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- Chauffage et génération de courant
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| Le
chauffage à la fréquence hybride : le champion de la génération de courant |
c) chauffage
par onde radio fréquence
En montant la fréquence, on
atteint le domaine de la fréquence hybride basse, qui utilise une onde
dite
lente aux alentours de quelques GHz
(correspondant à des longueurs d'onde
centimétriques, donc qui deviennent faibles par rapport aux dimensions du
plasma). La première
utilisation de cette onde a été de se placer dans des conditions où l'onde
rencontre, lors de son parcours dans le plasma, la résonance hybride basse. Ce
chauffage hybride s'est révélé assez peu efficace et il n'est plus utilisé
sur les tokamaks actuels.
Par contre, l'onde hybride
basse possède un fort champ électrique
parallèle au champ magnétique, ce qui en fait une bonne
candidate pour accélérer les électrons par absorption Landau dans la
direction toroïdale. On l'utilise donc en mode génération de
courant, en
effectuant un phasage entre les différents guides d'onde débouchant dans le
tokamak, de façon à générer une onde avec un spectre toroïdal
dissymétrique. L'onde se couple alors au mouvement parallèle des
électrons, et plus particulièrement des électrons très énergétiques
présents en tout petit nombre naturellement dans la décharge. Ces électrons
suprathermiques l'absorbent fortement (si fortement que l'onde a parfois du mal
à atteindre le coeur de la décharge). L'onde a donc tendance à développer
cette population suprathermique : attention aux dégâts sur
les composants face au plasma si elle
n'est pas parfaitement contrôlée.
Par ailleurs, même si elle n'est pas absorbée trop rapidement, ce type d'onde
a du mal à se propager dans les plasmas très denses et très chauds. Pour ces
raisons, l'onde hybride est un bon candidat pour générer du courant plutôt
dans la partie périphérique des plasmas de type réacteur. Par contre, en
raison de l'absorption directe et intense des électrons, l'efficacité de
génération de courant (c'est à dire la quantité de courant créée par
unité de puissance) de l'onde hybride compte parmi les meilleures.
| On voit ici une antenne hybride (que l'on
appelle souvent un grill) en cours de manutention avant installation dans
Tore Supra. |
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Sur Tore Supra, ce système de chauffage
est très utilisé pour la génération non inductive de courant dans le
cadre du programme décharges longues. C'est avec 2.3
MW
d'hybride
injectés pendant 2 minutes dans la machine que Tore Supra détient le
record mondial d'énergie de 280 MJ
.Comme toujours, le point critique est d'assurer un bon couplage de l'onde au
plasma. Contrairement au système FCI, qui exige de
fonctionner au dessus d'une densité critique, le système hybride est d'autant
plus efficace en génération de courant qu'il travaille à basse densité.
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En outre, le chauffage hybride est utilisé pour passer en mode
de confinement amélioré, le LHEP (ou Lower Hybrid Enhanced
Confinement) en façonnant le profil de courant j à l'intérieur de la
décharge. Le courant généré par l'hybride (en vert ici), localisé à
mi-rayon du tokamak, vient s'ajouter au courant normal, permettant
de passer du profil de courant en bleu du mode L à celui en rouge du mode
LHEP. La bosse de courant provoque un effet sur le transport des
particules et de l'énergie, comme on le voit sur le coefficient de
transport de la chaleur ce,
qui s'effondre au centre de la décharge en mode LHEP (en rouge) alors
qu'il est relativement constant en mode L (en bleu). Ceci correspond à
une barrière de transport, et à un confinement amélioré.
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