Fluid and kinetic descriptions of the mutual interaction between tearing modes and thermal and energetic particles in tokamak plasmas

• Main Author: Nasr, Sabine
• Other Authors: Aix-Marseille
• Language: en; fr
• Published: 2018
• Subjects: .
• Online Access: http://www.theses.fr/2018AIXM0544/document

La stabilité d’un mode de déchirement est analysée en présence d’un champ magnétique inhomogène en utilisant les approches fluide et gyrocinétique. On montre, avec un modèle fluide, que les modes à petites échelles caractérisés par un paramètre de stabilité négatif ($\Delta^\prime<0)) peuvent devenir instable par l’effet conjugué des gradient du champ magnétique et de la température. Le mécanisme est identifié comme étant du type interchange similaire à l’ETG toroidal. La résonance entre les différentes classes de particules et le mode est analysée à l’aide de la théorie gyrocinétique. On trouve que la courbure et l’inhomogénéité du champ magnétique modifient la stabilité du mode à travers les particules piégées. Ceci a été vérifié numériquement avec un code gyrocinétique (GKW) où la déstabilisation du type interchange est confirmée. Par ailleurs, l’effet des particules énergétiques est aussi analysé. Linéairement, on étudie le cas d’une fonction de distribution de particules énergétiques qui présente une anisotropie dans la température avec un modèle gyrocinétique. Non-linéairement, l’effet de l’évolution temporelle de la densité des particules énergétiques sur la croissance des îlots magnétiques est examinée avec un modèle fluide === The stability of collisionless tearing modes is analyzed in the presence of an inhomogeneous magnetic field in fluid and gyrokinetic theories. It is shown by means of a fluid model that small scale modes, characterized by a negative stability parameter ($\Delta^\prime<0), can be driven unstable due to a combination of the magnetic field and electron temperature gradients. The destabilization mechanism is identified as of the interchange type, similar to that for toroidal ETG modes. The resonant interaction between the mode and different classes of particles is studied in gyrokinetic theory. It is found that curvature and magnetic field inhomogeneity effectively change the mode stability through trapped particles. This is verified numerically with a gyrokinetic code (GKW) where the interchange-like destabilization is confirmed. Furthermore, the impact of a population of energetic particles is investigated. Linearly, using a gyrokinetic model, the particular case of energetic particle distribution presenting anisotropy in the temperature is taken into account. Non-linearly, the impact of the time evolution of the energetic particle density on the growth of magnetic islands is examined by means of a fluid model