Dfense publique de la thse intitule tudes du
Défense publique de la thèse intitulée: Études du rayonnement suprathermique émis lors du chauffage cyclotronique électronique du plasma du tokamak TCV Candidat: Patrick Blanchard Directeur de thèse: Dr. Henri Weisen Effectuée au Centre de Recherches en Physique des Plasmas de l’EPFL Lausanne, le 30 août 2002 Patrick Blanchard: Soutenance publique 1
Plan de l’exposé • Des atomes au Tokamak TCV en passant par le plasma • L’émission cyclotronique électronique (ECE) • La radiométrie ECE et la mesure de température • Le chauffage du plasma et le rayonnement suprathermique Patrick Blanchard: Soutenance publique 2
Motivations But: Production d’énergie en fusionnant des atomes légers Comment y arriver? On doit faire des collisions énergétiques entre atomes On doit travailler à très haute température (100 millions de degrés) => • Confinement des atomes dans un réacteur de type tokamak => tokamak TCV • Chauffer le plasma => chauffage cyclotronique • Mesure de la température Patrick Blanchard: Soutenance publique 3
Les atomes Patrick Blanchard: Soutenance publique 4
Les états de la matière • État solide On chauffe Patrick Blanchard: Soutenance publique 5
Les états de la matière • État liquide On chauffe encore Patrick Blanchard: Soutenance publique 6
Les états de la matière • État gazeux On chauffe toujours … et Patrick Blanchard: Soutenance publique 7
Les états de la matière • État plasma L’état plasma représente environ 99% de la masse de l’univers Expérience 1 Patrick Blanchard: Soutenance publique 8
La réaction de fusion D-T + Energie cinétique Patrick Blanchard: Soutenance publique 9
La fusion: production d’énergie E=Dmc 2 Chauffage annuel d’une petite maison: (5000 k. W) • 600 kg de charbon • 6 gr d’Uranium • 6 mg de mélange Deutérium-Tritium (Dm=200 mg) Problème: les particules de même charge se repoussent Patrick Blanchard: Soutenance publique 10
Collisions Les particules de même charge se repoussent Protons – Protons Deutérium - Tritium Solution: il faut chauffer le plasma Jusqu’à 100 millions de degrés !!! Patrick Blanchard: Soutenance publique 11
Le confinement des particules • On doit confiner les particules! Comment? Avec un champ magnétique Les particules chargées ont un mouvement cyclotronique autour des lignes de champ magnétique r Typiquement f = 40 GHz et r = 0. 1 mm Expérience 2 Patrick Blanchard: Soutenance publique 12
Le concept de tokamak • Chambre toroïdale • Champ magnétique toroïdal • Courant de plasma => Champ magnétique poloïdal => • Lignes de champ magnétique hélicoïdale Patrick Blanchard: Soutenance publique 13
Le tokamak TCV 0. 5 m 1. 5 m 0. 9 m Patrick Blanchard: Soutenance publique 14
Caractéristiques des plasmas de TCV • ~ 20 plasmas par jour d’une durée de ~2 secondes • Champ magnétique dans TCV ~ 10. 000 champ terrestre • Densité dans TCV ~ 1/1. 000 densité de l’air ambiant Patrick Blanchard: Soutenance publique 15
• Des atomes au Tokamak TCV en passant par le plasma • L’émission cyclotronique électronique (ECE) • La radiométrie ECE et la mesure de température • Le chauffage du plasma et le rayonnement suprathermique Patrick Blanchard: Soutenance publique 16
L’émission cyclotronique électronique Charge accélérée + mouvement périodique => Emission à la fréquence cyclotronique électronique f et à ses harmoniques: f, 2 f, 3 f… Patrick Blanchard: Soutenance publique 17
L’émission cyclotronique électronique La fréquence d’émission dépend de la position: Patrick Blanchard: Soutenance publique 18
Le spectre électromagnétique Patrick Blanchard: Soutenance publique 19
• Des atomes au Tokamak TCV en passant par le plasma • L’émission cyclotronique électronique (ECE) • La radiométrie ECE et la mesure de température • Le chauffage du plasma et le rayonnement suprathermique Patrick Blanchard: Soutenance publique 20
Radiométrie ECE On a ainsi une mesure locale du rayonnement CE Avantages: • Mesure passive • Bonne résolution spatiale • Bonne résolution temporelle Patrick Blanchard: Soutenance publique 21
Lignes de visées Patrick Blanchard: Soutenance publique 22
Mesure de température • Milieu en équilibre thermique => fonction de distribution électronique Maxwellienne • La Maxwellienne est définie par un seul paramètre: la température Te • Dans un tel milieu on a On a une mesure locale de la température des électrons Expérience 3 Patrick Blanchard: Soutenance publique 23
Mesure de température Patrick Blanchard: Soutenance publique 24
• Des atomes au Tokamak TCV en passant par le plasma • L’émission cyclotronique électronique (ECE) • La radiométrie ECE et la mesure de température • Le chauffage du plasma et le rayonnement suprathermique Patrick Blanchard: Soutenance publique 25
Chauffage du plasma par onde EC 2 moyens: chauffage ohmique chauffage par ondes cyclotroniques électroniques - car la fréquence cyclotronique est une fréquence de résonance Patrick Blanchard: Soutenance publique 26
Génération d’électrons suprathermiques • Equilibre thermique • Injection de micro-onde => intéraction avec des électrons de haute énergie => Déformation de la Maxwellienne => Dans un tel milieu on a Génération d’électrons suprathermiques Patrick Blanchard: Soutenance publique 27
Génération d’électrons suprathermiques C’est à partir de ce moment que les choses se compliquent! Patrick Blanchard: Soutenance publique 28
Simulation bi-Maxwellienne Nécessité de simuler les signaux expérimentaux Thermiques Approche bi-Maxwellienne Suprathermiques Patrick Blanchard: Soutenance publique 29
Quelques résultats Patrick Blanchard: Soutenance publique 30
Conclusions -Mise au point d’un nouveau diagnostic de mesures permettant d’étudier les électrons suprathermiques présents dans le plasma -Etude de l’influence de la géométrie et de la puissance des X 2/X 3 sur la génération d’électrons suprathermiques -La détermination précise de la population suprathermique est essentielle pour les futurs réacteurs dont le chauffage et une partie du courant de plasma seront assurés par des injections d’ondes Patrick Blanchard: Soutenance publique 31
That’s all Folks! Patrick Blanchard: Soutenance publique 32
Remerciements Direction du CRPP Henri Weisen Stefano Alberti Wolfgang Suttrop Xavier Llobet Edith Paolo Olivier, Adriano, Gilles Ma famille Stefano Coda Mark, Tim, Laurie Philippe, Blaise Jean-Michel Mayor Claude Raggi Yann, Laurent, Alain, DC Francesca + tous les autres Patrick Blanchard: Soutenance publique 33
Festivités Patrick Blanchard: Soutenance publique 34
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