Soutenance de thèse de Valeria OSTUNI

WEST est la machine métallique en fonctionnement depuis décembre 2016. Ses caractéristiques originales sont une valeur d’aspect ratio de 5-6 et la paroi interne recouverte de tuiles de tungstène. Ses plasmas sont principalement chauffés par des électrons (ICRH et LHCD) et sans torque (pas de NBI). Dans ce travail, nous analysons en profondeur la base de données du plasma de WEST pour caractériser le domaine opérationnel. Ensuite, nous appliquons un modèle de transport turbulent et explorons sa validité sur le domaine opérationnel de WEST. La dépendance paramétrique du temps de confinement par rapport au rapport d’aspect (A) est obtenue en ajoutant les données WEST à la base de données ITER existante avec des machines ayant des A allant de 2,41 à 7,78, mais avec quelques chocs dans la gamme 5-6. La base de données WEST contient plus de 1000 entrées en mode L, deutériumuniquement, chauffées par l’hybride et par résonance cyclotronique ionique. Les études réalisées prennent en compte les statistiques calculées sur les plateaux de puissance totale croisant les plateaux de courant plasma (états quasi stables). En injectant 1000 plateaux WEST aux 1312 entrées existantes, le coefficient de régression calculé associé au rapport d’aspect est proche de zéro, comme précédemment trouvé pour L96 malgré la nouvelle gamme de rapport d’aspect couverte par WEST. Dans la base de données WEST, il a été observé que deux états de confinement différents coexistent, la branche froide et la branche chaude pour un Ptot /ne,vol donné. Dans la "branche chaude", le Te(0) est supérieur à 2keV, dans la "branche froide" c’est l’inverse. De plus, les 25% des plateaux détectés sont effectués par un collapse rapide de la température centrale des électrons. Expérimentalement, on observe une réduction initiale lente de la température central des électrons due à une augmentation de la densité, tandis que le profil central du tungstène est plat et constant dans le temps. Ensuite, un collapse radiatif se produit : le profil du tungstène central rapidement pic, en même temps, la mesure du canal central des rayons X durs diminue, indiquant un changement dans l’absorption du LHCDcentral. Lamodélisation intégrée est utilisée pour explorer la chaîne de causalité (RAPTOR couplé au réseau neuronal 10D QuaLiKiz, LUKE pour calculer le profil de dépôt de puissance LHCD). Pour capturer la vitesse du collapse, il faut un pic de tungstène et une réduction de l’absorption centrale du LHCD. Lorsque l’absorption de puissance LHCD centrale est réduite, les profils de température des électrons et des ions au centre s’aplatissent, ce qui réduit le transport thermique néoclassique du tungstène et conduit à l’accumulation de tungstène observée dans le centre. En prenant en compte l’augmentation de la densité de tungstène et la diminution de la puissance LH injectée dans le centre du plasma, le collapse de la température des électrons peut être reproduit.

WEST is the metallic machine operating since December 2016. Its specificities are an aspect ratio value of 5-6 and a full tungsten coverage (inner wall plus divertor). Its plasmas are dominantly electron heated (ICRH and LHCD) and torque free (no NBI). In this work, we analyze extensively the database of WEST plasma to characterize the operational domain. Then, we apply a turbulent transport model and explore its validity on WEST operational space. The parametric dependence of the confinement time with respect to the aspect ratio (A) is obtained by adding WEST data to the existing ITER database with machines having A ranging from 2.41 to 7.78, but with few shots in the range 5-6. WEST database contains more than 1000 entries in L mode, deuteriumonly pulses, heated by lower hybrid and ion cyclotron resonance heating. The performed studies take into account statistics calculated on plateaus of total power intersecting plasma current plateaus (quasi-steady states). When adding 1083 WEST plateaus to the existing 1312 entries, the computed regression coefficient associated to aspect ratio is close to zero, hence confirming the very weak aspect ratio dependence of ITER96-L scaling law in spite of the new aspect ratio range covered by WEST. In the WEST database has been observed that two different confinement states coexist, the cold and the hot branches at a given Ptot /ne,vol . In the "hot branch", Te(0) is higher than 2keV and Te(0) increases with larger Ptot /ne,vol . While in the "cold branch" Te(0) remains lower than 2 keV and does not respond to larger Ptot /ne,vol . Moreover, the 25% of the detected plateaus are effected by a rapid collapse of the central electron temperature fromthe hot to the cold branch. Experimentally, during a collapse from the hot to the cold branch, an initial slow reduction of central electron temperature due to a density increase is observed, while the central tungsten profile is flat and constant in time. Then, radiative collapse occurs: the core tungsten profile peaks rapidly, at the same time, the central hard X-ray channelmeasurement decreases indicating a change in core LHCD absorption. Integrated modelling is used to explore the causality chain (RAPTOR coupled with QuaLiKiz 10D neural network, LUKE to compute the LHCD power deposition profile). To capture the dynamics of the velocity collapse, both, enhanced tungsten core peaking and reduction of central LHCD absorption are required. When central LHCD power absorption is reduced, core electron and ion temperature profiles flatten which reduces the tungsten neoclassical thermal screening and leads to the observed core tungsten accumulation. Taking into account both the increase of the tungsten density and the decrease of the LH power absorbed in the plasma center, the collapse of the central electron temperature can be reproduced.