Topic description
La fusion nucléaire par confinement magnétique constitue une option attractive pour contribuer au mix énergétique futur, et le projet ITER concrétisera dans la décennie à venir une nouvelle étape dans le développement scientifique et technologique de cette filière en produisant plus d’énergie de fusion que d’énergie déposée dans le plasma pour le maintenir en régime de combustion. Mais dans une centrale à fusion, le mur de la chambre de combustion sera soumis à de fortes contraintes thermiques, neutroniques, et devra en outre limiter le piégeage des isotopes de l’hydrogène utilisés pour la réaction nucléaire. Le matériau considéré comme le meilleur compromis est le tungstène, un métal dont la température de fusion élevée et l’absence d’affinité chimique avec l’hydrogène sont les principaux atouts. Son numéro atomique élevé le rend cependant fortement rayonnant dans le plasma où se produisent les réactions, au détriment du confinement de l’énergie et des performances. Il est donc crucial de bien comprendre, à la fois sur les machines actuelles et par la simulation sur ITER, quels impacts ont les inévitables poussières de tungstène (observées sur le tokamak WEST) sur le transport turbulent, la stabilité magnéto-hydro-dynamique, et au final sur la réalisation d’un scénario viable pour la fusion nucléaire. Ces aspects formeront les jalons du projet de thèse, combinant l’analyse expérimentale sur WEST au CEA et sa validation par des simulations intégrant tous les aspects pertinents, et la projection à la situation sur ITER. Ce travail se fera en collaboration avec ITER, l’UKAEA (Royaume-Uni) pour le code de simulation, le CNR-Milan pour le code de trajectoire des poussières de tungstène, et les équipes du CEA à l’IRFM.
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Magnetic confinement nuclear fusion is an attractive option for contributing to the future energy mix, and the ITER project will, in the coming decade, mark a new milestone in the scientific and technological development of this field by producing more fusion energy than the energy deposited to sustain it. However, in a fusion power plant, the wall of the combustion chamber will be subjected to strong thermal and neutron stresses and must also limit the trapping of hydrogen isotopes used in the nuclear reaction.
The material considered the best compromise is tungsten, a metal whose high melting point and lack of chemical affinity with hydrogen are its main advantages. However, its high atomic number makes it highly radiative in the plasma where the reactions occur, which is detrimental to energy confinement and overall performance. It is therefore crucial to understand—both on current machines and through simulations for ITER—the impact of the inevitable tungsten dust (observed in the WEST tokamak) on turbulent transport, magneto-hydrodynamic stability, and ultimately on achieving a viable scenario for nuclear fusion. These aspects will form the foundation of the PhD project, combining experimental analysis on WEST at CEA with validation through simulations that include all relevant aspects, and extrapolation to the ITER environment. This work will be carried out in collaboration with ITER, the UKAEA (United Kingdom) for the simulation code, the CNR-Milano team for the tungsten dust trajectory, and the CEA teams at the IRFM.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique
Service : Service de Physique des Plasmas de Fusion
Laboratoire : GEDS
Date de début souhaitée : 01-09-
Ecole doctorale : Physique et Sciences de la Matière (ED)
Directeur de thèse : BOURDELLE Clarisse
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFM
Funding category
Public/private mixed funding
Funding further details
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