le point de contact avec un solide comme dans le cas de la configuration limiteur, mais par une frontière "magnétique" créée en rajoutant une bobine autour du tokamak.

On comprend l'avantage du système sur le schéma ci-dessous. Le flux de particules sortant du plasma par diffusion radiale est représenté par la grosse flèche blanche bordée de rouge. Dans la première configuration, à gauche, les particules suivent les lignes de champ et vont rencontrer le limiteur (flèche rouge 1). Elles se neutralisent alors, et peuvent lors de l'impact arracher des impuretés, également sous forme de neutres, à la paroi. Ces particules neutres ne sont plus astreintes à suivre les lignes de champ (flèche verte 2) et circulent librement jusqu'à ce qu'elles soient à nouveau ionisées par le plasma. Etant donnée la proximité du plasma central, elles ont une forte probabilité de s'ioniser à nouveau au coeur de la décharge (flèche rouge 3). Par contre, dans la configuration divertor, à droite, le flux sortant du plasma est dirigé en suivant les lignes de champ vers des plaques de neutralisation situées loin du plasma central. Les impuretés ont alors plus de chance d'être réionisées dans la zone de bord, où elles suivent les lignes de champ pour être interceptées à nouveau par les plaques de neutralisation. Elles restent alors en circuit fermé sans perturber le coeur de la décharge : on parle d'écrantage des impuretés. C'est en testant cette nouvelle configuration que le mode de confinement amélioré dit mode H a été découvert sur la machine allemande Asdex dans les années 80, ce qui a définitivement assuré le succès de ce système. Les plus grandes machines actuelles, comme JET et JT60-U, sont équipées de ce type de dispositif.

Divertor ergodique

Module de divertor ergodique dans la chambre à vide de Tore Supra

Sur Tore Supra, on a testé une variante de cette configuration, le divertor ergodique, dont l'idée de base reste la même - éloigner la zone d'interaction plasma/paroi du plasma central - mais qui utilise pour ce faire une perturbation magnétique qui "ergodise" les lignes de champ au bord de la machine, c'est à dire qu'au lieu de la structure bien ordonnée en tores emboîtés, on obtient au bord un mélange chaotique des lignes de champ. L'interaction plasma-paroi n'est plus éloignée "géographiquement" mais "magnétiquement" de la zone centrale. On retrouve ici le concept du chaos, domaine de recherche fondamentale en pleine expansion, très en vogue actuellement en physique, mais également en météo ou en économie.

A quoi ressemble cette bête mystérieuse ? A 6 modules placées régulièrement autour de la chambre, dans lesquels on fait circuler un courant pour créer la perturbation.

Le courant servant à créer la perturbation (Idiv) circule dans les bobinages représentés en noir ci-contre. Les surfaces magnétiques réagissent en se déformant près du module de divertor ergodique, et le plasma vient en contact avec le divertor au niveau des neutraliseurs.

On voit ci-contre une représentation schématique des lignes de champ (tubes de différentes couleurs) dans la zone de bord en configuration divertor ergodique, dont les modules sont représentés en rouge. Les lignes de champ sont mêlées et en reprenant le schéma de circulation des particules décrit pour les autres configurations, on constate que les particules neutres ont une forte probabilité d'être réionisées sur une ligne de champ qui retourne à l'un des modules, et donc de rester coincée dans la zone de bord où s'exerce la perturbation.