Soutenance de thèse de ROSHIN SHEEBA

Dans cette thèse, un outil numérique a été élaboré en combinant un code de profils de raies dédié à l’élargissement Stark des raies d’émission de l’hydrogène (transitions lié-lié) dans dans des plasmas avec un autre code développé pour le calcul du continuum de recombinaison produit par les transitions libre-lié et libre-libre. Cet outil permet de modéliser des spectres d’émission complet de la série Balmer de l’hydrogène ou du deutérium pour des conditions de plasmas de divertors de tokamaks et en particulier pour les plasmas recombinants conduisant à un régime de détachement des plasmas de bord. En plus d’élargir les raies, l’environnement plasma a un autre effet sur les atomes d’hydrogène : abaisser le potentiel d’ionisation ce qui induit un avancement du continuum vers les grandes longueurs d’onde. Dans ce travail, ces effets statistiques du plasma sur l’émission des atomes d’hydrogène sont pris en compte en utilisant une approche bien connue, celle dite approche du facteur de dissolution ou encore probabilité d’occupation qui permet la modélisation la dissolution graduelle et lisse des raies discrètes dans le continuum. Selon cette approche, au delà d’un niveau d’énergie critique dépendant des paramètres plasma, les niveaux liés de l’atome sont considérés comme des états libres. En pratique, l’implémentation de cette approche consiste à simultanément étendre le continuum au delà de la limite théorique de la série et la disparition ou transformation partielle ou complète des états liés en états libres. Pour éviter l’usage de données atomiques complexes et lourdes, les profils des raies à n élevés de la série Balmer issues de niveaux supérieurs situés au delà de celui correspondant à la dernière raie résolue (limite d’Inglis-Teller) sont extrapolés du profil de cette dernière. Pour les faibles densités électroniques, les intensités des raies à n élevés de la série Balmer sont calculées en utilisant un modèle collisionnel-radiatif. L’outil numérique ainsi développé a été testé à travers une comparaison avec un spectre expérimental typique de la littérature. Pour des fins d’illustration, l’outil numérique a été utilisé pour prédire des spectres synthétiques pour WEST en utilisant comme données d’entrée des distributions spatiales de la température des neutres ainsi que la densité et la température électroniques simulées par le code de transport Soledge2d-Eirene le long des lignes de visée. Cette approche des diagnostics synthétiques de la spectroscopie des plasmas peut être facilement élargie pour des prédictions efficaces des spectres d’émission des plasmas recombinants pour les futures machines comme ITER et DEMO.

In this thesis, a numerical tool is elaborated by combining a lineshape code for Stark broadened hydrogen emission lines (bound-bound transitions) in plasmas with another code developed for the calculation of the recombination continuum emission due to bound-free and free-free transitions. The tool is intended to model whole Balmer emission spectra emitted by hydrogen or deuterium atoms for conditions relevant to tokamak divertor plasmas with a special focus on recombining plasmas leading to detachment plasma regimes. In addition to broadening the emission lines through Stark effect, the plasma environment affects the hydrogen neutrals by lowering the ionization potential which implies an advance of the continuum towards long wavelengths. Here these statistical plasma effects on the hydrogen emission are retained by using the well known dissolution factor approach also known as the occupation probability approach which allows the modeling of the gradual merging of the discrete lines into the continuum. According to this approach, bound levels are considered as free levels beyond a critical level which depends on the plasma parameters. In practice, the implementation of this approach consists in the simultaneous extension of the continuum beyond the theoretical series limit and the disappearance or transformation of bound levels to free ones. To avoid the use of complex and huge atomic data, profiles of high Balmer lines resulting from levels higher than the one corresponding the last resolved line (Inglis-Teller limit) are extrapolated from the profile of the last resolved line. For the lowest electron densities, the intensities of the high-n Balmer lines are calculated using a collisional-radiative model. The numerical tool was checked through a comparison with a typical experimental spectrum taken from literature. For illustrative purposes, the numerical tool was applied to predict synthetic spectra for the WEST device by using as input data spatial distributions of the hydrogen neutral density and of the plasma electron density and temperature simulated along viewing chords (or lines of sight) by the transport code SolEdge2d-Eirene. This approach of synthetic diagnostics of plasma spectroscopy, can easily be extended for efficient predictions of emission spectra of recombining plasmas of future fusion devices like ITER and DEMO.