Modélisation gyrocinétique de l'interaction non linéaire entre les instabilités induites par les particules énergétiques et la microturbulence dans les plasmas de tokamak // gyrokinetic modelling of the nonlinear interaction between energetic particle-dri

Topic description

Les plasmas de tokamak sont des systèmes fortement non linéaires et hors équilibre thermodynamique, dans lesquels coexistent des instabilités de tailles très différentes, allant des grandes oscillations macroscopiques à la microturbulence. La présence d’ions énergétiques produits par les réactions de fusion ou par le chauffage auxiliaire renforce ces instabilités via des résonances ondes-particules. La microturbulence est responsable du transport de chaleur et de particules du plasma thermique, tandis que les instabilités induites par les particules énergétiques peuvent produire leur transport radial et, donc, leurs pertes. Ces deux phénomènes dégradent les performances des plasmas de tokamaks actuels et potentiellement aussi celles des plasmas en combustion comme dans ITER.
Des résultats récents montrent cependant que ces instabilités, longtemps étudiées séparément, peuvent interagir non-linéairement et conduire in fine à une amélioration inattendue du confinement du plasma.
L’objectif du projet est d’étudier ces interactions multi-échelles à l’aide du code gyrocinétique GTC, capable de simuler simultanément turbulence et instabilités de particules énergétiques. Ce travail vise à mieux comprendre les mécanismes non linéaires gouvernant le confinement et à identifier des régimes optimaux pour les futurs plasmas de fusion.
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Tokamak plasmas are strongly nonlinear systems far from thermodynamic equilibrium, in which instabilities of very different spatial scales coexist, ranging from large-scale macroscopic oscillations to microturbulence. The presence of energetic ions produced by fusion reactions or by auxiliary heating further enhances these instabilities through wave–particle resonances. Microturbulence is responsible for heat and particle transport in the thermal plasma, while instabilities driven by energetic particles can induce their radial transport and, consequently, their losses. Both phenomena degrade the performance of present tokamak plasmas, and possibly also those of burning plasmas such as ITER.
Recent results, however, show that these instabilities, which have long been studied separately, can interact nonlinearly, and that this interaction may lead to an unexpected improvement of plasma confinement.
The objective of this project is to investigate these multiscale interactions using the gyrokinetic code GTC, which is able to simultaneously simulate turbulence and energetic-particle-driven instabilities. This work aims to improve the understanding of the nonlinear mechanisms governing plasma confinement and to identify optimal regimes for future fusion plasmas.
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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 : garcia jeronimo
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFM/SCCP/SEM
URL :

Funding category

Public/private mixed funding

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