Investigation of tungsten emission and its density determination in magnetically confined plasmas

Étude de l'émission de tungstène et la détermination de sa densité dans les plasmas à confinement magnétique Le tungstène (W) est utilisé comme matériau pour les parois internes de nombreux tokamaks (AUG, WEST, ITER). Dans plusieurs réacteurs comportant des composants de paroi en W, des scénarios de plasma ont été élaborés afin de minimiser l’érosion de W des composants face au plasma et réduire la contamination en W du plasma confiné. Un critère crucial pour le succès de ces scénarios est la densité de W dans le coeur du plasma. C’est pourquoi il est important de surveiller attentivement le tungstène dans les tokamaks. Le but de ce travail est d’améliorer notre compréhension de l’émission spectrale complexe du tungstène et de fournir une méthode pour quantifier la densité de tungstène au coeur du plasma à partir des spectres mesurés. Les spectres mesurés dans le domaine EUV sont très complexes lorsque le tungstène pénètre dans le plasma. L’un des objectifs de ce travail est de déterminer la nature physique du fond des spectres qui peut affecter la détermination de la densité des impuretés. L’analyse des spectres expérimentaux mesurés dans le domaine 100-300Å révèle que l’émission du continuum est négligeable par rapport à l’émission des raies, et que les raies isolées observées se trouvent en dessus des structures spectrales (quasi-continuum) qui sont émises sur l’ensemble de ce domaine de longueur d’onde. Nous fournissons également une méthode pour déterminer l’évolution temporelle de la densité de tungstène au coeur du plasma pendant toute la durée de la décharge à partir des raies spectrales mesurées. Cependant, des erreurs aléatoires de moins de 20% dans la détermination de la densité des impuretés ne peuvent être évitées par cette méthode en raison de la nature fond des spectres. L’autre partie de ce travail concerne la modélisation de l’émission de tungstène dans les conditions des plasmas de tokamak. Les résultats des modèles théoriques (modèles collisionnels-radiatifs) sont incompatibles avec les résultats expérimentaux. Pour résoudre ce problème, une stratégie spécifique est utilisée pour fournir une liste des configurations qu’on juge les plus pertinentes dans ces conditions, en particulier les états auto-ionisants. Ce choix de configurations, ainsi que les méthodes standard d’évaluation des taux collisionnels et radiatifs moyens des configurations, sont utilisés dans les calculs. Les résultats obtenus (i.e. ionisation moyenne) pour le tungstène sont proches des observations expérimentales. Cette approche a également permis de saisir la grande complexité des spectres de tungstène fortement ionisé