Transport des impuretés dans les plasmas de fusion : de la synergie entre le transport collisionnel et

Sujet de thèse :
Cette thèse a pour objectif d’approfondir la compréhension de la dynamique des impure-tés dans les régimes opérationnels clés des plasmas de fusion. Elle contribuera à une mo-délisation prédictive du transport des impuretés du bord vers le cœur. Le contrôle du comportement des impuretés est crucial pour le succès d’ITER et des réacteurs futurs.
Les impuretés, qu’elles soient intrinsèques (issues des composants en contact avec le plasma) ou injectées (par exemple pour le refroidissement radiatif), peuvent rayonner de l’énergie, diluer le carburant dans le cœur et affecter le confinement. Cela est particuliè-rement critique dans la région du piédestal de bord, où de forts gradients et une faible collisionalité engendrent une interaction complexe entre les mécanismes de transports collisionnel et turbulent.
Le programme national PEPR SupraFusion (France 2030, CEA & CNRS) finance le dévelop-pement de nouveaux câbles et aimants supraconducteurs à haute température (HTS) ca-pables d’atteindre des champs de 20 à 30 T en régime stationnaire. De tels champs per-mettent d’envisager des tokamaks compacts tout en maintenant une pression plasma élevée. Cette augmentation de champ magnétique conduira à :
• La réduction du rayon de Larmor des ions,
• La modification de la collisionalité locale, et des vitesses de convection néoclas-siques,
• La concentration de davantage de puissance sur le divertor, renforçant le besoin de régimes radiatifs contrôlés.
Parmi ces régimes, la Radiation au Point X (XPR) [1] – obtenu par l’injection d’impuretés légères (N, Ne, Ar, C) – dissipe jusqu’à 95 % de la puissance juste à l’intérieur de la der-nière surface fermée de flux (LCFS). Sur AUG, TCV, WEST [2] et JET, il améliore la durée du plasma et atténue les ELMs [3].
Cependant, aucun modèle prédictif ne couplant turbulence, effets néoclassiques, champ magnétique élevé et radiation localisée n’a encore été validé. Le code GYSELA [4] (CEA IRFM) – un code gyrocinétique global 5D multi-espèces avec collisions complètes – est idéal pour analyser ce couplage. Les calculs seront réalisés sur des supercalculateurs (par exemple TGCC/CEA et LEONARDO/CINECA).

Cette thèse vise à étudier le transport des impuretés dans les plasmas de fusion, en se concentrant sur :
1. La compréhension des contributions turbulentes et néoclassiques dans le piédestal (zone étroite en bord de plasma avec de forts gradients de profils, associée à une barrière de transport caractéristique du mode H), sous régimes ITG (Ion Tempera-ture Gradient) et TEM (Trapped Electron Modes).
2. L’exploration du rôle de la température des impuretés et de son impact sur leur transport.
3. L’introduction d’un indicateur des pertes radiatives, comme première étape vers une modélisation réaliste du XPR.

Déroulement prévisionnel de la thèse /
Année 1 – Transport turbulent-néoclassique dans le piédestal
• Utiliser la version Fortran de GYSELA pour calculer les co
Voir plus sur le site emploi.cnrs.fr...