21/01/PATP/MK

Stage M2 – Physique – équipe PATP – modélisation – 3 à 6 mois

Contribution à la modélisation et à la validation du code pour la réduction des perturbations par l'injection de boulettes hachées

L’une des questions les plus critiques pour les futures expériences de plasma en combustion et les réacteurs basés sur le concept de tokamak comme ITER est l’apparition éventuelle de perturbations qui sont des pertes soudaines de confinement du plasma connues sous le nom de quenchings thermiques et de courant, générant des flux de chaleur et de particules élevés sur les composants faisant face au plasma (PFC). Les dommages que ces événements peuvent causer aux parties de la cuve sont encore plus problématiques lorsque le courant de plasma est élevé, ce qui est le cas d’ITER, et il est évident que la meilleure façon de prévenir ces dommages est d’éviter les perturbations. Cependant, comme il n’est pas possible de garantir un fonctionnement sans perturbation à 100 %, il est crucial de développer des techniques d’atténuation des perturbations qui peuvent être utilisées en dernier recours pour la protection du dispositif. Actuellement, les techniques les plus prometteuses sont basées sur l’injection massive de particules, l’injection massive de gaz MGI étant l’une des premières. Cependant, la technique MGI, dont l’efficacité a été prouvée sur les kamaks actuels, ne sera pas efficace dans les grands dispositifs comme ITER. Une nouvelle technique similaire, connue sous le nom de SPI (Shattered Pellet Injection) a récemment été testée avec succès sur le DIII-D. Cette technique a été adoptée sur le JET et est sérieusement envisagée pour ITER par l’organisation ITER, comme en témoigne l’attention croissante portée par la task force du système d’atténuation des perturbations aux activités de modélisation et de validation du code de la technique SPI. La présente proposition de thèse vise à accompagner cette dynamique par une contribution à la modélisation et à la validation du code du processus d’atténuation des perturbations par le SPI. Le travail se concentrera sur la modélisation du modèle d’ablation/déposition des granulés brisés et sur la validation du modèle par comparaison avec les données expérimentales des tokamaks actuels par la contribution à l’ensemble des travaux appropriés du consortium EUROfusion. De nombreuses questions restent à résoudre. La distribution de la taille des granulés n’est pas bien connue et on soupçonne en outre que les granulés sont mélangés à du gaz. Au niveau de chaque granule, le modèle approprié de dépôt de matière reste à développer, en partant par exemple du modèle bien connu de protection par gaz neutre (NGS) [1], développé pour simuler des “granules tueuses” [2]. Une troisième question concerne la modélisation de l’atténuation de la perturbation elle-même. En effet, les codes MHD non linéaires 3D comme NIMROD [3] et JOREK [4] qui ont été développés pour le MGI devraient être modifiés et adaptés au SPI. Pour la validation du code, plusieurs données expérimentales peuvent être utilisées. Les techniques les plus prometteuses qui peuvent être utilisées pour la caractérisation de l’injection elle-même et l’évolution du plasma sont basées sur l’analyse spectroscopique de la lumière émise par les éclats de pastilles lors de leur ablation par le plasma et l’émission de plasma. La technique basée sur l’analyse élargie de Stark de l’émission du nuage d’ablation des pastilles individuelles [5] sera étendue aux éclats de pastilles afin de déterminer la vitesse d’ablation ainsi que la densité locale et la température du plasmoïde entourant le flux des éclats de pastilles.

Bibliographie :

1. Parks P B and Turnbull R J, Phys. Fluid 21 (1978) 1735.
2. Gal K et al, Plasma Phys. Control. Fusion 50 (2008) 055006
3. Izzo V A and Parks P B, Nucl. Fusion 50 (2010) 058001
4. Nardon E et al, Plasma Phys. Control. Fusion 59 (0217) 014006
5. M. Goto, S. Morita, M. Koubiti, J. Phys. B.: At. Mol. Opt. Phys. 43 (2010) 144023.

Mohammed Koubiti - Contacter
Laboratoire PIIM

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