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References
2.
Bardin, S.
Université de Lorraine, Nancy
2012

Resume: La nécessité de trouver une nouvelle source d'énergie a mené les scientifiques à explorer la voie de la fusion thermonucléaire par confinement magnétique. Cependant la réalisation de tels plasmas de fusion dans les tokamaks actuels pose de nombreux défis tels que les interactions entre le plasma et les parois à l'origine de la création de poussières pouvant être néfastes au bon fonctionnement des futurs réacteurs à fusion. Une bonne connaissance de la quantité de poussières produites, de leur localisation et de leur transport durant la phase plasma est donc d'une importance fondamentale pour l'exploitation d'ITER. Un algorithme, développé et validé par l'expérience, est utilisé pour détecter et suivre les poussières dans ASDEX Upgrade (AUG) durant la phase plasma. Il permet d'analyser automatiquement des vidéos enregistrées par caméras rapides. Une large statistique sur la quantité de poussières micrométriques détectées en fonction du temps cumulé de décharge plasma est réalisée. Les premières analyses effectuées sur les cinq dernières campagnes montrent que la quantité de poussières est significativement faible voire nulle dans la plupart des décharges effectuées dans AUG, excepté pour des conditions spécifiques de décharges correspondant à des phases anormales de fonctionnement (disruptions, ELMs, déplacements du plasma vers les CFPs et absorption inefficace de la puissance de chauffage). Ces observations par caméra rapide et l'analyse via l'algorithme peuvent ainsi permettre, avec l'utilisation d'autres diagnostics plasmas, d'identifier les décharges plasmas à risque, pouvant aider à sélectionner les scénarios de fonctionnement les plus efficaces pour ITER. The necessity to find a new energy source has lead scientists to explore the way of thermonuclear fusion by magnetic confinement considered as one of the most promising possibility. However the production of such plasmas in the current tokamaks lies to several challenges like the interactions between the plasma and the first wall which spark off the creation of a lot of dust in the plasma which could be problematic for the operation of the next fusion reactors. The knowledge of dust production rates, localisation and transport through the vacuum vessel during plasma phases is of primary importance and must be investigated in preparation of ITER. A time and resource efficient algorithm named TRACE, validated thanks to a dedicated laboratory experiment, is used to detect and track dust particles in ASDEX Upgrade during plasma phase. It allows for automatically analyzing videos originating from fast framing cameras. A statistic about micron sized dust detection rate as a function of cumulated discharge duration is made on a large number of discharges (1470). First analyses covering five last campaigns clearly confirm that the amount of dust is significantly low in most of discharges realized in ASDEX Upgrade, excepted for specific conditions corresponding to off-normal plasma phases (disruptions, strong plasma fluctuations including ELMs, plasma displacement toward PFCs and inefficient absorption of heating power). These observations allow to identify the risky plasma discharges and choose the most efficient plasmas scenarios for ITER. It seems to also confirm the applicability of an all tungsten first wall for future fusion reactors as ITER.

Equipe: Département CP2S : Expériences et Simulations des Plasmas Réactifs - Interaction plasma-surface et Traitement des Surfaces ESPRITS

1.
Bieber, T.
Université de Lorraine, Nancy
2012

Resume: Les interactions plasma-paroi représentent l'un des principaux problèmes à résoudre pour avancer dans la recherche sur la fusion contrôlée. Ce travail de thèse a pour objectif de développer une source d'hydrogène atomique à basse pression (< Torr) dans un réacteur à configuration hélicon en mélange H2/Ar pour étudier la gravure chimique du graphite et de composites à fibres de carbone utilisés dans le tokamak Tore Supra. Selon les conditions expérimentales, le réacteur peut générer les modes de couplages capacitif, inductif, Trivelpiece-Gould et hélicon à bas champ. Leur caractérisation a montré que le mode inductif est, dans ce cas, celui présentant le plus grand intérêt pour la source d'hydrogène atomique. Les études en mode inductif ont révélé un phénomène de décroissance de la densité relative de deux niveaux métastables de l'ion Ar+ et d'un niveau métastable de l'argon neutre lors de l'augmentation du champ magnétique de confinement. Un modèle simple a confirmé que ces niveaux métastables sont détruits par collisions électroniques vers des niveaux de plus grande énergie. La gravure du graphite par la source d'hydrogène atomique est relativement efficace (jusqu'à 3 µm/h) à 10 mTorr et diminue avec la pression. Une analyse qualitative de la cinétique de l'hydrogène atomique a permis de conclure que cette baisse de la vitesse de gravure est due au flux d'hydrogène atomique arrivant sur l'échantillon qui décroît lorsque la pression augmente. Les premières observations de la surface après gravure ont mis en évidence la présence de structures carbonées (agglomérats de nanoparticules et dépôts). Ces structures ressemblent à celles observées dans différents tokamaks Plasma-wall interactions are one of the main issues in fusion research and must be thoroughly studied to progress in this topic. The objective of this work is to develop an atomic hydrogen source at low pressure (< Torr) in a helicon configuration reactor working in H2/Ar gas mixture. This source is then used to study the chemical etching of graphite and carbon fiber composites composing the limiter of the Tore Supra tokamak. Depending on the experimental conditions, the RF power coupling of the reactor can be in capacitive, inductive, Trivelpiece-Gould or low field helicon mode. The characterization of these modes determined that in this case the inductive one presents the greatest interest for the atomic hydrogen source. Further studies in inductive mode showed that increasing the confinement magnetic field leads to a decrease of measured relative densities of two metastable levels of argon ion and one metastable state of neutral argon. A simple model simulating neutral metastable state behavior confirmed that these levels are destroyed by electronic collisions towards upper levels. The chemical etching of graphite exposed to the atomic hydrogen source is relatively efficient (up to 3 µm/h) at 10 mTorr and drops with the pressure. A qualitative analysis of atomic hydrogen kinetics concluded that this behavior is due to the decrease of atomic hydrogen flux on the sample with increasing pressure. Finally, first observations of the etched surface underlined different structures (nanoparticles clusters and deposits). These can be compared to the ones observed in different tokamaks

Equipe: Département CP2S : Expériences et Simulations des Plasmas Réactifs - Interaction plasma-surface et Traitement des Surfaces ESPRITS

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