Défense publique de la thèse intitulée: Études du rayonnement suprathermique émis lors du chauffage cyclotronique électronique du plasma du tokamak TCV Candidat: Patrick Blanchard Directeur de thèse: Dr. Henri Weisen Effectuée au Centre de Recherches en Physique des Plasmas de l’EPFL Lausanne, le 30 août 2002 fgfg Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Plan de l’exposé Des atomes au Tokamak TCV en passant par le plasma L’émission cyclotronique électronique (ECE) La radiométrie ECE et la mesure de température Le chauffage du plasma et le rayonnement suprathermique Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Motivations But: Production d’énergie en fusionnant des atomes légers Comment y arriver? On doit faire des collisions énergétiques entre atomes On doit travailler à très haute température (100 millions de degrés) => Confinement des atomes dans un réacteur de type tokamak => tokamak TCV Chauffer le plasma => chauffage cyclotronique Mesure de la température Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Les atomes Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Les états de la matière État solide On chauffe Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Les états de la matière État liquide On chauffe encore Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Les états de la matière État gazeux On chauffe toujours … et Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Les états de la matière État plasma L’état plasma représente environ 99% de la masse de l’univers Expérience 1 Patrick Blanchard: Soutenance publique

La réaction de fusion D-T Energie cinétique + Patrick Blanchard: Soutenance publique

La fusion:production d’énergie E=Dmc2 Chauffage annuel d’une petite maison: (5000 kW) 600kg de charbon 6gr d’Uranium 6mg de mélange Deutérium-Tritium (Dm=200mg) Problème: les particules de même charge se repoussent Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Collisions Les particules de même charge se repoussent Protons – Protons Deutérium - Tritium Solution: il faut chauffer le plasma Jusqu’à 100 millions de degrés !!! Patrick Blanchard: Soutenance publique

Le confinement des particules On doit confiner les particules! Comment? Avec un champ magnétique Les particules chargées ont un mouvement cyclotronique autour des lignes de champ magnétique r hghghg Typiquement f = 40GHz et r = 0.1mm Expérience 2 Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Le concept de tokamak Chambre toroïdale Champ magnétique toroïdal Courant de plasma => Champ magnétique poloïdal Lignes de champ magnétique hélicoïdale => fgfg Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Le tokamak TCV 1.5m 0.9m 0.5m fgfg Patrick Blanchard: Soutenance publique

Caractéristiques des plasmas de TCV ~ 20 plasmas par jour d’une durée de ~2 secondes Champ magnétique dans TCV ~ 10.000 champ terrestre Densité dans TCV ~ 1/1.000.000 densité de l’air ambiant fgfg Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Des atomes au Tokamak TCV en passant par le plasma L’émission cyclotronique électronique (ECE) La radiométrie ECE et la mesure de température Le chauffage du plasma et le rayonnement suprathermique Patrick Blanchard: Soutenance publique

L’émission cyclotronique électronique Charge accélérée + mouvement périodique Emission à la fréquence cyclotronique électronique f et à ses harmoniques: f, 2f, 3f… => Patrick Blanchard: Soutenance publique

L’émission cyclotronique électronique La fréquence d’émission dépend de la position: Patrick Blanchard: Soutenance publique

Le spectre électromagnétique Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Des atomes au Tokamak TCV en passant par le plasma L’émission cyclotronique électronique (ECE) La radiométrie ECE et la mesure de température Le chauffage du plasma et le rayonnement suprathermique Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Radiométrie ECE Avantages: Mesure passive Bonne résolution spatiale Bonne résolution temporelle On a ainsi une mesure locale du rayonnement CE Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Lignes de visées Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Mesure de température Milieu en équilibre thermique => fonction de distribution électronique Maxwellienne La Maxwellienne est définie par un seul paramètre: la température Te Dans un tel milieu on a On a une mesure locale de la température des électrons Expérience 3 Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Mesure de température Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Des atomes au Tokamak TCV en passant par le plasma L’émission cyclotronique électronique (ECE) La radiométrie ECE et la mesure de température Le chauffage du plasma et le rayonnement suprathermique Patrick Blanchard: Soutenance publique

Chauffage du plasma par onde EC 2 moyens: chauffage ohmique chauffage par ondes cyclotroniques électroniques - car la fréquence cyclotronique est une fréquence de résonance Patrick Blanchard: Soutenance publique

Génération d’électrons suprathermiques Equilibre thermique Injection de micro-onde => intéraction avec des électrons de haute énergie Déformation de la Maxwellienne => Génération d’électrons suprathermiques => Dans un tel milieu on a Patrick Blanchard: Soutenance publique

Génération d’électrons suprathermiques C’est à partir de ce moment que les choses se compliquent! Patrick Blanchard: Soutenance publique

Simulation bi-Maxwellienne Nécessité de simuler les signaux expérimentaux Thermiques Approche bi-Maxwellienne Suprathermiques Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Quelques résultats Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Conclusions Mise au point d’un nouveau diagnostic de mesures permettant d’étudier les électrons suprathermiques présents dans le plasma Etude de l’influence de la géométrie et de la puissance des X2/X3 sur la génération d’électrons suprathermiques La détermination précise de la population suprathermique est essentielle pour les futurs réacteurs dont le chauffage et une partie du courant de plasma seront assurés par des injections d’ondes Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique That’s all Folks! Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Remerciements Direction du CRPP Henri Weisen Stefano Coda Stefano Alberti Mark, Tim, Laurie Wolfgang Suttrop Philippe, Blaise Xavier Llobet Jean-Michel Mayor Edith Claude Raggi Paolo Olivier, Adriano, Gilles Yann, Laurent, Alain, DC sdfdfd Ma famille Francesca + tous les autres Patrick Blanchard: Soutenance publique

Patrick Blanchard: Soutenance publique Festivités sdfdfd Patrick Blanchard: Soutenance publique