Données d’expérience sur les plasmas dans la perspective d’ITER

Overview of the Main Results: toward Plasma in ITER

DSM/DRFC/SCCP, Association Euratom CEA, Cadarache (France)

Résumé

Un des objectifs principaux d’ITER est de maîtriser, dans un environnement nucléaire et sur des durées suffisantes, des plasmas produisant des quantités significatives de réactions de fusion, démontrant ainsi la viabilité de la fusion comme source d’énergie. En excluant les défis technologiques, non évoqués dans ce document, la physique des plasmas magnétisée soulève une série de questions qu’ITER aura l’occasion unique d’aborder et de résoudre.

ITER est conçu pour confiner un plasma D-T dans lequel le chauffage par les particules alpha domine toutes autres formes de chauffage. Ceci n’a jusqu’ici jamais été réalisé et mérite des études et des expérimentations spécifiques. ITER vise à produire un facteur d’amplification de l’énergie de fusion significatif (Q≥10) sur des plasmas de longue durée (~400s). ITER a aussi pour objectif la réalisation de plasmas continus (Q=5) et d’explorer les états proches de l’ignition (Q≥30). De tels objectifs exigent la mise au point de scénarii qui incluent un certain nombre d’éléments de physique tels que le transport turbulent de la chaleur et de particules, l’influence de la configuration magnétique sur les propriétés de transport, la stabilité magnétohydrodynamique linéaire et non linéaire, les contraintes opérationnelles prenant en compte les spécifi cités d’un plasma dominé par le chauffage des particules alpha. De tels éléments sont détaillés et illustrés au travers des expérimentations menées sur les tokamaks actuels et des développements en cours concernant la physique et la théorie, donnant ainsi une rapide vision d’ensemble des contributions des dispositifs de fusion actuels en vue des plasmas d’ITER.

Abstract

One of the main physics objectives of ITER is to operate, in a nuclear environment and on sufficient time durations, burning fusion plasmas, and thus demonstrate their viability for an efficient energy production. Besides the technology challenge, out of the scope of the present paper, magnetized plasma physics raises a series of issues that ITER will have the unique opportunity to address and solve.

ITER is designed to confine a DT plasma in which α-particle heating dominates all other forms of plasma heating. This feature was never achieved so far by any experiment, and deserves specific studies and characterisation. ITER aims at producing a significant fusion power amplification factor (Q≥10) in long-pulse operation (~400s), at achieving steady-state operation of a tokamak (Q = 5) and, ultimately, retains the possibility of exploring “controlled ignition” conditions (Q≥30). Such goals require a dedicated scenario design activity which encompasses a number of physics elements such as heat and particle turbulent transport, influence of the magnetic configuration on transport properties, linear and non linear magneto-hydro-dynamics stability, operational constraints and control issues, including all burning plasma specific issues. Such elements will be detailed and illustrated over existing plasma tokamak discharges and physics and theory developments, giving a rapid overview of present fusion devices contributions in preparation for ITER’s plasmas.