Pushing the physics of edge transport barriers towards the wall: how do boundary conditions impact confinement transitions in tokamaks?

Pousser la physique des barrières de transport de bord vers le mur : comment faire pour que les conditions impactent les transitions de confinement dans les tokamaks ?

Mathieu Peret (1, 2)

1 CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
2 IRFM - Institut de Recherche sur la Fusion par confinement Magnétique

We introduce here the main plasma physics principles that will be used in this manuscript. Starting from the single particle motion in an electromagnetic field, we develop until the description of the tokamak principle. A discussion on the radial transport of particle and energy in tokamak discharges is included illustrating the difference between the confined region and the region of plasma-wall interaction. The impact of the plasma shaping on the heat and particle flux deposition widths will then be presented emphasising the need to understand the underlying physics of the widening of these widths in the quest of the power and particle exhaust without wall damaging. In order to situate the starting point of the theoretical development of this thesis which aims at predicting such width, we present the fluid description of the transport in the edge region. Then, the concept of transport barrier establishing at the periphery of the confined plasma is detailed showing the importance of understanding the establishment of the edge region rotation profile. Finally, we will conclude on the context and the motivations of this thesis consisting in the objective of palliating to the lack of knowledge of the impact of the edge plasma conditions on the edge particle transport and rotation profiles behaviour.

Nous introduisons ici les grands principes de la physique des plasmas qui seront utilisés dans ce manuscrit. Partant du mouvement d'une seule particule dans un champ électromagnétique domaine, nous développons jusqu'à la description du principe du tokamak. Une discussion sur le transport radial de particules et d'énergie dans les décharges de tokamak est inclus illustrant la différence entre la région confinée et la région d'interaction plasma-paroi. L'impact de la mise en forme au plasma sur la chaleur et les largeurs de dépôt de flux de particules seront ensuite présentées soulignant la nécessité de comprendre la physique sous-jacente de l'élargissement de ces largeurs à la recherche de la puissance et de l'échappement des particules sans mur endommagé. Afin de situer le point de départ du développement théorique de cette thèse qui vise à prédire une telle largeur, nous présentons la description fluide du transport dans la région de bord. Ensuite, la notion de barrière de transport s'établissant à la périphérie du plasma confiné est détaillée montrant l'importance de comprendre la mise en place de le profil de rotation de la région de bord. Enfin, nous conclurons sur le contexte et les motivations de cette thèse consistant dans l'objectif de pallier à la méconnaissance de l'impact des conditions du plasma de bord sur le comportement des profils de transport et de rotation des particules de bord.

Mots clés: plasma; particle

Mots clés: plasma; particle

Domaines: Physique [physics]

Mathieu Peret. Pushing the physics of edge transport barriers towards the wall: how do boundary conditions impact confinement transitions in tokamaks?. Physics [physics]. Institut polytechnique de Paris, 2022. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03636830⟩