Characterization of low-frequency instabilities in a magnetized plasma column and study of their transition to turbulence
Caractérisation des instabilités à basse fréquence dans une colonne de plasma magnétisé et étude de leur transition à la turbulence
Résumé
This work is devoted to the experimental study of low frequency instabilities that occur in a magnetized plasma column. By using a limiter at the entry of the column, a transition between the Kelvin-Helmholtz instability and drift waves is observed when the magnetic field is increased. The Rayleigh-Taylor (or centrifugal) instability, can also be observed in between. With a view to to improve the efficiency of control methods, within the framework of controlled thermonuclear fusion research, we then studied the transitions to turbulence of these various instabilities. For each of them, a similar transition scenario is observed, in which spatio-temporal chaos results from the nonlinear interaction between two modes of incommensurable frequencies.
Ce travail est consacré à l'étude expérimentale des instabilités à basse fréquence pouvant survenir dans une colonne de plasma magnétisé. En utilisant un limiteur à l'entrée de la colonne, nous avons observé que l'élévation du champ magnétique provoquait la transition entre un régime dominé par l'instabilité de Kelvin-Helmholtz et un régime d'ondes de dérive. Il a également été possible d'observer l'instabilité de Rayleigh-Taylor au cours de cette transition. Dans la perspective d'améliorer l'efficacité des méthodes de contrôle, dans le cadre de la recherche sur la fusion thermonucléaire contrôlée, nous avons ensuite étudié les transitions à la turbulence de ces différentes instabilités. Il apparaît pour chacune d'elles un scénario de transition similaire, dans lequel le chaos spatio-temporel résulte de l'interaction non linéaire entre deux modes de fréquences incommensurables.