Projet ANR-08-JCJC-0068 – I-WISHDOTS : Plasma Wall Interactions : linking Sheaths, Dusts and Turbulence.
Programme : Jeunes chercheuses et jeunes chercheurs (JCJC) 2008
Année de financement : 2008
Coordinateur du projet : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE CENTRE-EST (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE CENTRE-EST)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique
Montant : 175000.0 euros
Date de début : 2008
Durée : 48 mois
Résumé : Ce projet porte sur l'étude de la transition entre un plasma magnétisé et une paroi. Plus précisément, on cherche à déterminer l'influence de différents paramètres, comme l'inclinaison et l'intensité du champ magnétique, le régime de turbulence, la présence de poussières dans le plasma, etc... L'objectif visé est d'améliorer la description des processus d'érosion des parois dans un tokamak, ainsi que celle de la croissance et du transport des poussières produites par l'érosion, en particulier dans la zone du divertor. C'est en effet cette partie du réacteur qui est la plus exposée aux flux de chaleur et de particules venant du plasma central. Ces problématiques sont primordiales pour la réussite de la recherche sur la fusion thermonucléaire contrôlée, symbolisée par le programme international ITER. Pour aborder des sujets aussi divers que la turbulence ou la croissance de poussières carbonées, le projet réunit des spécialistes des différents domaines concernés. Le projet de recherche associe ainsi trois axes de recherche, qui présentent des spécificités fortes. Une première partie porte sur la mesure de la fonction de distribution en énergie des ions dans les gaines séparant la paroi du plasma. Cette donnée est essentielle, puisque l'énergie et l'angle d'incidence des ions sur la paroi sont des paramètres déterminants pour le type d'interaction qui se produit à la paroi. Cette étude sera menée en utilisant une technique de fluorescence induite par laser, dans des réacteurs existants au LPMIA. On étudiera en particulier le cas où le champ magnétique est incliné par rapport à la cible, conduisant à une réorientation des ions dans la prégaine magnétique. En effet, le champ magnétique est généralement rasant dans un tokamak, et semble influer sur les caractéristiques des poussières récoltées. Les mesures expérimentales seront comparées avec des résultats de simulations d'un code eulérien développé au LPMIA, et basé sur la résolution de l'équation de Vlasov. Une seconde partie a pour but de caractériser expérimentalement les propriétés de la turbulence et ses conséquences pour le transport de particules et d'énergie en direction de la paroi. Cette étude sera menée sur le réacteur Mirabelle du LPMIA, qui permet de reproduire le même type de turbulence électrostatique que celle qui existe dans la Scrape-Off-Layer, région du plasma en prise directe avec la paroi dans les tokamaks. La caractérisation associera des mesures réalisées au moyen d'une caméra ultra-rapide à des mesures de sondes. La troisième partie du projet sera centrée sur l'étude des processus de croissance et de transport des poussières, en particulier carbonées. Les poussières seront diagnostiquées in-situ grâce à l'emploi de différents diagnostiques : FTIR pour la détection des radicaux carbonés, SOE pour celle des précurseurs, diffusion par les poussières à différentes longueurs d'onde. Une modélisation basée sur la théorie de Mie sera développée afin d'interpréter les résultats de mesures de diffusion, et accéder in-situ à la distribution de taille de poussières ainsi qu'à leur densité. Une caméra rapide permettra d'étudier la distribution spatiale du nuage de poussières nanométriques ainsi que le transport de poussières macroscopiques. Une quatrième partie visera l'étude des modifications des propriétés des gaines apportées d'une part par la présence de poussières, et d'autre part par les régimes turbulents. Les études seront menées dans des réacteurs existants, dont l'un sera spécialement amélioré pour approcher les conditions régnant dans la Scrape-Off-Layer. Certaines études pourront aussi être menées sur d'autres installations (imagerie de la turbulence et du transport de poussière sur Tore-Supra et Globus 3M...).