Brevet FR2365928A1 — publié le 19780421

La presente invention concerne un procédé d'evacdation de plasmas indesirablesO On sait que dans de nombreux dispositifs il est nécessaire éliminer ou de déplacer un plasma qui risquerait, par sa présence, d'entratner par exemple une décharge électrique entre deux électrodes, ou de réfléchir une onde électromagnétique incidente.Ceci est notamment le cas dans les méthodes de chauffage appoint, par ondes électromagnétiques, de plasmas toroSdaux du type "Tokamak" Dans ces appareils, on envisage d'arriver à des températures de plasmas thermonucléaires en chauffant dans une étape finale de chauffage le plasma au moyen de guides d'ondes Ces guides d'ondes pénètrent au voisinage du plasma dense situé dans l'enceinte torique du l'Tokamak" et il est nécessaire d5élimi- ner le plasma peu dense dans le voisinage immédiat du guide d'onde Le procédé d'évacuation de plasmas indésirables selon l'invention consiste à créer dans le plasma des champs électrique E et magnétique B perpendiculaires entre eux et a la direction d'évacuation désirée du plasma déterminée par le produit E x B. Ainsi, ces deux champs perpendiculaires entre eux agissent de la meme façon sur les particules chargées, qu'elles soient chargées positivement ou négativement, pour donner à ces particules une vitesse de dérive VD proportionnelle au produit vectoriel des champs E et B On utilise préférentiellement des champs t et B continus mais il serait concevable d'utiliser des champs E et ss alternatifs, en phase l'un par rapport à l'autre pour donner une vitesse de déplacement du plasma constante en ce qui concerne la direction Ceci peut être nécessaire si l'un des champs est déjà alternatif Le procédé selon l'invention est tout particulie- rement avantageux dans les dispositifs toroldaux du type "Tokamak" ol le champ toroidal B existe déjà et ol il suffit de créer un champ électrique E pour donner aux particules chargées une dérive On peut créer le champ E par exemple au voisinage d'une fenêtre diélectrique étanche, par laquelle on introduit les ondes électromagnétiques de chauffage D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif en référence aux deux figures annexées sur lesquelles on a représenté: - sur la figure 1, un schéma de principe du procédé d'évacuation de plasmas indésirables selon l'invention, - sur la figure 2, un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé appliqué aux plasmas toroïdaux de type "Tokamak" chauffés par des ondes électromagnétiques. Sur la figure 1, on a représenté une vue générale du dispositif selon l'invention permettant d'évacuer un plasma 2 dans une direction symbolisée par la flèche. Pour donner au plasma 2 une vitesse de dérive on crée un champ B perpendiculaire à la vitesse VD et un champ électrique t également perpendiculaire à la vitesse VD et au champ magnétique t. Le champ t peut être créé soit par des aimants permanents tels que 4 et 6 ou par des bobines parcourues par des courants (non représentés).Le champ électrique est réalisé au moyen de deux plaques 8 et 10, entre lesquelles est créé le champ , grâce à une différence de potentiel imposée par une alimentation de tension 12. Sur la figure 2, on a représenté l'application de ce procédé d'évacuation de plasmas indésirables à l'évacuation de plasmas situés au voisinage d'un émetteur d'ondes électromagnétiques désigné par la référence générale 14. Cet émetteur d'ondes électromagnétiques peut être par exemple le dispositif "GRIL" émettant des ondes déphasées selon la fréquence hybride inférieure du plasma régnant dans le 2'Tokamak", dispositif "GRIL" tel que décrit par Messieurs I)RAMBtLLA et LALLIA dans les articles suivants : Nuclear Fusion, Vol. 14, p. 327, 1974 ; Nuclear Fusion, Vol. 10, p. 47, 1976 ; Proc. of the 11d Topical Conf. on R.F. Heating, Lubbock, paper C.3, 1974. Le dispositif "GRIL" est fermé par une fenêtre diélectrique tenant le vide qui est situé au voisinage de la paroi de l'enceinte 18 entourant le plasma toroldal du type "Tokamak". Pour éliminer le plasma au voisinage de la fenêtre 16 ou contrôler le gradient de densité du plasma peu dense, plasma qui tendrait à absorber des ondes électromagnétiques et -produire des ions rapides sans profit pour le chauffage du plasma dense, on crée un champ électrique E par l'intermédiaire des deux électrodes 20 et 22 alimentées par l'alimentation 24 de sorte que la combinaison du champ électrique E et du champ magnétique continu t existant dans le dispositif du type "Tokamak", crée dans le plasma une vitesse de dérive V) +D commune aux ions et aux élec- trons qui déplace le plasma peu dense vers le plasma dense (situé au voisinage de l'axe du tore) et l'écarte de la fenêtre 16 par où sont introduits les champs électromagnétiques provenant du guide d'onde 14. La fenêtre 16 est placée de préférence à la limite du champ magnétique toroïdal pour éviter les effets d'ionisation dus aux résonances cyclotrons des électrons ou des ions. La fenêtre 16 est par exemple une fenêtre d'alumine pure à 99,7 % de l'ordre de 5 à t0 mm ou plus- et ne perturbe pas la propagation des ondes dans le guide 14 destiné à chauffer le plasma.Les électrodes 20 et 22 sont des électrodes en acier inoxydable ou tout autre métal peu pulvérisable entre lesquelles on applique une tension V de sorte que le champ électrique est suffisamment élevé pour créer, comme on le verra par la suite, une vitesse de dérive importante. Les électrodes 20 et 22 sont parallèles au champ toroïdal h . Comme on l'a déjà vu, les électrons et les ions sont soumis à la force =e. qui communique à tout le milieu ionisé une vitesse de dérive : VD(m/s) = 109 E(v) = 108 V(volt) # 1 B(Gauss) a(cm) B(Gauss) où a est la distance inter électrodes. Si on veut que cette vitesse soit de l'ordre de 107cm/sec., dans le cas d'un "Tokamak" dont le champ toroïdal est de 4, Tesla, on créera un champ électrique de E = 4 kV/cm. Si la densité n du plasma au voisinage de la fenêtre 16 est comprise entre 1010 et 1012 en cm en fonction du dégazage le flux de particules à éliminer est F = 2nVDS particules par seconde où S est la surface de la fenêtre 16, correspondant à un courant équivalent de I = 2neVDS (A) En fait l'alimentation debite très peu ; son rôle est le maintien du champ électrique nécessaire à l'entretien du mouvement de dérive. Sous l'effet de la force E x B le plasma est éjecté et l'onde peut se propager pour atteindre la colonne de plasma dense.Il va de soi que le procédé selon l'invention peut être utilisé pour les dispositifs toroïdaux du type "Tokamak" ou autres et pour tout autre dispositif émetteur d'ondes hyperfréquence qui sont susceptibles d'être perturbés à haute puissance par la présence d'un gaz parasite ionisé au voisinage de la fenêtre de sortie. Ces ondes peuvent par exemple ioniser les gaz constituant le milieu de propagation et produire des arcs électriques donc des dommages. De plus, lorsque la densité du plasma augmente trop fortement au voisinage du guide, l'indice est tel qu'on arrive à la fréquence de coupure correspondant aux ondes électromagnétiques et que ce plasma se comporte comme un métal et réfléchit les ondes qui sont ainsi inemployées puisque renvoyées vers l'émetteur. Le procédé selon l'invention permet d'éliminer dès leur création les particules chargées. Il est tout particulièrement avantageux lorsqu'il existe déjà un champ magnétique, auquel cas, seule la production d'un champ électrique est nécessaire. REVENDICATIONS 1. Procédé d'évacuation de plasma indésirable, caractérisé en ce qu'on crée dans ce plasma des champs électrique B et magnétique B perpendiculaires entre eux, et à la direction d'évacuation désirée du plasma déterminée par le produit E x B. 2. Procédé selon la revendication 1, destiné à éliminer un plasma au voisinage d'un dispositif émetteur d'onde, ou à contrôler le gradient du milieu ionisé dans la région d'injection d'ondes électromagnétiques, caractérisé en ce qu'on crée les champs électrique et magnétique continus au voisinage de la sortie du dispositif émetteur d'onde. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif émetteur d'onde est un guide d'onde inséré dans une enceinte torique où est créé un plasma toroi- dal et où règne un champ magnétique continu B toroïdal et en ce qu'on crée en sortie du guide d'onde un champ E continu perpendiculaire au champ magnétique toroïdal B.