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Interaction plasma paroi et extraction des particules et de la chaleur
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7 )
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force de diffuser vers la périphérie du plasma, les particules finissent bien par
sortir du piège magnétique : que se passe-t-il lorsqu'elles rencontrent la paroi
? A quoi ressemble le plasma de bord d'un tokamak ? |
a)
Introduction
Malgré le
piège
magnétique de la configuration tokamak, le confinement des particules et de
l'énergie dans le plasma n'est pas parfait, et chaleur et matière diffusent
du centre vers l'extérieur de la décharge. Ceci a pour conséquence de
conduire des quantités importantes d'énergie et de particules vers le bord de
la décharge (avec des flux de chaleur supérieurs à ceux qui règnent dans le
soleil !) : c'est alors aux composants face
au plasma de gérer simultanément les deux problèmes ...
A quoi ressemble la
configuration magnétique dans la zone de bord
? La différence avec le plasma
central, où les lignes de champ sont en circuit fermé, c'est que dans cette
zone , les lignes de champ sont ouvertes, interrompues par un obstacle
solide (le composant face au plasma). On appelle Dernière Surface Magnétique
Fermée (DSMF)
la surface magnétique frontière entre les deux zones. Cette
DSMF est définie par le premier point de contact avec un objet solide, qui
limite donc le plasma, d'où le nom de limiteur pour les composants qui font
face en première ligne au plasma.
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Les particules chargées,
qu'elles soient dans la zone centrale ou de bord, suivent toujours les
lignes de champ et vont donc entrer en collision avec le solide : c'est ce qu'on
appelle les interactions plasma/paroi. Lors de cette collision, les particules
chargées se neutralisent (c'est à dire redeviennent des
atomes ou des molécules en récupérant des électrons) et deviennent alors insensibles au champ magnétique,
libres de se déplacer au gré des collisions avec les composants face au plasma
ou les autres particules, jusqu'au moment où elles s'ionisent à nouveau
par contact avec le plasma. Elles recommencent alors à suivre les
lignes de champ, et peuvent soit réalimenter le plasma en particules si elles
ont été ionisées dans la zone centrale de la décharge, soit faire à nouveau
une collision avec un solide si elles ont été ionisées dans la zone de bord.
L'histoire se poursuit ainsi jusqu'à ce que la particule soit extraite du
système, en étant absorbée soit
par la paroi, soit par le système de pompage externe. On appelle l'ensemble de
ces phénomènes le recyclage.
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On assiste donc à une
rencontre assez extraordinaire, où le quatrième état de la
matière (le plasma) rejoint les 3 autres (la paroi solide, le gaz résultant de
l'interaction du plasma avec la paroi, et le liquide, qui circule à quelques centimètres de la surface de la paroi pour
la refroidir...). On parcourt également toute une échelle de température, en passant de
la centaine de
millions de degrés pour le plasma central à 10 000 degrés pour le plasma de
bord où se trouvent les molécules et les atomes, et à 1000 degrés pour
la température de surface des composants face au plasma.
On distingue ces trois zones de
températures sur une image du tokamak Asdex
prise par une caméra
travaillant dans le domaine de la lumière visible
,
où on voit le plasma de bord fortement rayonner, tandis que le plasma
central, à très haute température, émet dans une gamme de longueur
d'onde différente (vers
les rayons X
) et apparaît comme transparent pour la caméra visible.
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