7.3 Vers une interprétation: recherche d’un lien entre inversion de Er et activité
7.3.4 Détection par réflectométrie des sauts de temps de vol associés à des
Dans ce paragraphe, nous cherchons à obtenir des informations supplémentaires sur la présence d’ilots magnétiques et leur position par rapport à la zone d’inversion de Er, à l’aide
des mesures de la réflectométrie (diagnostic DREFLEC).
Le principe de la détection d’ilots par réflectométrie est le suivant : au niveau du point O d’un ilot, le profil de densité devient localement plat, ce qui entraine des discontinuités de temps de vol au cours du balayage de la fréquence-sonde. Le saut de temps de vol est de l’ordre de ∆τ ∼ 2N w/c, où N est l’indice optique et w la largeur radiale de l’ilot, cf schéma 7.21. Cette méthode est présentée dans les références [Vermare 05 ] et [Vermare 05- these].
ĞŶƐŝƚĠ &ƌĠƋƵĞŶĐĞ ŽŶĚĞ ^ĂƵƚĚĞƚĞŵƉƐĚĞǀŽů ŝůŽƚ Z;ŵͿ
Fig. 7.21: Schéma de principe de la détection d’ilots magnétiques par réflectométrie
La réflectométrie peut ainsi détecter des sauts de temps de vol lorsqu’un ilot magnétique est situé à l’endroit de la couche de coupure de l’onde incidente. En revanche, la position radiale d’un tel saut de temps de vol ne peut pas être établie à partir des données de la réflec- tométrie seule pour ces chocs. En effet, il serait pour cela nécessaire de connaître la position de la coupure associée aux différentes fréquences sondes. Or pour les plasmas considérés la réflectométrie ne peut pas accéder au bord du plasma, et ainsi reconstruire le profil de den- sité de proche en proche. La correspondance fréquence-sonde/position a été ici estimée en utilisant le code de tracé de faisceau de la réflectométrie Doppler, présenté à la section 4.3.1. Celui-ci peut en effet fonctionner avec les paramètres de la réflectométrie standard (position de l’antenne, directions poloïdales et toroïdales initiales de l’onde incidente). Le profil de den- sité électronique utilisé pour effectuer cette estimation est le profil reconstruit par TPROF à partir des mesures d’interférométrie et de diffusion Thomson, également utilisé pour calculer la position des points de mesure de la réflectométrie Doppler. Ainsi, cette méthode permet d’estimer la position radiale associée à chaque fréquence-sonde de la réflectométrie.
Les figures présentées dans cette partie cartographient l’intensité des sauts de temps de vol, avec :
– en abscisse le temps si l’acquisition DREFLEC est faite en mode “profils” ou l’indice du point si l’acquisition est effectuée en mode “rafale” (cf §3.2). Les acquisitions DREFLEC des chocs 43411 à 43413, ainsi que le 43950 sont effectuées en mode “profil”, les autres sont en mode “rafale”. Sur les chocs en mode rafale, cinq séries de 1000 balayages en fréquence rapides sont effectuées à différents instants du choc.
– en ordonnée le rayon normalisé de la couche de coupure associé à la fréquence-sonde (calculé avec le tracé de rayon de DIFDOP). La réflectométrie fonctionne avec deux bandes de fréquences V (50-75 GHz) et W (75-110GHz). Aux alentours de la fréquence 75 GHz, la puissance du signal émis est faible et le rapport signal sur bruit au niveau de la réception devient insuffisant. Pour cette raison les points associés à cette fréquence sont représentés en pointillés rouge.
– le code couleur caractérise l’intensité des sauts de temps de vol. Pour des raisons de visualisation, une échelle logarithmique a été utilisée pour le code couleur (associée à log10(∆τ + 10−10), où ∆τ est le saut de temps de vol en ns) : ceci permet de mettre en évidence les variations de saut de temps vol dans la zone de gradients, plus faibles en intensité que ceux situés dans la zone centrale (près de q = 1 par exemple).
Sur tous les chocs étudiés, d’importants sauts de temps de vol se trouvent dans la région r/a ∼ 0.1 − 0.3 et sont a priori associables à un ilot magnétique sur q = 1. Une seconde zone se situe autour de r/a ∼ 0.6 − 0.8, variable suivant les chocs. Lorsque B0 ∼ 1.9 T, cette dernière se trouve proche de la zone associée à la séparation des bandes V et W ; mais elle existe aussi dans les cas où le rayon associé à F = 75 GHz est décalé vers l’extérieur : par
exemple pour le choc 43957 avec B0 = 2.17T. Cette zone de sauts de temps de vol est observée
sur la plupart des chocs étudiés, y compris ceux où l’inversion de vitesse perpendiculaire n’est pas détectée (à plus fort champ magnétique).
Sur la figure 7.22a, la position radiale des surfaces rationnelles q = 1, 3/2, 2, 5/2 (de couleurs respectives bleu, vert, rouge, cyan) calculée par le code CRONOS est superposée aux positions radiales des sauts de temps de vol. Ceci est montré pour deux chocs (43413 et 43950). Une erreur non négligeable existe dans le calcul de la position des surfaces rationnelle par CRONOS : les seules informations permettant de containdre le profil de q sont, pour
ces expériences, la valeur au bord de qa et le rayon d’inversion des dents de scie. Cette
comparaison, bien qu’imprécise, permet néanmoins de savoir quelles surfaces rationnelles de faible n peuvent être associées aux ilots détectés. Sur le choc 43413, la zone de sauts de temps de vol (qui parait “doublée”) est située dans la région q ∼ 3/2 − 2 ; sur le choc 43950 les sauts
de temps de vol sont détectés sur une plage de fréquences (rayons) plus réduite et proche de q = 2.
(a) Choc 43413 (b) Choc 43950
Fig. 7.22: Sauts de temps de vol, chocs 43413 et 43950, superposés avec la position des
surfaces rationnelles calculées par le code CRONOS : q=1 (bleu), q=3/2 (vert), q=2 (rouge), q=5/2 (cyan). La position radiale associée à la fréquence 75GHz (séparation bande V/W) est marquée en pointillés rouges.
Localisation des zones de sauts de phase et d’inversion de vitesse perpendicu-
laire Nous comparons ensuite la localisation des sauts de temps de vol repérés par réflec-
tométrie avec les zones d’inversion de Er. La figure 7.23 superpose la carte de sauts de temps
de vol avec les positions radiales où sont observées les inversions de Er (plus précisément,
pour lesquels la partie asymétrique devient dominée par la contribution du côté v⊥> 0). Les zones où sont observées des spectres vérifiant le critère crit.pos. > 0.5 (i.e. spectre Doppler dominé par la contribution des vitesses perpendiculaires positives), sont représentés par des losanges mauves (mode O) ou blancs (mode X).
Pour les chocs 43412 et 43413, les zones où le spectre en mode O s’inverse apparaissent près de la zone r/a ∼ 0.6 où d’importants sauts de temps de vol sont observés. Ceci est également vérifié pour le choc 43411, non présenté. Il est difficile de dire si l’apparente évolution, visible sur la figure, de la position d’inversion de Er (qui semble évoluer vers l’intérieur du plasma) est physique ou liée à une incertitude de localisation. Un déplacement de l’inversion vers l’intérieur serait opposé à celui des surfaces rationnelles, qui se déplacent vers l’extérieur
pendant la rampe de courant. En mode X, les spectres possédant une partie v⊥> 0 semblent
difficultés pour mesurer au voisinage de larges ilots magnétiques peuvent apparaitre en mode X.
(a)Choc 43412 (b)Choc 43413
Fig. 7.23: Intensité des sauts de phase superposée avec rayons où les spectres DIFDOP vé-
rifient le critère crit.pos. > 0.5, en mode O (mauve) et X (blanc) pour les chocs 43412 et 43413.
Discussion sur le lien entre taille d’ilots et inversion de Er
La comparaison de plusieurs chocs deux à deux permet de faire émerger une possible cor- rélation entre la taille des ilots magnétiques et l’inversion de la vitesse perpendiculaire. Nous comparons les chocs 43413 et 43951 d’une part, et 43950 et 43961 d’autre part. L’évolution de v⊥ lors des chocs 43413 et 43961 a déjà été comparée dans la section 7.2.2.1 : la différence entre ces chocs vient de la forme du plasma, circulaire pour le choc 43961 et triangulaire pour le choc 43413 (figure 7.5), et également de la valeur du facteur de sécurité au bord, qui reste au-dessus de 3 pour le choc 43961. Les chocs 43950 et 43951 ne diffèrent que par un léger écart de densité, montré à la figure 7.8a.
Notons au préalable que sur le choc 43951, à cause de l’absence de mesure de densité
par diffusion Thomson, le profil de ne ne peut pas être reconstruit par TPROF. Pour cette
raison, la localisation des mesures DIFDOP ou des sauts de phase n’a pas pu être effectée. L’intensité des sauts de temps de vol sur ce choc, et sur le choc 43950 auquel il est comparé,
seront donc présentées sans conversion fréquence/rayon. A priori il n’existe pas de grande différence de position radiale des mesures de v⊥/sauts de temps de vol entre ce choc et le 43413, quasi-identique.
L’évolution temporelle des sauts de temps de vol pour les chocs 43413/43961 et 43950/43951 est présentée dans la série de figures 7.24. Les spectres en mode O ayant la plus grande inver- sion de vitesse perpendiculaire obtenue lors de ces chocs sont également montrés. Quasiment aucune inversion n’est observée pour les chocs 43950 et 43961, ce qui avait été évoqué pour à la section 7.2. Une différence existe entre les chocs 43950 et 43951 : pour ce dernier, le saut de temps de vol près de F = 70 GHz (r/a ∼ 0.6 − 0.8) semble “doublé” par rapport au saut à la même fréquence lors du choc 43950. De même, l’extension radiale de la zone de sauts de temps de vol associé à cet ilot est beaucoup plus large pour le choc 43413 (inversion v⊥ très marquée) que pour le choc 43961 (pas d’inversion). Ceci suggère une relation entre les propriétés de l’ilot détecté et l’inversion de champ électrique radial.
Alors que l’ECE met en évidence le développement progressif d’un ilot (à 2.6 T), la réflec- tométrie semble détecter les sauts de phase tout au long du choc, sans apparente évolution. Ce diagnostic est toutefois plus sensible que l’ECE aux petites perturbations. Il n’est en outre pas évident d’évaluer le rayon de l’ilot détecté par la réflectométrie.
(a)Choc 43413 (mode profils) (b)Choc 43951 (mode rafale)
(c) Choc 43961 (mode rafale) (d)Choc 43950 (mode profil)
−1500 −1000−1 −500 0 500 1000 1500 0 1 2 3 4 f (kHz) log(S)
Spectres ayant la plus grande asymétrie côté v⊥>0
43961, 55.1GHz, t=9.1s 43413, 53.4GHz, t=10.1s Mode O (e)Chocs 43413 et 43961 −1000 −500 0 500 1000 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Spectres ayant la plus grande asymétrie côté v⊥>0
f (kHz) log(S) 43951, 55.1GHz, t=8.25s 43950, 57.6 GHz, t=9.1s 43950, 58.8 GHz, t=9.1s Mode O (f)Chocs 43950 et 43951