Soutenance de thèse de FONGHETTI Theo

Résumé de la thèse

Le tokamak WEST apporte des éléments clés sur l'opération de longue durée dans un environnement tout-tungstène (W), en anticipant des défis pour des réacteurs futurs tels que BEST et ITER. Son principal système radiofréquence, le Lower Hybrid Current-Drive (LHCD), permet l'obtention de régimes entièrement non inductifs en pilotant efficacement le courant toroïdal, culminant vers un record de durée récent de 1337 s à WEST. Cependant, les impuretés tungstène fortement radiatives et la déposition de puissance/de courant LHCD hors de l'axe magnétique restreignent le domaine opérationnel. Le cadre de modélisation intégrée HFPS résout de manière auto-cohérente la diffusion du courant et le transport de la chaleur et des particules du coeur à la séparatrice, avec des modèles réduits pour les sources et les coefficients de transport. Utilisé en modes interprétatif et prédictif, ce cadre soutient le développement de scénarios sur WEST : prolonger la durée d'impulsion dans la configuration actuelle, avec LHCD seulement, et évaluer les performances et la robustesse de l'ajout d'ondes cyclotroniques électroniques (EC).
Les simulations HFPS reproduisent le constat expérimental selon lequel la réussite de la phase de “W burn-through” exige que le chauffage électronique dépasse les pertes de rayonnement du W dans le coeur du plasma, ce qui limite l'opération à forte densité et/ou forte fraction de puissance rayonnée. En déterminant le courant LHCD et le transport turbulent quasi-linéaire de façon auto-cohérente, le courant inductif résultant est correctement prédit ; dans les limites plasma et machine, cela permet d'identifier le domaine pleinement non inductif pour un courant plasma ∼ 300 kA, une densité linéique moyenne ∼ 3 × 10**19 m−3 et une puissance LHCD ∼ 3 MW. Des expériences ultérieures ont validé la prédiction du contenu en énergie et de la tension par tour (à 10-20 mV près). Par ailleurs, plusieurs de ces décharges ont montré de l'activité MHD, entraînant potentiellement des disruptions, et cela s'explique par l'inversion du profil de q induite par la déposition du courant LHCD hors de l'axe magnétique. En intégrant des prédictions de sources EC auto-cohérentes dans les simulations, il est tout d'abord montré que la combinaison d'ECCD au centre et de LHCD apparaît comme une alternative prometteuse aux scénarios LHCD seul : elle augmente l'énergie stockée d'environ 10%, empêche l'inversion du profil de q et maintient un courant non inductif similaire (à ∼ 20 kA près). D'un autre côté, l'application d'ECCD hors de l'axe magnétique peut déclencher des barrières de transport internes avec de fortes performances plasmas, au prix d'un risque de déclenchement de modes de déchirements instables accru. Ces résultats soutiennent le développement de scénarios plasmas de longue durée sur WEST et alimentent la préparation des installations de fusion par confinement magnétique nouvelle génération.