Yannick Marandet est directeur de recherche CNRS au laboratoire PIIM, à Marseille, où il travaille sur la physique de la fusion par confinement magnétique. Il est expert de la physique de l’interface entre les plasmas chauds de fusion et les parois des matériaux, et est membre des comités scientifiques des deux principales conférences de ce domaine. Yannick Marandet est directeur de la Fédération de Recherche sur la Fusion par confinement Magnétique (FR-FCM) depuis 2015. La FR-FCM coordonne la recherche en fusion magnétique au niveau national, avec des participants dans plus de 45 laboratoires, couvrant des domaines allant des mathématiques appliquées à la métallurgie des composants de structure.
Ce webséminaire a eu lieu en direct le 7 Décembre 2022 à 10h30.
Résumé : Dans cette présentation, les principes de confinement de la fusion magnétique sont brièvement passés en revue, en mettant l’accent sur le tokamak qui est la configuration utilisée pour ITER. Ces principes sous-tendent directement les défis liés à l’évacuation des particules et de la chaleur. En état stationnaire, le contenu en particules et en énergie doit rester constant. Du point de vue des particules, cela signifie que le combustible brûlé doit être remplacé et que les cendres de fusion (hélium) doivent être pompées. Du point de vue énergétique, l’énergie libérée par les réactions de fusion doit être évacuée par les tuyaux de refroidissement dans la paroi. Nous montrons qu’en raison de l’extrême efficacité du confinement magnétique, les interactions plasma-paroi sont très concentrées sur une infime fraction de la surface de la paroi du matériau. En effet, à la limite du plasma confiné, l’énergie circule dans une « peau » étroite de quelques mm de largeur, qui intercepte la paroi du matériau. Pour faire face à cette situation, la configuration magnétique est modifiée de telle sorte que le plasma soit dévié dans un composant spécifique, appelé “divertor”. Ce dernier est construit pour supporter des flux de chaleur extrêmes de l’ordre de 10 MW/m2 en régime permanent, et pour assurer un pompage suffisant en augmentant la pression du gaz neutre devant les conduits de pompage. La physique en jeu dans le divertor est illustrée à l’aide de résultats obtenus à partir de simulations numériques du tokamak WEST à Cadarache, ainsi que des simulations pour ITER mettant en évidence le rôle clé des processus moléculaires dans ces conditions de plasmas froids et denses (Te ~Ti ~1-5 eV et ne =10^20 m-3 ). L’importance du mécanisme dit de « recyclage » est souligné : la plupart des ions perdus par la paroi reviennent sous forme d’espèces neutres et sont ensuite ré-ionisés. Ce processus peut se produire des centaines de fois avant que l’atome ne soit effectivement pompé, de sorte que l’ionisation de ces neutres “recyclés” est généralement la source de particules chargées la plus importante de la machine. Enfin, nous discutons le rôle du gaz piégé dynamiquement dans la paroi dans lequel le contrôle des particules est important. Cette dernière est un réservoir majeur de particules, qui peut dominer le pompage ou le ravitaillement selon la situation. Elle doit donc être impérativement maintenue sous contrôle.