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Category: Thesis defense and HDR

Lundi 30 septembre 2019 : Soutenance de thèse de Julien MEDINA : Transport processes in phase space driven by trapped particle turbulence in tokamak plasmas

Julien MEDINA Doctorant au sein de l'équipe " Physique des plasmas chauds" de l'Institut Jean Lamour, soutient sa thèse intitulée :

"Transport processes in phase space driven by trapped particle turbulence in tokamak plasmas"

 

Date et lieu :
Lundi 30 septembre 2019 à 14h00
Campus Artem, Nancy
Amphithéâtre 200

 

Composition du jury :

Président :

- M. Jamal Bougdira
Professeur, Institut Jean Lamour, Université de Lorraine

 Directeur de thèse :

- M. Etienne Gravier
Professeur, Institut Jean Lamour, Université de Lorraine

Co-directeur de thèse :

M. Maxime Lesur
Maître de conférences,  Institut Jean Lamour, Université de Lorraine

Examinatrice :

- Mme. Virginie Grandgirard
Ingénieure de Recherche, IRFM, CEA Cadarache

Rapporteurs :

- M. Giovanni Manfredi
Directeur de recherches CNRS, IPCMS, Université de Strasbourg

- M. Özgür D. Gürcan
Chargé de recherches CNRS, LPP École Polytechnique, Palaiseau

Invité :

- M. Wouter Bos
Chargé de recherches CNRS, MFAE/LMFA École Centrale de Lyon

 

Résumé :
Une des approches les plus prometteuses pour réaliser la fusion nucléaire est le tokamak. Un tokamak est une machine toroïdale qui confine le plasma de fusion via des champs magnétiques. Le transport de particules et de chaleur du centre vers les bords apparaît spontanément, dégrade le confinement et est produit par la turbulence. Nous utilisons un code 4D gyrocinétique qui résout le système Vlasov-Quasi-neutralité. Le code est basé sur un modèle réduit qui moyenne le mouvement cyclotron et de rebond des particules piégées pour réduire la dimensionnalité. Dans ce travail, nous avons développé et testé un nouveau module pour le code permettant de suivre des particules test dans l’espace des phases. En premier résultat, grâce aux particules test nous avons pu séparer la contribution diffusive au flux de particules, des contributions non-diffusives. Sur des temps longs, elles suivent un processus de marche aléatoire. Les deux flux présentent un important pic indiquant que les particules résonantes dominent le transport. Nous avons ensuite exploré avec une plus grande précision les flux dans l’espace des énergies. Enfin nous avons comparé les flux obtenus aux prédictions quasi-linéaires et avons trouvé un accord qualitatif, avec cependant un écart de ~50% dans l'intensité du pic.

Mots clés : Transport, Turbulence, Particules piégées, Simulations

Abstract:
One of the most promising approach to controlled nuclear fusion is the tokamak. It is a toroidal machine confining a fusion plasma using magnetic fields. Transport of particles and heat, from the core toward the edges happens spontaneously, degrades the efficiency of the tokamak, and is driven by turbulence. We use a bounce-averaged 4D gyrokinetic code which solves the Vlasov-Quasi-neutrality system. The code is based on a reduced model which averages out the cyclotron and the bounce motion of the trapped particles to reduce the dimensionality. In this work we developed and tested a new module for the code, allowing to track test particle trajectories in phase space. As a first result obtained with test particles, we achieved to separate the diffusive contribution to the radial particle flux in energy space, from the non-diffusive contributions. Both fluxes present an intense peak indicating resonant particles dominate transport. On short period of time the test particles undergo a small scale advection, but on longer times, they follow a random walk process. We then explored with greater accuracy the fluxes in energy space. Furthermore we compared the obtained fluxes with quasi-linear predictions and found a qualitative agreement, although there was a ~50% discrepancy in the peak magnitude.

Keywords : Transport, Turbulence, Trapped particles, Simulations