Contrôle temps-réel des instabilités MHD lors des chocs longs de WEST // Real-Time control of MHD instabilities during WEST long pulses

Dans les plasmas de fusion magnétique, les instabilités macroscopiques magnétohydrodynamiques (MHD) à basse fréquence (~1-10 kHz) peuvent dégrader les performances et la stabilité du plasma. Lors des décharges longues sur le tokamak WEST, de tels modes apparaissent fréquemment provoquant une chute de la température centrale, une augmentation de la résistivité, réduisant ainsi les performances et conduisant à une fin prématurée des décharges. Leur détection en temps réel puis l’application de méthodes de stabilisation sont donc essentielles pour l’optimisation des performances de WEST mais aussi en vue des futures machines comme ITER.
Des instruments comme la radiométrie ECE (émission cyclotronique électronique) ou la réflectométrie peuvent mesurer les perturbations de température ou de densité générées par ces instabilités MHD avec une bonne résolution spatiale et temporelle. Toutefois, l’analyse des mesures est actuellement réalisée a posteriori après la décharge. Or, une détection en temps réel est indispensable pour déployer une stratégie de contrôle comme une modification du critère de stabilité MHD. Ce critère MHD est très sensible à une génération locale de courant ou un dépôt de chaleur, processus pour lesquels le système de chauffage ECRH/ECCD (Electron Cyclotron Resonance Heating/Current Drive) est bien adapté.
L’objectif de cette thèse est de développer puis déployer une stratégie de contrôle des instabilités MHD basses fréquence sur le tokamak WEST. L’étudiant commencera par développer la détection en temps-réel de ces instabilités grâce au radiomètre ECE, puis inclura d’autres mesures (imagerie ECE, réflectométrie) pour améliorer la fiabilité et la précision. Différentes stratégies de stabilisation seront étudiées via des outils de modélisation intégrée. L’ECRH/ECCD est l’actionneur de référence, mais d’autres leviers comme une modification temporaire de paramètres plasma (courant, température, densité) seront aussi évalués. Enfin, la stratégie de contrôle sera intégrée au système de contrôle de WEST en commençant par des algorithmes simples avant de tester des approches avancées (réseaux de neurones, apprentissage profond).
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In magnetically confined plasmas, low-frequency (typ. 1-10 kHz) large-scale magnetohydrodynamic (MHD) instabilities represent a risk for performance and plasma stability. During long pulses in the WEST tokamak, deleterious MHD modes appear frequently inducing a drop of central temperature and a higher plasma resistivity that result in lower performances and shorter discharge duration. The real-time detection of such instabilities and the application of mitigation strategies is therefore of great importance for plasma control in WEST but also for future devices like ITER.
These MHD instabilities induce coherent temperature/density perturbations. Instruments like Electron Cyclotron Emission (ECE) radiometer or reflectometrer provide localized, high time resolution of temperature or density fluctuations. However, MHD analysis is currently performed offline, after the discharge. Real-time capability is crucial for control applications. The modes must first be identified before applying a mitigation strategy based on the knowledge of the MHD stability criteria. MHD stability is strongly affected by local heating and current drive, for which Electron Cyclotron Resonance Heating and Current Drive systems (ECRH/ECCD) are especially well suited.
The objective of this PhD is to develop a control strategy for WEST long pulse operation. The first step is the real-time detection of low frequency MHD instabilities using first ECE radiometer, then adding instruments like ECE-imaging or reflectometry to enhance reliability and accuracy. Integrated plasma modelling will then be performed to explore MHD mitigation strategies. ECCD is an obvious actuator, but other tools such as a temporary change of the plasma parameters (current, density or temperature) will also be evaluated. The mitigation strategy will be integrated in WEST Plasma Control System. Initial strategy will rely on simple control loop, then Neural Network or deep-leaning algorithms will be tested.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique
Service : Service de Physique des Plasmas de Fusion
Laboratoire : Groupe Mesures Physiques Plasma
Date de début souhaitée : 01-11-2026
Ecole doctorale : Physique et Sciences de la Matière (ED352)
Directeur de thèse : Sabot Roland
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFM (DRF)//SPPF/GECF

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique
Service : Service de Physique des Plasmas de Fusion

Master en physique des Plasmas / European Master of Science in Nuclear Fusion and Engineering Physics