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plasma magnétisé torique TORIX

 Plasma magnétisé torique TORIX

La machine TORIX produit des plasmas magnétisés en géométrie torique.
TORIX n’est pas un tokamak, mais permet l’étude d’instabilités de même nature que celles à l’origine de la micro-turbulence dans les tokamaks.
L’équipe développe des diagnostics pour l’observation de ces instabilités :
• Sondes de Langmuir
• Caméra rapide
• Rétrodiffusion Doppler micro-onde sur la résonance hybride haute
Les observations sont comparées aux modèles fluides réduits développés par les numériciens de l’équipe pour étudier la dynamique des ces instabilités et leur interactions avec les grandes échelles.

 Plasma magnétisé

L’enceinte à vide a un format annulaire (de grand rayon 60 cm, et de petit rayon 10 cm).
On y injecte du gaz (Argon) à faible pression (10^1 Pa typiquement).
Le gaz est ionisé grâce à un filament de tungstène chauffé et polarisé, placé au milieu de la chambre, qui produit un courant électronique dirigé vers la paroi.
La chambre est entourée de bobines capables de produire un champ magnétique de 0,35 T à l’intérieur de la chambre. Ce champ permet un confinement partiel du plasma suivant la direction principale du tore.

Les conditions sont très différentes de celles d’un réacteur à fusion : la température électronique est 1000 fois moins grande, et la densité électronique est mille fois plus faible. Néanmoins, comme dans un plasma de fusion, les gradients de densité électronique dans la direction transverse au champ magnétique induisent des instabilités à petite échelle. Dans les tokamaks, ces instabilités jouent un rôle important pour le confinement du plasma.

 Sondes de Langmuir

L’équipe développe des systèmes de polarisation dynamique de sondes Langmuir.

Ils permettent des mesures temporelles des fluctuations des principaux paramètres plasma (densité et température électroniques, potentiel plasma) à l’échelle des instabilités attendues.
Ces observations permettent de caractériser la nature de ces instabilités.

 Caméra rapide

Une caméra rapide permet aussi d’observer ces instabilités à une fréquence égale à celle des ondes. La lumière émise par le plasma mesurée par la caméra n’est pas liée directement à la densité électronique du plasma, mais la cohérence entre les 2 est grande. Les mesures tangentiellement à la direction principale du tore, permettent une observation 2D des fluctuations dans le plasma.

 Rétrodiffusion Doppler micro-onde sur la résonance hybride haute

La rétrodiffusion micro-onde par une onde émise depuis la face intérieure du tore permet l’observation des instabilités à petite échelle. La diffusion micro-onde est exacerbée à proximité de la couche de résonance hybride haute (proche de la fréquence cyclotronique électronique). L’échelle de diffusion est de l’ordre de quelques millimètres.

 Simulation du plasma de TORIX

Depuis l’adaptation des équations de Hasegawa-Wakatani aux caractéristiques de TORIX (courbure de lignes de champ, champ électrique d’équilibre), des codes d’analyse linéaire et de simulation non-linéaire des équations de Hasegawa-Wakatani (à partir du code pseudo-spectral développé par Özgür Gürcan) adaptées à TORIX ont pu être développés. Cette approche combinée entre théorie, simulation et expérience permet ainsi de découvrir un vaste panorama d’approches des instabilités dans les plasmas magnétisés.

 TORIX et enseignement

TORIX permet l’accueil d’étudiants intéressés par les plasmas de fusion par confinement magnétique pour des Travaux Pratiques. Elle permet également de proposer une formation à la recherche en plasmas FCM à un grand nombre d’étudiants, que ce soit sous la forme de stages ou de projets de recherche.


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