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Calibration absolue du diagnostic EFILE (Electric Field Induced Lyman-alpha Emission) et mesures du champ électrique en gaine d’un plasma paroi

publié le

Directeur de thèse : Alexandre Escarguel
Coordonnées : alexandre.escarguel univ-amu.fr, 04 91 28 82 04 centre St Jérôme, service 362
Co-encadrant : Chérigier-Kovacic Laurence
Coordonnées : laurence.kovacic univ-amu.fr, 04 91 28 82 21, centre St Jérôme, service 362

Description du sujet :
EFILE est un diagnostic qui permet de mesurer de façon directe un champ électrique dans le vide ou dans un plasma. Il est basé sur l’émission de la raie Lyman-alpha par un faisceau d’hydrogène dans l’état 2s lorsque celui-ci traverse une région où règne un champ électrique. Les atomes du niveau 2s, normalement métastable, peuvent passer dans le niveau 2p suite à un couplage 2s-2p par effet Stark. L’émission de la raie Lyman-alpha, lors de la désexcitation vers le niveau fondamental, est alors proportionnelle au carré de l’amplitude du champ, ce qui permet de le mesurer. Ce diagnostic a été appliqué* à l’étude de la gaine plasma-paroi dans le cas d’un champ continu.
L’objectif de ce travail est d’étudier un champ électrique radiofréquence dans le vide et dans un plasma, en particulier au niveau de la gaine à l’interface entre le plasma et une paroi active comme une antenne de chauffage ionique dans un tokamak. En effet, il est expérimentalement observé que le champ créé par une antenne modifie les principaux paramètres du plasma (température électronique, densité, potentiel…) et génère des interactions plasma-paroi par le biais des gaines RF, ayant pour conséquences des dépôts de chaleurs et une érosion accrue des composants faces au plasma. La description théorique et les simulations numériques de ces gaines radiofréquences (RF) sont des domaines de recherche très actifs mais on manque de diagnostics spécifiques et de données expérimentales. Il s’agira donc d’utiliser le diagnostic EFILE existant dans l’équipe Turbulence Plasma avec un double objectif : proposer une méthode pour calibrer de façon absolue le diagnostic EFILE, explorer ses limites (et ses possibilités) dans le domaine des radiofréquences en étudiant plus particulièrement le problème des gaines RF en plasma. On travaillera dans une enceinte de configuration cylindrique simple permettant la création d’un plasma non magnétisé, où le champ sera généré entre deux plaques parallèles. On comparera les mesures en fonction de la fréquence et de l’amplitude du champ à une simulation développée au travers d’une collaboration avec l’institut Fresnel. Les prolongations/perspectives de ce travail de thèse seront la mise en oeuvre du diagnostic dans un plasma magnétisé (machine MISTRAL de l’équipe Turbulence Plasma) où les observations par EFILE seront couplées à d’autres diagnostics, permettant d’étudier la turbulence et le transport des particules. A plus long terme, l’installation d’EFILE sur le banc expérimental IShTAR (banc test de l’Institut de Physique des Plasmas de Garching, Allemagne) devrait permettre l’étude de la gaine RF devant une antenne de chauffage ionique dans des conditions similaires à celles du plasma de bord d’un tokamak.
*L. Chérigier-Kovacic, P. Ström, A. Lejeune and F. Doveil, Review of Scientific Instruments 86, 063504 (2015) ; doi : 10.1063/1.4922856