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AbstractAbstract
[en] Disruptions are a sudden loss of confinement of a tokamak plasma which take place in around 20 ms. They may lead to severe damaging of the tokamak structure, through heat deposition on Plasma Facing Components, electromagnetic stresses and relativistic runaway electrons. On future reactors, disruption mitigation will be critical. Massive gas injection is one of the methods proposed to mitigate disruptions. It was studied both experimentally and numerically in the thesis. Experiments on the Tore Supra and JET tokamaks showed that light gases (helium) were able to suppress runaway electrons. They induce a large density build-up which is large enough to suppress runaway production. On the contrary, heavier gases should be able to radiate more of the plasma thermal energy, but generate runaway electrons. All gases reduce electromagnetic forces. Gas mixtures have also been tested successfully to combine the advantages of the two types of gas. The gas jet penetration is linked to MHD instabilities enhancing the radial transport of the ionized gas, but preventing the neutrals from penetrating further inside a critical MHD surface. Massive gas injection simulations have been carried out using the 3D MHD code Jorek, by adding a neutral fluid model to the code. Results show that MHD instabilities are triggered more rapidly with high amounts of gas, and that successive rational surfaces are ergodized by the penetration of the density front in the plasma, in agreement with experimental observations. (author)
[fr]
Les disruptions sont des pertes violentes et tres rapides (environ 20 ms) du confinement des plasmas de tokamak qui peuvent conduire a des endommagements de la structure du tokamak. Elles generent des charges thermiques sur les composants face au plasma, des forces electromagnetiques dans les structures de la machine et produisent des electrons decouples relativistes pouvant perforer l'enceinte a vide. Pour des futurs reacteurs, il sera indispensable d'amortir ces effets. L'injection massive de gaz est une des methodes proposees dans ce but. Son etude experimentale et numerique est l'objet de la these. Des experiences menees sur les tokamaks Tore Supra et JET ont montre que l'injection de gaz legers comme l'helium empechaient la production d'electrons decouples, au contraire des gaz plus lourds. Les gaz legers sont en effet capables d'accroitre suffisamment la densite du plasma pour empecher la creation de ces electrons. En revanche, les gaz lourds permettent de dissiper par rayonnement et de facon plus benigne une partie de l'energie thermique du plasma. Tous les gaz diminuent les forces electromagnetiques. Des melanges de gaz ont egalement ete testes avec succes pour profiter des avantages des deux types de gaz. La penetration du gaz dans le plasma semble liee a des instabilites MHD augmentant le transport radial du gaz ionise vers le centre, mais empechant la propagation des neutres au-dela d'une surface critique. Des simulations d'injections massives ont ete realisees avec le code 3D MHD Jorek, en y ajoutant un modele de fluide neutre. Les resultats montrent que la croissance des instabilites MHD est plus rapide lorsque de grandes quantites de gaz sont injectees et que les surfaces rationnelles sont successivement ergodisees lors de la penetration du front de densite dans le plasma, conformement aux observations experimentalesOriginal Title
Etude d'une methode d'amortissement des disruptions d'un plasma de tokamak
Primary Subject
Source
4 Nov 2010; 210 p; 132 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS-NKM website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/contacts/; Physique des Plasmas
Record Type
Report
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
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