Soutenance de thèse de Mathieu CAROLE

La fusion par confinement magnétique est explorée pour répondre aux besoins énergétiques mondiaux, mais sa maîtrise reste un défi, nécessitant l'étude approfondie de la physique des plasmas dans des réacteurs tels que les tokamaks. Le tokamak WEST, un dispositif français, est conçu pour maintenir des plasmas de longue durée en utilisant des divertors activement refroidis. Pour caractériser ces plasmas, divers diagnostics sont utilisés, mais des limitations subsistent, notamment pour mesurer certaines régions spécifiques du plasma. Pour surmonter ces limitations, un nouveau diagnostic de diffusion Thomson est en cours d'installation sur WEST. Ce système, basé sur la diffusion de photons, permettra d'estimer avec précision la température et la densité électroniques à différents points du plasma. Le diagnostic utilise des détecteurs spécifiques appelés polychromateurs qui analysent le spectre diffusé en plusieurs canaux, permettant ainsi des mesures plus précises. La thèse a pour objectif de développer ce diagnostic et de l'utiliser pour étudier les modes de confinement et le transport des particules dans divers scénarios plasma. La mise en service du diagnostic, initialement prévue pour les deux premières années, a été retardée. Les premiers résultats exploitables n'ont été obtenus qu'en troisième année, révélant certaines erreurs de mesure à corriger. L'auteur a contribué au développement du diagnostic à travers trois aspects : la conception d'une ligne laser, le développement d'un banc de calibration spectral, et la création d'une interface de contrôle pour l'acquisition des données. Des modèles numériques ont également été développés pour simuler les performances du diagnostic et estimer les erreurs potentielles dues à divers facteurs. Des tests ont montré que les erreurs de mesure du diagnostic étaient comparables à celles d'autres dispositifs similaires utilisés dans le monde. Des efforts sont en cours pour améliorer la précision des mesures et minimiser les erreurs. La première phase de tests a permis d'acquérir des données qui seront utilisées pour affiner les méthodes de traitement du signal et valider le diagnostic. En conclusion, ce travail préliminaire est essentiel pour le développement et l'amélioration du diagnostic de diffusion Thomson sur le tokamak WEST. Ce diagnostic est crucial pour l'étude des plasmas, car il fournit des mesures indépendantes et absolues, contribuant ainsi de manière significative à la compréhension et à l'optimisation de l'équilibre magnétique dans les réacteurs de fusion.

Magnetic confinement fusion is being explored to meet the world's energy needs. Still, its mastery remains challenging, requiring the in-depth study of plasma physics in reactors such as tokamaks. The WEST tokamak, a French device, is designed to maintain long discharge plasmas using actively cooled divertors. Various diagnostics are used to characterize these plasmas, but limitations remain, particularly for measuring the Scrape off-layer regions of the plasma. To overcome these limitations, a new High-Resolution Thomson Scattering diagnostic is being installed on WEST. Based on photon scattering, this system will make it possible to estimate the electronic temperature and density at different points in the plasma accurately. The diagnosis uses specific detectors called polychromators, which analyze the scattered spectrum in several channels, thus allowing for more precise measurements. The thesis's objective is to develop this diagnosis and use it to study the confinement modes and particle transport in various plasma scenarios. The commissioning of the diagnostic, initially planned for the first two years, took time. The first usable results were only obtained in the third year, revealing certain measurement errors that needed to be corrected. The thesis deals with the work done on the Thomson Scattering design and on the performances evaluated with a synthetic diagnostic during the first commissioning. The author's contributions to the development of diagnostics have been significant. These include the design of a laser line, the development of a spectral calibration bench, and the creation of a control interface for data acquisition. In addition, the author has developed numerical models to simulate diagnostic performance and estimate potential errors due to various factors. While tests have shown that diagnostic measurement errors are comparable to similar devices used worldwide, we are not resting on our laurels. Efforts are ongoing to improve measurement accuracy and minimize errors. The first testing phase has already provided valuable data, which will be used to refine our signal processing methods and further validate the diagnosis. In conclusion, this preliminary work is essential for developing and improving Thomson diffusion diagnostics on the WEST tokamak. This diagnostic is crucial for studying plasmas, as it provides independent and absolute measurements, thus contributing significantly to understanding and optimizing the magnetic balance in fusion reactors.