Turbulent transport modeling in the edge plasma of tokamaks : verification, validation, simulation and synthetic diagnostics / Clothilde Colin ; sous la direction de Eric Serre et de Frédéric Schwander

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : anglais / English

Catalogue Worldcat

Fusion au plasma

Fusion nucléaire

Électricité -- Production

Sondes de Langmuir

Serre, Eric (Directeur de thèse / thesis advisor)

Schwander, Frédéric (1979,...) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Gravier, Etienne (1971-....) (Président du jury de soutenance / praeses)

Lipschultz, Bruce (196?-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Loarte, Alberto (1964-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Aix-Marseille Université (2012-....) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

Ecole Doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Résumé / Abstract : La possibilité de produire de l'énergie en utilisant la fusion par confinement magnétique est un défi scientifique et technologique. La perspective d'ITER transmet des signaux forts afin d'intensifier les efforts de modélisation pour les plasmas de fusion. Le succès de la fusion est conditionnée par la qualité du confinement du plasma dans le cœur du réacteur et par le contrôle des flux de particules et de chaleur qui arrivent sur la paroi. Les deux phénomènes sont liés au transport turbulent. L'étude de ces phénomènes est d'autant plus compliquée que la géométrie magnétique est complexe. Cela nécessite une amélioration de notre capacité à développer des outils numériques capables de reproduire les propriétés du transport turbulent fiables.Cette thèse présente le modèle fluide du code TOKAM3X pour simuler plasma de bord turbulent. Une attention particulière a été portée sur la vérification et la validation de ce code, ce qui est une étape nécessaire avant d'utiliser un code comme un outil prédictif. Ensuite, de nouvelles études sur les propriétés physiques de la turbulence bord du plasma sont examinées. En particulier, les asymétries poloïdales induites par la turbulence et observées expérimentalement côté faible champ sont étudiées en détail. Un grand soin est dédié à la reproduction du scénario MISTRAL, qui consiste à changer la configuration magnétique et à en observer l'impact sur les flux parallèles dans le plan poloïdal. Les simulations reproduisent les mesures expérimentales et fournissent de nouvelles informations sur l'effet du point de contact plasma-paroi sur les caractéristiques de la turbulence, qui ne sont pas accessibles dans les expériences.

Résumé / Abstract : The possibility to produce power by using magnetically confined fusion is a scientific and technological challenge. The perspective of ITER conveys strong signals to intensify modeling effort on magnetized fusion plasmas. The success of the fusion operation is conditioned by the quality of plasma confinement in the core of the reactor and by the control of plasma exhaust on the wall. Both phenomena are related to turbulent cross-field transport that is at the heart of the notion of magnetic confinement studies, particle and heat losses. The study of edge phenomena is therefore complicated by a particularly complex magnetic geometry.This calls for an improvement of our capacity to develop numerical tools able to reproduce turbulent transport properties reliable to predict particle and energy fluxes on the plasma facing components. This thesis introduces the TOKAM3X fluid model to simulate edge plasma turbulence. A special focus is made on the code Verification and the Validation. It is a necessary step before using a code as a predictive tool. Then new insights on physical properties of the edge plasma turbulence are explored. In particular, the poloidal asymmetries induced by turbulence and observed experimentally in the Low-Field-Side of the devices are investigated in details. Great care is dedicated to the reproduction of the MISTRAL base case which consists in changing the magnetic configuration and observing the impact on parallel flows in the poloidal plane. The simulations recover experimental measurements and provide new insights on the effect of the plasma-wall contact position location on the turbulent features, which were not accessible in experiments.