Chauffage et génération de courant

1. Chauffage et génération de courant Systèmes pour ITER et après ITER R. Koch, membre du Topical Group On Heating and Current Drive, président du comité de coordination de l‘ion cyclotron et membre du STAC Topical Working Group 13

2. Quelles vont être les tâches du futur? Les systèmes HG/CD et leur fonctions Les systèmes pour ITER Tâches et programme EFDA En bref,

3. Court terme (10 ans): dessin et construction d’ITER Technologie (+ physique) Préparation à l’opération Moyen terme (25 ans): opération d’ITER, Physique Comprendre Flexibilité des outils Contrôler, optimiser Multiplicité et versatilité des moyens de contrôle Établir la base de connaissances pour DEMO Sélection des systèmes pour DEMO Long terme (50 ans): DEMO (réacteur) Systèmes optimisés, efficacité élevée, simplicité maximale Quelles vont être les tâches du futur?

4. Ion cyclotron (IC) Chauffage (ions), génération de courant (central), production de plasma Couplage, production d’impuretés, intégrité et fiabilité du système (arcs) Hybride (LH) Génération de courant (périphérique) Couplage, particules rapides, contrôle du profil Electron cyclotron (EC) Stabilisation et contrôle (NTMs, sawteeth, ELMs?), chauffage (électrons), génération de courant (central et périphérique), production de plasma Intégrité et fiabilité du système (arcs), shine through Injection de neutres (NB) Chauffage (électrons>ions), génération de courant (périphérique?, central) Technologie: source, accélérateur, shine through Systèmes

5. Tâches dans ITER Conditionnement des parois Détritiation IC (+ autres?) Initiation fusion IC,NB,EC? Contrôle q, Pfus , instab. CDTous Pré-ionisation EC,IC? Courant  (CD1+HG2) LH,EC,IC?,NB? q-profil LH,EC?,NB? Extinction IC,EC,LH,NB? Ip t 1 CD= current drive; 2 HG= heating

6. Technologie/physique: IC Mise à la masse EU Gaines HF 20 MW? 2 antennes? Contrôle de la densité au bord (injection de gaz) Système d’adaptation US Détection d’arcs Générateurs (tubes) Couplage Optimisation IN

7. Technologie/physique: LH Fréquence: 3.7 / 5 GHz? EU+… Absorption par les particules  Génération d’électrons (ions?) rapides Module test ¼ ? Couplage, contrôle de la densité au bord (injection de gaz) 20 MW

8. Technologie/physique: EC Shine through Perturbations emgn (arcs) Pré-ionisation à 2 fce ; EBW? Pré-ionisation (démarrage) CD+HG Stabilisation NTM 20 MW 2?

9. Technologie/physique: EC Upper launcher Equatorial launcher

10. Technologie/physique: NB Technologie ions négatifs 1 MeV 16.5 MW / injector Day one: one injector 0.87 MeV, 14-16 MW Shine through (<4MW/m2) 0.5 MeV, 10 MW Accélérateur

11. Technologie/physique: NB Accélérateur Arc discharge MaMug Source d’ions négatifs Radio- frequency discharge SINGAP [Pamela J., Plasma Phys. and Contr. Fus. 37(1995)A325-A336. ] Technologie: source, accélérateur, cellule d’échange de charge Physique: génération de courant périphérique [Antoni V. et al., IAEA FEC (2006) (1995)IT/2-3Rb ]

12. Préparation aux choix à opérer pour ITER en 2009 Impact du choix du type de système HG/CD sur la performance de la machine et du plasma (scénarios DT principalement) Étude de la montée du courant et de l’établissement du profil de q. Étude de l’impact du choix des systèmes / scénarios sur le démarrage des réactions de fusion ITER phase sans activation (à champ nominal ou moitié, H ou 4He) Objectifs: Mise en service et test de tous les équipements Détermination des performances des systèmes Établissement d’une base de connaissances en vue de l’opération DT Mode H? Tâches: (ré-) évaluation des scénarios ITER phase D? ITER phase DT Décharges Hautes performances de fusion Longues (scénario hybride) Stationnaires Établissement d’une base de connaissances en vue de DEMO Poursuite des études de scénarios et de performances; dynamique des plasmas en fusion Simulations sur les machines existantes Extrapolation des systèmes HG/CD pour DEMO Sélection? Efficacité Fiabilité Programme parallèle Innovation Tâches physiques et technologiques Voir: http://www.tpg.efda.org/hcd/index.htm

13. Conditionnement des parois par radio-fréquence en présence de BT Objectifs: ré-initialisation de la paroi, nettoyage après disruption, dé-tritiation, déposition de couches de surface Actions: Caractérisation des plasmas produits par RF, optimisation Modélisation et extrapolation à ITER; établissement des conditions d’utilisation Caractérisation de l’efficacité du processus (interface: PWI) Détermination des contraintes sur le système (détection d’arcs) Pré-ionisation Déterminer l’efficacité du procédé, comparer avec EC Couplage (expériences et modélisation: RF et transport) Amélioration du couplage à grande distance par injection de gaz (ou autre?) Minimisation des effets de gaine au voisinage et loin de l’antenne Détection d’arcs Détermination de l’efficacité des systèmes existants (Prefl , SMAD, SHAD) Développements de systèmes de détection actifs (radar) Compatibilité électromagnétique Perturbation des autres systèmes (fonctionnement normal, arcs) Compatibilité IC-LH Scénarios ICRH À revoir: BT/2 ou BT (H, 4He); scénarios pour la montée de courant ou l’amorce de la fusion (DT) Programme du Topical Group HG/CD - IC

14. Système LH pour ITER Dessin conceptuel (choix 3.7 / 5 GHz) R&D Modélisation (en particulier pour la montée du courant et les décharges stationnaires) LHCD sur Asdex Upgrade Renforcement du contrôle de q pour les décharges « advanced tokamak » Etude du couplage longue distance PAM? Couplage (expériences et modélisation) Amélioration du couplage à grande distance par injection de gaz (ou autre?) Effets parasites: génération d’e- rapides, absorption par les ’s Compatibilité électromagnétique Compatibilité IC-LH Extrapolabilité au réacteur? Programme du Topical Group HG/CD - LH

15. Pré-ionisation Opération à la 2e harmonique, optimisation (position  f) Scénarios: O1, X2, EBW? Modélisation Longs pulses Contrôle de la polarisation (shine through, réflexions) pour minimiser la surchauffe des parois Physique Contrôle des NTM’s, des dents de scie, des ELMs (?) Opération d’un réacteur avec EC seulement (mode H, contrôle q, initiation de la fusion,…)? Compatibilité électromagnétique Perturbation des autres systèmes (fonctionnement normal, arcs) Interférence EC-IC? Programme du Topical Group HG/CD - EC

16. Physique de la génération de courant et et de la rotation CD périphérique? Développement d’une source d’ions négatifs sans Césium Système de contrôle et de régénération du Cs complexe. Variabilité des performances, fiabilité. (Surfaces en diamant pour les sources HF?) Modélisation du système électrostatique d’absorption des ions résiduels La présence de plasma dans ce système peut nuire à son efficacité Neutralisation des ions négatifs par la charge d’espace Peut dégrader l’optique du faisceau et la performance Modélisation de la physique de l’extraction des ions négatifs Optimisation de la géométrie et du champ magnétique Neutraliseur avancé Neutraliseur à gaz: efficacité < 58%; cryopompes: inadéquat pour récteur Neutraliseur à jet alcalin? Neutraliseur optique (photo-détachement) Programme du Topical Group HG/CD - NB

17. Machines européennes de fusion JT-60 SA Simulateurs (ex. MAGNUM: MHz? GHz?) ou autres Fécondation interdisciplinaire Nouveaux matériaux, nouveau concepts Métamatériaux (indice de réfraction <0)…. Importance du travail universitaire Programme parallèle et innovation