Contribution de la turbulence électrostatique et magnétique au transport anormal dans plasma de Tokamak

Abstract

Le présent travail étudie le rôle de la turbulence électrostatique et magnétique sur le transport anormal des particules dans un plasma de tokamak, de diffusion des particules dans un tokamak peut être abordée à l’aide des techniques développées pour l’étude du chaos Hamiltonien. L’application de la dynamique Hamiltonien ne montre qu’il est possible de construire un système de variables angulaires et d’action. Les résultats émergent de l’étude de la fluctuation électrostatique montrent que la diffusion augmente avec l’amplitude de la perturbation comme prédit par la théorie quasi-linéaire. Les résultats numériques sont en accord avec les calculs théoriques, cependant on remarque une divergence à faible vitesse parallèle. Ceci peut être expliqué par le fait que les particules à faibles vitesses parallèles tendent à être piégées dans un minimum de potentiel électrostatique. Le mouvement dans ce cas n’est pas diffusif et ce piégeage explique pourquoi la théorie quasi-linéaire ne peut être appliquée dans le domaine de faibles vitesses. La diffusion est plus importante pour les particules froides, c'est-à-dire qu’elle est dominante du côté du bord du plasma, ce résultat est en accord avec les mesures expérimentales qui montrent que la région de bord est le théâtre d’une turbulence forte avec des niveaux de fluctuations pouvant dépasser 50%. Cette turbulence est électrostatique est la cause du transport anormal dans cette région du tokamak. L’analyse de la turbulence magnétique montre que la diffusion est plus importante pour les particules chaudes. L’évolution de la diffusion avec la perturbation montre que les fluctuations magnétiques détruisent les surfaces magnétiques et il apparaît des îlots magnétiques qui au fur et à mesure de l’augmentation de l’amplitude de la perturbation interagissent et engendrent des zones chaotiques pour lesquelles les particules peuvent passer d’une surface à une autre. La diffusion croît avec la vitesse parallèle contrairement au cas électrostatique, la turbulence magnétique est importante dans le cœur du plasma. Les particules froides sont sensibles aux fluctuations électrostatiques et les particules chaudes sont plus sensibles aux fluctuations magnétiques. Des études ont montré qu’à faible les fluctuations magnétiques sont faibles, de ce fait la turbulence est électrostatique. L’analyse des flux de particules met en évidence qu’un phénomène de pincement proportionnel au gradient de température appelé effet de thermodiffusion. Ce phénomène plus important pour les ions se manifeste pour des turbulences électrostatiques à faibles fréquences. Un autre phénomène de pincement proportionnel au gradient du champ magnétique apparaît pour des turbulences électrostatiques à fréquences plus faibles devant les fréquences de précession des particules. La recherche de régime de fonctionnement avec confinement est un axe important du programme de recherche en fusion contrôlée, on peut citer le piquage de densité et les barrières internes de transport qui apparaissent pour des régimes à cisaillement magnétique inversé.