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Contrat doctoral (H/F) : Analyse numérique et expérimentale des modes dus aux particules énergétiques dans les tokamaks

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : vendredi 26 août 2022

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Informations générales

Référence : UMR7345-ERIROS-024
Lieu de travail : MARSEILLE 13
Date de publication : vendredi 5 août 2022
Nom du responsable scientifique : Matteo FAGANELLO
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

La compréhension du transport et des pertes de particules énergétiques dans les tokamaks est cruciale pour l'exploitation des futurs réacteurs de fusion. En effet, les particules énergétiques peuvent entrer en résonance avec les modes propres du plasma thermique et, par cette interaction, être expulsées avant de pouvoir déposer leur énergie dans le cœur du tokamak, et y maintenir les conditions de haute température nécessaires aux réactions de fusion.

En particulier, les particules énergétiques piégées entrent en résonance avec le mode de torsion (kink mode) à basse fréquence, ce qui entraîne une instabilité nommée "arête de poisson" (fishbone). Ces particules peuvent être générées par des systèmes de chauffage dans les expériences D-D, ou peuvent correspondre à la population de particules Alpha avec une vitesse principalement perpendiculaire au champ magnétique ambiant, dans les expériences D-T.

L'étudiant étudiera la dynamique de l'instabilité en « arête de poisson », et celle des particules, à l'aide de deux codes numériques différents, et des données expérimentales de la campagne D-T de JET. Les deux codes sont complémentaires. Le premier (BAK-RM) adopte un modèle simplifié, où le plasma thermique est décrit à l'aide d'une description MHD réduite, couplée à la dynamique des particules énergétiques piégées uniquement, décrite par une équation de Vlasov, moyennée sur le mouvement gyroscopique et le rebond du piégeage. Ce code est développé
au laboratoire PIIM et présente le grand avantage de ne sélectionner qu'une partie de la physique complexe déterminant la dynamique, dans une géométrie simplifiée. Le second code (XTOR-K), développé par le Dr. Hinrich Lütjens au laboratoire CPHT (Palaiseau), fournit une description plus complète où les équations MHD complètes décrivent le plasma thermique tandis que les particules énergétiques piégées et passantes sont traitées cinétiquement dans l'espace de phase 3D3V complet.

Les résultats numériques seront comparés aux données expérimentales de la récente campagne D-T de JET, en collaboration avec R. Dumont (IRFM, CEA Cadarache). L'action combinée d'un modèle réduit, d'un modèle plus réaliste et de
mesures expérimentales, a pour but de comprendre la dynamique du mode, en particulier pendant sa phase non linéaire, et son impact sur le transport radial des particules énergétiques.

Contexte de travail

Le laboratoire PIIM est un acteur important de la physique des machines de fusion par confinement magnétique (FCM) depuis les années 1990. Ses activités sont fortement intégrées au niveau régional, national (avec la fédération de recherche FR-FCM) et européen (Eurofusion). La personne recrutée rejoindra l'équipe TMP (Théorie Modélisation et Plasmas) qui est placée sous la responsabilité du Dr. Olivier Agullo. Le travai s'effectuera sous la responsabilité scientifique des Dr. Matteo Faganello et Nicolas Dubuit.

Contraintes et risques

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