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Impact du micro-déchirement sur le transport électronique dans les plasmas magnétisés

par Elodie PICO - publié le

Directeur de thèse : Xavier Garbet
Coordonnées : xavier.garbet cea.fr
IRFM, CEA, St-Paul-Lez-Durance 13108, France

Co-encadrant : Magali Muraglia
(magali.muraglia univ-amu.fr

Description du sujet :

Dans un tokamak, milieu extrême et siège de forts gradients, plusieurs instabilités peuvent conduire à la détérioration du confinement magnétique. En particuliers, les fluctuations du champ magnétique associés au gradient de courant peuvent générer des instabilités MagnéthoHydroDynamiques (MHD), appelées instabilités de déchirement, qui conduisent à la modification de la topologie du champ magnétique.
Ce phénomène de reconnexion magnétique, similaire à ce qui est observé dans la couronne solaire [1], est à l’origine de structures magnétiques particulières prenant la forme d’îlots magnétiques. Ces derniers existent dans les plasmas de fusion magnétiques à différentes échelles allant d’une dizaine de centimètres au millimètre. En particuliers, dans les tokamaks sphériques et/ou à grand rapport d’aspect, l’instabilité de micro-déchirement conduit à l’existence d’îlots magnétiques microscopiques [2, 3] responsables de la stochastisation du champ magnétique et de l’augmentation du transport électronique [4].
Cependant, bien qu’observé récemment dans les expériences, plusieurs études théoriques [5] ont montré que le mode de déchirement devrait être stable aux échelles microscopiques. Ainsi l’origine du micro-déchirement dans les tokamaks est une question largement ouverte et essentielle pour comprendre le transport électronique observé dans les expériences.
Dans ce sujet de thèse, grâce à des simulations numériques, il s’agit donc, dans un premier temps, de mettre en évidence les mécanismes physiques conduisant à la déstabilisation du micro-déchirement dans les plasmas magnétisés. Ensuite, l’étudiant sera emmené, grâce à un travail numérique non-linéaire, à étudier l’impact des îlots magnétiques sur le transport électronique.
L’échelle en jeu pour ce problème est du même ordre de grandeur que le rayon de Larmor ionique et par conséquent, une description gyro-cinétique du plasma est nécessaire. L’étudiant pourra utiliser le code gyro-cinétque GKW [6] pour ce projet.

Références bibliographiques :

[1] D. Biskamp, Magnetic Reconnection in Plasma, Cambridge University Press, Cambridge, England (2000)
[2] K.L. Wong et al., Phys. Rev. Lett. 99, 135003 (2007)
[3] M. Zuin et al., Phys. Rev. Lett. 110, 055002 (2013)
[4] W. Guttenfelder et al., Phys. Plasma 19, 056119 (2012)
[5] H.P. Furth et al., Phys. Fluids 6, 459 (1963)
[6] A.G. Peeters et al., Computer Physics Communication 180, 2650 (2009)