Soutenance de thèse de HIJAZI Lara

Résumé de la thèse

Cette thèse porte sur la conception et le comportement opérationnel d'une antenne de type Travelling Wave Array (TWA) destinée au chauffage par ondes dans la gamme des fréquences ion-cyclotron (ICRF), dans l'objectif d'optimiser l'absorption onde-plasma dans les futurs réacteurs de fusion à confinement magnétique.
Le travail a débuté par l'étude détaillée d'une maquette d'antenne TWA à échelle réelle, réalisée en 2021 par l'ERM/LPP (Belgique) en collaboration avec le CEA/IRFM (France) et ASIPP (Chine). Cette campagne expérimentale, conduite sur la plateforme TITAN, visait à évaluer les performances de l'antenne dans des conditions de fonctionnement RF sous vide et à haute puissance. Les objectifs principaux comprenaient la caractérisation RF de l'antenne, la validation de la tenue en tension, l'évaluation des déformations thermo-mécaniques liées aux contraintes RF, ainsi que l'influence des tolérances de fabrication. Les décharges Multipactor, phénomène potentiellement limitant dans les systèmes RF sous vide, ont également été étudiées par des simulations électromagnétiques à l'aide d'ANSYS HFSS. Ces études ont permis de déterminer les seuils de déclenchement du Multipactor en fonction de la géométrie du système et des conditions de puissance.
La modélisation de la propagation et de l'absorption des ondes dans un plasma réaliste a été réalisée à l'aide du code EVE, couplé au module cinétique AQL basé sur l'équation de Fokker-Planck. Le code EVE résout les équations de Maxwell pour décrire le champ électromagnétique, tandis qu'AQL simule la réponse du plasma au champ RF. Cette chaîne de simulation a été utilisée pour optimiser le spectre de l'antenne TWA et les fréquences de fonctionnement dans un scénario de chauffage minoritaire D(H) sur WEST. Les simulations ont été basées sur des données expérimentales issues des décharges #55605 et #59141, avec des profils plasma et des paramètres antenne réalistes. L'étude a mis en évidence les paramètres influençant le dépôt de puissance RF : le nombre d'onde toroidal dominant, la géométrie poloidale (angle, position), ainsi que les caractéristiques du plasma (concentration en hydrogène, densité, température, fréquence RF). La comparaison avec les antennes classiques montre que le TWA offre une sélectivité spectrale améliorée et un couplage plus efficace. Une attention particulière a été portée à la génération d'ions rapides et aux mécanismes de transfert d'énergie, confirmant le potentiel du TWA pour améliorer l'efficacité du chauffage ICRF. Ce travail définit un cadre pour la conception et l'optimisation des systèmes ICRF pour les futures centrales de fusion.