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Transport du W dans le tokamak WEST : nouveaux diagnostics spectroscopiques et nouvelles méthodes de calcul de physique atomique

par Elodie PICO - publié le

Directeur de thèse : Olivier Peyrusse
Coordonnées : olivier.peyrusse univ-amu.fr

Co-encadrant : Rémy Guirlet (CEA-Cadarache, remy.guirlet cea.fr)

Description du sujet :

Le tungstène sera le principal composant de l’enceinte d’ITER. Les deux grands tokamaks actuels en tungstène, ASDEX-Upgrade (AUG) et JET, ont montré que dans certaines expériences, le tungstène s’accumule au centre du plasma. Le rayonnement peut alors devenir incontrôlable et conduire à la perte brutale du plasma (qu’on appelle la disruption).
A partir de 2016, le tokamak WEST sera lui aussi exploité avec une enceinte interne entièrement en tungstène. Il bénéficiera de systèmes de mesure du rayonnement non disponibles sur AUG et JET : un spectromètre optimisé dans l’UV lointain (XUV) et un système de mesure dans le domaine X mous avec résolution en énergie. De plus, un deuxième spectromètre XUV, prototype d’un instrument d’ITER construit en collaboration avec une équipe coréenne, devrait être disponible au cours de la thèse.
L’objectif principal de la thèse est d’élaborer une méthode permettant, en utilisant les mesures des instruments ci-dessus, de déterminer la densité locale de tungstène entre le centre du plasma et sa dernière surface magnétique fermée. Pour cela, la première étape de la thèse sera consacrée à la modélisation de l’émission du tungstène. Celle-ci est complexe du point de vue de la physique atomique. On utilisera donc une approche dite « hybride » nouvelle en fusion magnétique, qui combine une approche statistique globale des structures spectrales avec une approche détaillée pour les transitions mesurées [1]. On cherchera en particulier à lever le doute sur la distribution des états d’ionisation [2] mais aussi à établir la relation entre un grand nombre de raies ou structures spectrales dans le domaine mesuré pour une détermination précise de la distribution des ions du tungstène.
Cette détermination constitue la deuxième étape de la thèse. Les informations éparses (en raison par exemple du nombre nécessairement restreint d’états d’ionisation mesurables pour le W) données par les instruments de mesure du rayonnement devront être comparées les unes aux autres et synthétisées pour donner la densité de tungstène avec une précision permettant la comparaison entre les expériences et les prédictions des modèles théoriques de transport.

Dans la dernière étape de la thèse, cette méthode pourra être appliquée à la comparaison entre les expériences et les modèles théoriques développés à l’IRFM afin d’améliorer la compréhension de l’effet des chauffages par onde sur l’accumulation du tungstène au centre du plasma.

Références bibliographiques :
[1] J. Bauche, C. Bauche-Arnoult, O. Peyrusse : Atomic properties in hot plasmas, Springer, 2015
[2] T. Puetterich et al., Plasma Phys. Control. Fusion 50 (2008) 085016