Résumé : Le transport de particules énergétiques (EP) dans les tokamaks constitue un problème fondamental pour les plasmas en combustion car il peut avoir un impact négatif sur l’efficacité énergétique de la réaction et menacer l’intégrité de la machine. Les simulations premiers principes sont donc essentielles pour élaborer des scénarios plasmas qui peuvent atténuer ces effets. Cependant, pour être réalistes, ces simulations doivent incorporer une large gamme d’échelles spatiales, le transport d’EPs pouvant provenir de la microturbulence, de modes propres d’Alfvén, d’instabilités MHD globales, et des interactions non-linéaires qui peuvent exister entre chacun de ces canaux de transport.
Le code gyrocinétique global (GTC) a été utilisé précédemment pour l’étude du transport d’EPs induit par la microturbulence et les modes propres d’Alfvén. GTC est maintenant appliqué pour la simulation de modes MHD macroscopiques dans les plasmas de DIII-D et ITER. La capacité du code à simuler les modes MHD induits par le courant plasma est d’abord démontrée en effectuant une vérification et une validation linéaire de l’instabilité de kink interne dans les plasmas de DIII-D avec des codes gyrocinétique (GTC) et MHD-cinétiques (GAM-solver, M3D-C1/K, NOVA, XTOR-K). En utilisant une géométrie magnétique réaliste et des profils plasma d’une décharge DIII-D, ces codes montrent d’excellents accords pour le taux de croissance et la structure de mode du kink interne n=1 dans la limite de la MHD idéale, en supprimant tous les effets cinétiques. Les structures de mode radiales, obtenues à partir de simulations linéaires, sont en accord raisonnable avec la mesure de l’émission cyclotronique électronique en ajustant, dans les limites de l’incertitude expérimentale, la position de la surface flux q=1 dans la reconstruction de l’équilibre MHD. En outre, on constate que les effets cinétiques des ions thermiques diminuent le taux de croissance du kink dans les simulations MHD-cinétiques, mais l’augmentent dans les simulations gyrocinétiques, en raison du drive supplémentaire apportée par le gradient de température des ions et du champ électrique parallèle.
La capacité MHD validée de GTC est ensuite appliquée à l’étude de l’instabilité fishbone dans les plasmas d’ITER. Un scénario ITER baseline de préfusion est considéré dans cette analyse dans le cadre des activités ITPA-EP. Une décharge DIII-D associée est sélectionnée pour la comparaison expérimentale des résultats numériques, la sélection étant faite en termes de profil de q, de bêta normalisé et de profils plasmas similaires. La décharge sélectionnée présente des oscillations fishbones , entraînés par les ions rapides provenant de l’injection d’un faisceau de neutres (NBI). On constate que les modes fishbones sont déclenchés par les particules énergétiques pour les configurations DIII-D et ITER, avec des structures de mode similaires. Les résultats non-linéaires préliminaires obtenus avec GTC révèlent une décroissance de la fréquence du mode associée à un transport résonnant d’EPs, qui sont des signatures clés de l’instabilité fishbone.
Brève biographie : Guillaume Brochard est chercheur post-doctoral à l’Université de Californie, Irvine, dans l’équipe du Professeur Zhihong Lin. Ses recherches portent sur le transport de particules énergétiques et les instabilités dans les plasmas de tokamak. Il a effectué son doctorat au CEA Cadarache / CPHT Ecole Polytechnique sous la direction du Dr Hinrich Lütjens et du Dr Rémi Dumont.
En fonction des conditions sanitaires, la conférence sera précédée d’un petit-déjeuner de bienvenue à 10h00.
