Tokamaks : fonctionnement et recherches (Regroupement Cadarache)

Ce regroupement sur 4 semaines est divisé en 2 parties de 2 semaines chacune.
La première vise à permettre aux étudiants de comprendre comment dimensionner un tokamak au travers de 2 projets réalisés en groupes sous la supervision de chercheurs.
La deuxième leur donne accès aux plateformes expérimentales de l’IRFM et de laboratoires Européens partenaires (à distance via les outils internet) au travers de travaux pratiques.

Partie 1: Comment dimensionner un Tokamak ?

L’ambition de ce module est de donner aux étudiants une vision intégrée du tokamak, de rendre tangible l’interdépendance de la physique des plasmas, de l’interaction plasma-paroi, des matériaux et des supraconducteurs dans la définition des caractéristiques d’un réacteur de fusion.
Le moyen consiste à répondre à la question suivante: comment “dimensionner un tokamak” étant donnés les objectifs qui lui sont assignés, principalement ici en termes de puissance fusion et d’efficacité énergétique ? Le travail s’effectue en petits groupes supervisés par des chercheurs de l’IRFM.
Les deux premiers jours sont consacrés à des cours qui exposeront les sujets étudiés pendant les étapes suivantes et les méthodes de travail (en particulier les lois d’échelle, les régimes opérationnels et l’interaction plasma-paroi).
Lors de la première étape du travail en groupe, des objectifs de performance de fusion et quelques contraintes seront donnés à tous les groupes. Chaque groupe déterminera les meilleurs paramètres “ingénieurs” du tokamak (rayon du tore, courant plasma, champ magnétique…) qui permettront d’atteindre les objectifs. Pour cela, on utilisera les lois d’échelle qui relient les performances d’un tokamak (par exemple le temps de confinement de l’énergie dans le plasma) aux paramètres “ingénieurs” du tokamak.
Lors de la deuxième étape, chaque groupe sera chargé d’examiner une question particulièrement importante pour l’ingénierie ou pour la physique: les moyens de chauffage du plasma, l’équilibre magnétohydrodynamique et la turbulence, les impuretés et le rayonnement, les flux de particules et de chaleur sur les composants de l’enceinte, le dimensionnement des bobines supraconductrices, etc. Chaque groupe est encadré par un expert du sujet.
Pendant tout le travail en groupe, les encadrants sont présents et disponibles. Pendant les deux semaines, les étudiants sont encouragés à interagir avec les autres groupes et à interroger tous les chercheurs de l’IRFM qui peuvent les aider dans leur travail.
 
Partie 2: Tokamak et expérimentation

Les étudiants travaillent en binômes sur des travaux pratiques encadrés par des physiciens et ingénieurs de l’IRFM, sur les installations que ceux-ci utilisent pour leur propre recherche.
Chaque étudiant réalise deux expériences de la liste ci-dessous, dont (dans la mesure du possible) une concerne un travail sur les données d’un tokamak (COMPASS, GOLEM, WEST).
Ces TP sont mutualisés avec les étudiants du master Erasmus Mundus “Fusion-EP” (European Master of Science in Nuclear Fusion & Engineering).
La liste des sujets peut évoluer en fonction des disponibilités des installations et des encadrants:
– Surveillance de la paroi interne du tokamak avec le bras d’inspection articulé
– Conversion de mode pour l’onde à la fréquence hypride basse (LH)
– Modèles numériques
– Qualification thermomécanique des composants face au plasma
– Flux de chaleur sur les parois du tokamak exposées au plasma – analyse par thermographie infrarouge
– Propriétés supraconductrices des matériaux de bobines des tokamaks
– Contamination des composants exposés au plasma – Analyse par thermo-désorption
– Pilotage et expériences à distance sur le tokamak GOLEM (Prague)
– Analyse d’expériences sur le tokamak COMPASS (Prague)
– Analyse d’expériences sur le tokamak WEST (Cadarache)