Modeling of polarization phenomena due to RF sheaths and electron beams in magnetized plasma
Modélisations de phénomènes de polarisation par gaines RF ou-et faisceau de particules dans un plasma magnétisé
Résumé
This work investigates the problematic of hot spots induced by accelerated particle fluxes in tokamaks. It is shown that the polarization due to sheaths in the edge plasma in which an electron beam at a high level of energy is injected, can reach several hundreds volts and thus extend the deposition area. The notion of obstructed sheath is introduced and explains the acceleration of energy deposition by decreasing of the sheath potential. Then, a 2D fluid modeling of flux tubes in front of ICRF antennae allows us to calculate the rectified potentials taking into account RF polarization currents transverse to magnetic field lines. The 2D fluid code designed validates the analytical results which show that the DC rectified potential is 50% greater with polarization currents than without. Finally, the simultaneous application of an electron beam and a RF potential reveals that the potentials due to each phenomenon are additives when RF potential is much greater than beam polarization. The density depletion of polarized flux tubes in 2D PIC simulations is characterized but not yet explained.
Ces travaux abordent la problématique des points chauds induits par des flux de particules accélérées dans les tokamaks. Il est montré que la polarisation due aux gaines du plasma de bord soumis à un faisceau électronique à haute énergie peut atteindre plusieurs centaines de volts et ainsi allonger la zone de dépôt. La notion de gaine entravée est introduite et explique l'accélération de ce dépôt par réduction du potentiel de gaine. Ensuite, une modélisation fluide 2D des tubes de flux devant les antennes ICRF a permis de calculer les potentiels rectifiés en tenant compte des courants de polarisation transverses aux lignes de champ magnétique. Le code fluide 2D mis au point valide les résultats analytiques qui montrent que ces courants de polarisation peuvent augmenter de 50% la valeur DC du potentiel rectifié par rapport aux modèles classiques sans courant. Enfin, l'application simultanée d'un faisceau et d'un potentiel RF révèle que les potentiels induits, propres à chaque phénomène, s'additionnent pour des potentiels RF bien plus grands que la polarisation due uniquement au faisceau. La déplétion de densité des tubes de flux polarisés dans les simulations PIC 2D est caractérisée mais non expliquée.