Soutenance de thèse de Damien COLETTE

La grande majorité de l'énergie mondiale provient de la combustion de combustibles fossiles. Les réserves de ces combustibles ont atteint un niveau critique ces dernières années et leur combustion émet des gaz à effets de serre, qui sont les principaux responsables du dérèglement climatique. Il est donc impératif de trouver des sources d'énergies propres et durables pour remplacer ces combustibles fossiles. La fusion thermonucléaire contrôlée est un candidat de choix. Le tokamak ITER a pour objectif de démontrer la faisabilité d'un réacteur de fusion générant plus d'énergie qu'il n'en consomme (x 10). L’érosion des composants face au plasma d'ITER génère des impuretés lourdes qui sont à l'origine d'importantes pertes radiatives dans la gamme des rayons X jusqu’au cœur du plasma. Leur mesure est nécessaire pour étudier le transport de ces impuretés et, à terme, pouvoir identifier des actuateurs permettant de limiter leur propagation. L'environnement radiatif d'ITER limite le choix de détecteurs X aux seuls détecteurs à gaz, dont le LVIC (Low Voltage Ionization Chamber) qui néanmoins ne mesure qu’un spectre intégré (courant). Cette thèse a pour but l'étude et l’optimisation des capacités du LVIC pour la mesure de rayons X sur ITER en particulier pour reconstruire l’information spectrale émise par le plasma. Pour cela un diagnostic synthétique est développé afin de simuler la mesure. L'inversion tomographique de l'émissivité X à l'aide de LVIC est étudiée. La possibilité de discriminer le flux X en énergie est investiguée à travers une modification innovante du détecteur. Une méthode d'inversion basée sur la méthode des moindres carrés est spécifiquement développée pour la déconvolution du spectre X. Le profil de température électronique du plasma est extrait du spectre X avec succès. La capacité d'étude du transport d'impuretés du LVIC est démontrée à travers la reconstruction des coefficients de convection et de diffusion du tungstène d'un plasma ITER.

The vast majority of the energy consumed in the world is coming from burning fossil fuels. The natural reserves of these fuels have reached a critical level in the last years and their combustion releases greenhouse effect gases, which are the main cause for global warming. It is therefore crucial to develop clean and sustainable energy sources in order to replace fossil fuels. Controlled thermonuclear fusion is one of the main candidates. The ITER tokamak aims at demonstrating the feasibility of a fusion reactor generating more energy than it consumes (x 10). The erosion of the ITER plasma facing components generates heavy impurities which lead to great radiative losses in the X-ray range up to the plasma core. Their measurement is mandatory for impurity transport studies in order to, with time, be able to identify actuators preventing their propagation. The ITER radiative environment limits the choice of X-ray detectors to gas detectors, of which the LVIC (Low Voltage Ionization Chamber) which however only measures an integrated spectrum (current). This thesis aims at studying and optimizing the capabilities of the LVIC for X-ray measurement on ITER in particular the reconstruction of the spectral information emitted in the plasma. A synthetic diagnostic tool is developed in order to model the measurement. Tomographic inversion of the X-ray emissivity using LVIC is studied. The possibility of energy discrimination is investigated through an innovative modification of the detector. An inversion method based on the least squares method is specifically developed to deconvolve the X-ray spectrum. The electron temperature profile is successfully extracted from the X-ray spectrum. The capability of impurity transport study of the LVIC is demonstrated through the reconstruction of the tungsten convection and diffusion coefficients of an ITER plasma.