Thèse Chauffage par Radiofréquence dans la Gamme des Fréquences Cyclotroniques Ioniques pour les Tokamaks à Champ Magnétique Élevé H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Aix Marseille Université École doctorale : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière Laboratoire de recherche : CEA Cadarache - IRFM Direction de la thèse : Julien HILLAIRET ORCID 0000000210736383 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-14T23:59:59 Une tendance dans la recherche sur la fusion magnétique est d'augmenter le champ magnétique central à des valeurs d'environ 12 T en utilisant des technologies d'aimants supraconducteurs à haute température (HTS). Cette augmentation significative de l'intensité du champ magnétique pourrait permettre une réduction du volume de plasma et ainsi de la taille et du coût de la machine. Cependant, cette question est débattue en raison d'obstacles potentiels, et c'est l'objet du projet SF-Plant dans le cadre du programme de recherche SupraFusion, dans lequel cette thèse de doctorat est proposée.
Une conséquence de l'augmentation du champ magnétique est que les systèmes de chauffage par radiofréquence devront augmenter proportionnellement leurs fréquences de fonctionnement. Alors que les gyrotrons actuels, les sources de radiofréquence haute puissance utilisées pour le chauffage par résonance cyclotronique électronique (ECRH), ont démontré une puissance continue de 1 MW à 170 GHz, un champ magnétique de 12 T nécessiterait des gyrotrons à 350 GHz, ce qui pose des défis technologiques importants. En revanche, des sources de radiofréquence pour le chauffage par résonance cyclotronique ionique (ICRH) de classe MW à 120 MHz ou plus semblent techniquement réalisables. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse proposée est d'étudier l'application de l'ICRH aux tokamaks à champ élevé conçus dans le cadre du projet SF-Plant. Cette investigation couvrira le choix du schéma de chauffage ainsi que la conception de l'antenne.
Plusieurs schémas de chauffage sont actuellement envisagés dans les machines compactes DT à champ élevé, par exemple le chauffage minoritaire de l'Helium-3 (3He) et le chauffage au 2ème harmonique du Tritium (T) à ~12 T ou le chauffage minoritaire de l'Hydrogène (H) et le chauffage au 2ème harmonique du Deutérium (D) à champ réduit (~8 T) ou à fréquence RF accrue (~180MHz au lieu de 120 MHz). Le choix du schéma de chauffage est un compromis entre l'efficacité, le coût opérationnel (par exemple, le coût du 3He) et la disponibilité des sources RF. Au cours de ce travail, il est proposé d'étudier l'efficacité des différents schémas de chauffage, en tenant compte des besoins des systèmes externes requis (par exemple, la séparation de l'hélium) et de la faisabilité technologique des sources RF.
Les performances de chauffage sont déterminées par la conception de l'antenne RF et le couplage RF. Bien que l'augmentation de la fréquence réduise les contraintes sur les problèmes de couplage RF, la réduction possible de la taille des éléments de couplage doit être évaluée en fonction des hautes tensions et courants requis pour délivrer la puissance RF au plasma. Dans ce contexte, le choix de la structure de couplage (3, 4 ou plus d'éléments rayonnants) et du type résonante ou à onde progressive sera évalué en comparant les efficacités de chauffage, les tensions RF maximales et les conceptions de résilience de charge. Les dimensions de l'antenne seront discutées avec le dimensionnement des composants en contact avec le plasma, et l'impact de la forme et du volume de l'antenne sur le taux de reproduction du tritium sera évalué.
Une tendance dans la recherche sur la fusion magnétique est d'augmenter le champ magnétique central à des valeurs d'environ 12 T en utilisant des technologies d'aimants supraconducteurs à haute température (HTS). Cette augmentation significative de l'intensité du champ magnétique pourrait permettre une réduction du volume de plasma et ainsi de la taille et du coût de la machine. Cependant, cette question est débattue en raison d'obstacles potentiels, et c'est l'objet du projet SF-Plant dans le cadre du programme de recherche SupraFusion, dans lequel cette thèse de doctorat est proposée. L'objectif de la thèse proposée est d'étudier l'application de l'ICRH aux tokamaks à champ élevé conçus dans le cadre du projet SF-Plant. Cette investigation couvrira le choix du schéma de chauffage ainsi que la conception de l'antenne.