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Theses Year : 2023

New developments on the interpretative model of ITER diagnostics using microwaves

Nouveaux développements de modèles interprétatifs pour des diagnostics ITER utilisant les micro-ondes

Abstract

The turbulence in thermonuclear fusion plasma can lead to increase of the plasma transport coefficient that enhances the particles and energy losses therefore deteriorates the plasma confinement. That is why measurements of the plasma turbulence is important for description of the plasma transport processes. Microwave plasma diagnostics is an efficient kind of the active plasma diagnostics to characterize the turbulence. Their principles are based on the collection of information integrated over the probed plasma volume, and printed on the reflected or scattered waves reaching the detector, for which interpretative models are required to extract the turbulence properties. The radial correlation reflectometry (RCR) and the Doppler reflectometry are widely used technics that provide information on plasma turbulence characteristics. The Collective Thomson Scattering (CTS) is a valuable microwave diagnostic that can give the information about such plasma parameters as the bulk ion temperature, bulk ion composition, the fast particles (alpha particles or ions of a heating beam) velocity distribution. The knowledge of the alpha particle velocity distribution is especially interesting and important to evaluate the ITER performance where the energy amplification of plasma heating power Q is expected to achieve the value about 10. The actual data analysis of the microwave diagnostics, or interpretations of a measured signal is fulfilled assuming a smooth Gaussian probing beam. It was demonstrated that the microwave beams can be significantly distorted due to the edge plasma turbulence, that may lead to misleading interpretations of the diagnostic signal, based on the microwaves, so the diagnostics interpretative models should be analyzed taken into account to the probing beam distortion. The improvement of the microwave diagnostics interpretative models is the main object of the study presented in this thesis.The aim of this PhD work is to include these missing effects in an interpretative model for CTS using X-mode probing beam.
La turbulence dans le plasma de fusion thermonucléaire peut entraîner une augmentation du coefficient de transport de l’énergie et des particules détériorant ainsi le confinement du plasma. C’est pourquoi les mesures de la turbulence du plasma sont importantes pour la description des processus de transport du plasma. Le diagnostic plasma micro-ondes est un type efficace de diagnostic plasma actif pour caractériser la turbulence. Leurs principes reposent sur la collecte d’informations intégrées dans le volume de plasma sondé, et contenu dans les ondes réfléchies ou diffusées atteignant le détecteur. Pour extraire les propriétés de turbulence, des modèles interprétatifs sont nécessaires. La réflectométrie de corrélation radiale (RCR) et la réflectométrie Doppler sont des techniques largement utilisées qui fournissent des informations sur les caractéristiques de la turbulence du plasma. La diffusion Thomson collective (CTS) est un diagnostic micro-ondes intéressant qui peut donner des informations sur des paramètres plasma tels que la température des ions en vrac, la composition des ions en vrac, la distribution de vitesse des particules rapides (particules alpha ou ions d’un faisceau chauffant). La connaissance de la distribution de la vitesse des particules alpha est particulièrement recherchée et importante pour évaluer les performances d’ITER où l’amplification énergétique de la puissance de chauffage du plasma Q devrait atteindre la valeur d’environ 10. L’analyse des données réelles des diagnostics micro-ondes, ou les interprétations d’une mesure signal suppose un faisceau de sondage gaussien lisse. Il a été démontré que les faisceaux de micro-ondes peuvent être considérablement déformés en raison de la turbulence du plasma de bord. Ceci peut conduire à des interprétations trompeuses du signal de diagnostic, basées sur les micro-ondes. En conséquence les modèles interprétatifs des diagnostics doivent être analysés en tenant compte de la distorsion du faisceau de sondage. L’amélioration des modèles interprétatifs de diagnostic hyperfréquence est l’objet principal des études présentées dans cette thèse.
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Dates and versions

tel-04129152 , version 1 (15-06-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04129152 , version 1

Cite

P V Tretinnikov. New developments on the interpretative model of ITER diagnostics using microwaves. Plasma Physics [physics.plasm-ph]. Université de Lorraine, 2023. English. ⟨NNT : 2023LORR0027⟩. ⟨tel-04129152⟩
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