Impact of neutrals and density regimes on turbulence in the edge plasmaof tokamaks

Impact des neutres et des régimes de densité sur la turbulence dans le plasma de bord des tokamaks Les régimes de divertor dissipatifs sont essentiels à la gestion de l’évacuation de la chaleur dans les réacteurs de fusion magnétique à grande échelle tels qu’ITER et DEMO. Ces régimes aident à atténuer les interactions plasma-paroi en exploitant les interactions plasma-neutres à proximité de la paroi du vaisseau. La largeur de la SOL, un facteur clé pour accéder à ces régimes, est largement déterminée par les mécanismes de transport perpendiculaires, où le transport turbulent joue un rôle significatif. Les efforts de modélisation reposent sur des codes de transport qui fournissent une description très fidèle des interactions plasma-neutres, mais reposent sur des coefficients de diffusion arbitraires pour le transport turbulent, ajustés à partir de lois expérimentales, adaptées uniquement aux plasmas attachés. Cependant, les expériences montrent que le transport turbulent est affecté par le régime d’évacuation du divertor. Cette thèse étudie l’impact des interactions plasma-neutres et des régimes de divertor sur le transport turbulent et l’équilibre du plasma de bord, à travers des simulations numériques avec le code SOLEDGE3X et un modèle de neutres fluides intégré.,Après avoir décrit les améliorations du code, nous comparons l’effet du recyclage dans une configuration limitée circulaire entre une simulation sans neutres et une avec recyclage neutre. De nouvelles asymétries poloïdales apparaissent en raison du recyclage localisé autour du limiteur. Alors que les neutres n’impactent que peu les longueurs de décroissance dans la SOL proche, la SOL lointaine s’élargit d’un facteur de 2,4 en présence de neutres, en raison de l’aplatissement des profils de densité. Les coefficients de transport en champ moyen reconstruits à partir des données de turbulence conservent la même distribution spatiale, que les neutres soient inclus ou non, mais leur amplitude augmente jusqu’à 100 %. Ces effets sont démontrés comme étant dus uniquement à la localisation de la source de recyclage. Ensuite, l'impact des régimes de densité dans une géométrie de divertor réaliste de TCV est étudié. Nous démontrons que notre modèle de neutres fluides fournit une approximation suffisante des régimes de densité. Deux simulations 3D de turbulence sont analysées, l'une à basse densité avec un divertor extérieur attaché, l'autre à haute densité avec un divertor extérieur détaché. La transition entre les régimes attaché et détaché révèle des changements substantiels dans les propriétés globales et locales du plasma et de la turbulence. En conséquence, il apparaît que le détachement entraîne une augmentation des longueurs de décroissance des flux de chaleur dans la SOL proche et lointaine d’un facteur de 1,6 et 2,7 respectivement, en accord avec les tendances expérimentales. Nous reconstruisons enfin les coefficients de transport en champ moyen à partir de nos simulations de turbulence. Le détachement entraîne une augmentation importante du coefficient de diffusion des particules allant jusqu'à un facteur de 5, tandis que la conductivité thermique devient négative dans le divertor extérieur, soulevant des questions fondamentales sur la validité de la description ad-hoc du transport anormal dans les codes de champ moyen. Nous proposons plusieurs pistes pour résoudre cette incohérence, aboutissant à des coefficients de transport ayant un comportement plus physique. Enfin, notre travail fournit un premier retour concernant la méthodologie pour exécuter des simulations de turbulence avec des neutres. Les longues échelles de temps physiques liées à la physique des neutres rendent difficile l’obtention d’un état stationnaire significatif, même en appliquant des stratégies dédiées pour raccourcir le temps de convergence. Ce point critique devra être abordé à l’avenir si les simulations de turbulence avec des neutres auto-cohérents doivent être utilisées pour les études d’évacuation de chaleur