Offers “CEA”

42 days agoCEA

Impact of the tokamak geometry on turbulence H/F

  • Stage
  • Saint-Paul-lès-Durance (Bouches-du-Rhône)
  • Energy / Materials / Mechanics

Job description

Détail de l'offre

Informations générales

Entité de rattachement

Le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) est un organisme public de recherche.

Acteur majeur de la recherche, du développement et de l'innovation, le CEA intervient dans le cadre de ses quatre missions :
. la défense et la sécurité
. l'énergie nucléaire (fission et fusion)
. la recherche technologique pour l'industrie
. la recherche fondamentale (sciences de la matière et sciences de la vie).

Avec ses 16000 salariés -techniciens, ingénieurs, chercheurs, et personnel en soutien à la recherche- le CEA participe à de nombreux projets de collaboration aux côtés de ses partenaires académiques et industriels.

Référence

2021-18978

Description de l'unité

"L'Institut de Recherche sur la Fusion par Confinement Magnétique est l'un des départements de la Direction de la Recherche Fondamentale du CEA. Depuis plus de 50 ans, son rôle est de mener des recherches sur une nouvelle source d'énergie : la fusion par confinement magnétique, en s'associant avec le programme Fusion européen. L'IRFM est installé sur le Centre CEA de Cadarache. Les activités de L'IRFM sont structurées autour de trois axes de recherches de développement :
- contribuer à la réalisation du projet ITER et ceux de l'Approche Elargie (tokamak JT-60SA principalement),
- préparer l'opération scientifique d'ITER, à travers des activités d'expérimentation et de contrôle, ainsi que de théorie et de modélisation,
- établir les bases du futur réacteur de fusion.
Ces activités sont intimement connectées à un effort tout particulier de formation des générations futures de physiciens et de technologues de la fusion. L'IRFM a à sa disposition de nombreuses plateformes de R&D et de tests, dont le tokamak WEST (pour Tungsten (w) Environnement Steady-State Tokamak), transformation de Tore Supra en banc de test pour ITER, le nouveau tokamak du CEA va permettre de tester l'un des composants clé d'ITER et de poursuivre les recherches en physique des plasmas, dans un contexte international grâce aux nombreuses collaborations mises en place."

Description du poste

Domaine

Physique du noyau, atome, molécule

Contrat

Stage

Intitulé de l'offre

Impact of the tokamak geometry on turbulence H/F

Sujet de stage

The magnetic geometry can significantly affect the confinement of tokamak plasmas. This internship aims to study the underlying physics mechanisms at play.

Durée du contrat (en mois)

6 mois

Description de l'offre

The confinement of tokamak plasmas is a key ingredient for their performance. It has been experimentally observed that the magnetic geometry can significantly affect the confinement of the plasma. The empirical scaling law of the energy confinement time, which is used to design new tokamak devices including ITER, depends on the aspect ratio – i.e. the ratio of the major over the minor radius – and on the shape of the poloidal cross-section of the nested toroidal flux surfaces – whether it is circular or features finite elongation and triangularity. Although these parameters offer one of the rare degrees of freedom for confinement optimization, their potential has not been fully exploited so far, partly due to the relative weak flexibility of actual devices in general. Since they are able to scan a much broader parameter range a priori, theory and numerical simulations should be of great help in this matter. In addition, while some of the experimental observations are in fair agreement with theoretical expectations, others remain poorly understood. Understanding the underlying physics mechanisms behind the experimental observations is a key aspect to predict the performance of future larger machines (e.g. ITER, DEMO) and to find routes towards optimized devices.
In most cases, turbulence turns out to be the dominant transport mechanism in the core of tokamak plasmas. It originates from the intrinsic out-of-equilibrium nature of controlled fusion plasmas, characterized by large temperature and density gradients from the hot diluted core to the relatively colder and even more diluted periphery.
In this framework, the proposed internship aims at studying the impact of the magnetic geometry on plasma turbulence. Two complementary approaches will be adopted. On the one hand an analytical study of the linear stability of drift waves in shaped plasmas will be performed. The second approach is to run numerical simulations of the 5-dimensional GYSELA gyrokinetic code. GYSELA has been recently upgraded to take into account shaped plasmas. In a first phase, linear simulations will be compared with analytical predictions. This comparison will be crucial to test the hypotheses used in the analytical derivation, such as the usage of a simplified collision operator. In a second phase, nonlinear simulations will be performed to explore the additional physics out of reach of the linear model. To limit the numerical cost of simulations, most of the study will be performed with a simplified (adiabatic) response of the electrons. If time allows for, a few simulations with the hybrid electron model (considering trapped electrons as kinetic and passing electrons as adiabatic) will be performed at the end of the internship to identify the limits of the adiabatic electron model.

Moyens / Méthodes / Logiciels

Code GYSELA

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