Comportement d'un plasma capturé par collision dans une bouteille magnétique à miroirs

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Submitted on 1 Jan 1965

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Comportement d’un plasma capturé par collision dans une bouteille magnétique à miroirs

J. Jacquinot, C. Leloup, J.P. Poffe, F. Waelbroeck

To cite this version:

J. Jacquinot, C. Leloup, J.P. Poffe, F. Waelbroeck. Comportement d’un plasma capturé par col- lision dans une bouteille magnétique à miroirs. Journal de Physique, 1965, 26 (8-9), pp.445-446.

�10.1051/jphys:01965002608-9044500�. �jpa-00205992�

445.

COMPORTEMENT D’UN PLASMA CAPTURÉ PAR COLLISION DANS UNE BOUTEILLE MAGNÉTIQUE ^{A MIROIRS}

Par J. JACQUINOT, ^C. LELOUP, ^{J. P. POFFÉ et F.} WAELBROECK,

Association EURATOM-C. E. A.

la Fusion, Fontenay-aux-Roses, ^Seine.

Résumé. 2014 Dans la bouteille magnétique à miroirs de l’expérience Bille-en-Tête A, ^le plasma

est stable et la décroissance de l’énergie confinée est due à

diminution de la température. ^Le plasma froid, ^situé

delà des miroirs semble responsable ^de

^{deux effets.}

Abstract. 2014 In the magnetic mirror bottle of the

Bille-en-Tête A

experiment, ^the plasma

is stable and the decrease of the confined energy ^is due to

temperature decrease. The cold

plasma ^situated beyond the mirrors seems to be responsible of these two effects.

LE JOURNAL DE

PHYSIQUE ^TOME 26, AOUT-SEPTEMBRE 1965,

D ans l’expérienceBille-en-Tête A [1], ^{deux canons}

a plasma ^sans electrodes, ^se faisant face a 230 cm

l’un de 1’autre, injectent axialement une bouff6e de

plasma chacun, ^{dans une bouteille} magn6tique ^à

miroirs. Chaque ^{canon est} constitue d’une vanne

rapide, ^d’une spire ^de pr6ionisation ^{et d’une} spire conique d’accélération, ^{munie d’un} dispositif ^de

court-circuit. (Le ^bane de condensateurs de la spire

deceleration contient, ^au maximum, ^une energie

de 3 kJ.) ^La valeur faible du rapport ^{distance entre} spire/diamètre (0,24), respectee ^{dans la construc-}

tion de la bouteille magn6tique, assure une tr6s bonne homogénéité ^du champ ^entre les miroirs. Le

champ ^au centre est de 2 000 G (4 ^{000 G aux} miroirs). Le rayon de courbure des lignes ^de force,

a la fronti6re du plasma, ^{est de 50 m.}

Les 6tudes de collisions de bouffées dans un

champ magn6tique homog6ne ^ont montre que l’in- teraction était gouvern6e principalement par les collisions ions-ions. En effectuant une collision de faible efficacit6 dans la bouteille a miroirs, ^{on r6a-}

lise la capture ^{d’un litre de} plasma ^{dont le} temps ^de vie, ^{mesure sur les} signaux diamagnétiques, ^atteint

150 lis (d6croissance d’un facteur 1/e) ; ^aucun deplacement ^radial rapide n’a ete mis en evidence.

Le but des experiences, faites dans ces condi-

tions, ^a ete de determiner le m6canisme par lequel I’energie perpendiculaire ^{contenue dans la bouteille}

d6crolt. Les pertes résultent-elles des

fuites au

miroir _», ^ce qui provoquerait ^une d6croissance de densite a temperature presque constante ? C’est ^ce que pr6voit la th6orie 616mentaire du confinement

en bouteille magn6tique. ^{Nous avons} vérifié, ^en

limitant le volume accessible radialement au

plasma par des obstacles ext6rieurs, que les pertes

radiales (diffusion ^ou instabilités) ^sont peu impor-

tantes.

La temperature ionique ^{Ti et son evolution ont}

ete mesur6es par l’élargissement Doppler ^{de la raie}

4 686 A de He+ ; pour ^ces mesures, 5 % ^{d’He ont}

ete ajoutes ^au D2. L’appareil ^{de mesure se} compose

d’un s6parateur ^{a fibres de} verre, mont6 a la sortie d’un monochromateur ; ^on peut ^{ainsi collecter}

simultan6ment les photons 6mis dans dix bandes

spectrales (ou canaux) ^de 0,19 ^{A de} largeur. ^Avec

nos densités, ^la luminosite de la raie ^est insuffisante pour donner des signaux ^de photomultiplicateur continus ; ^{on ne collecte en effet} qu’une ^centaine

de photons par canal ^en 150 us. La reproductibilite

de nos canons a rendu possible ^une 6tude statis-

tique : ^{nous avons divise le} temps d’observation ^en intervalles de 20 _ps et nous avons trace les profils ^en

additionnant dans chaque canal, pour chaque ^inter-

valle de temps, le nombre de photons compt6s ^sur

une centaine d’experiences. ^{Nous avons vérifié} l’existence, ^de part ^et d’autre de la raie d’une

region ^{de 10 A sans} raie d’émission. Nous sommes

donc certains qu’aucune raie voisine n’est venue

perturber ^{la mesure} d’élargissement Doppler. ^Nous

avons tenu compte pour determiner Ti : du rayon- nement continu, ^{de la} largeur instrumentale, ^{de la}

structure de la raie ^et du bruit des photomulti- plicateurs.

L’evolution de la densite a ete 6tudi6e en

admettant que 1’emission continue observ6e de

part ^et d’autre de la raie provient uniquement ^du rayonnement ^de freinage ^et des recombinaisons par collision binaire. Dans ces conditions, l’intensit6 lumineuse continue est proportionnelle ^{au carr6 de la}

densite. La constante de proportionnalite ^est a peu

pres ind6pendante ^{de la} temperature ^6lectroni-

que Te, quand ^{Te est} comprise ^{entre 5 et 300 eV} [2].

Les resultats de ces mesures sont présentés ^sur

la figure : ^{Ti d6crolt} rapidement ^a partir ^d’une

valeur initiale que l’on peut estimer, par ^extra-

polation, ^{a 8 X 105 OK. Au} contraire, la densite est 16g6rement croissante (25 % d’augmentation ^au

cours des 100 premi6res microsecondes).

Sur la troisi6me courbe de la figure, ^{nous avons} compare les resultats precedents ^{a un} signal ^de

boucle magn6tique, proportionnel ^au produit ni(Ti + Te) ; ^le premier point ^{est ajust6 car ni}

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01965002608-9044500

446

FIG. 1.

1rP courbe : Evolution de la densite ni

mesur6e spectroscopiquement.

^{2e courbe :} Évolution de la temperature ionique Ti ^mesur6e spectroscopiquement.

-

3e courbe : Comparaison ^d’un signal diamagn6tique

avec

les valeurs discrètes du produit ni ^{Ti mesurees.}

n’est connu qu’en ^unites relatives, ^{les autres} points

sont en tres bon accord avec la courbe. Cette concordance ne s’explique que si TilTe ^{est cons-}

tant ou si T e « Ti pendant ^la p6riode observ6e ;

ces conditions sont presque certainement satis- faites au cours de ces experiences.

Nous estimons que la d6croissance de Ti ^et la stabilite de la colonne ^sont dues a la presence ^de plasma ^{froid et assez dense au} dela des miroirs de la bouteille. Ce plasma ^est form6 par la partie ^des

bouff6es qui n’a pas ^ete captur6e ^{lors de la} collision,

et qui ^a heurte les parois ^{de verre un} peu ^au dela des miroirs. Si la mobilite des electrons du plasma

froid est suffisante pour annuler les champs ^6lee- triques capables de provoquer la croissance d’insta- bilit6s en flute, ^{elle aura} aussi tendance a r6duire les potentiels ambipolaires ^resultant du confine- ment initial des ions dans la bouteille. Les pertes

par conductibilité thermique deviennent alors

importantes.

Une deuxi6me cause de refroidissement peut pro- venir des 6changes d’energie des electrons avec le monde ext6rieur, a condition que le transfert

d’energie electron-ion soit rapide, ^ce qui ^{est le cas} 1 orsque les electrons restent froids.

D’autres m6canismes comme 1’6change ^de charge,

le pompage ionique ^{et les} pertes d’6nergie par

rayonnement, ^ne peuvent jouer ^{dans nos conditions} qu’un role secondaire. Les calculs montrent que le flux de chaleur s’echappant ^des miroirs du fait des conductibiIités ioniques ^et électroniques, ^{est suffi-}

sant pour rendre compte de la d6croissance obser- vee de Ti.

Dans la nouvelle experience appel6e ^Bille-en-

T6te B, ^nous esp6rons ^r6duire considérabIement les effets dus au plasma ^{froid en} augmentant ^{la dis-}

tance entre les miroirs et les reg ons ^{ou les} lignes ^de

force sortant du plasma interceptent ^la paroi (cette

distance est de 250 cm).

BIBLIOGRAPHIE

[1] JACQUINOT (J.), ^LELOUP (C.), ^POFFÉ (J. P.) ^{et WAEL-}

BROECK

(F.), Rapports EUR-CEA-FC nos 273, 274, octobre 1964.

[2] ^LUKYANOV (S.) et SINITSIN (V.), Proceedings ^{2nd Conf.}

PUAE, 1958, 32, ^358.