Soutenance de thèse de ADRIEN DA ROS

L'étude des plasmas de tokamak pour la recherche sur la fusion thermo-nucléaire se fait dans un cadre vaste de coopération internationale en vue de l'exploitation d'ITER. Pour cela, nous avons besoin d'instruments capables de mesurer les propriétés importantes des plasmas et notamment la température des électrons et des ions, deux paramètres de premier ordre pour quantifier le bilan énergétique du plasma. La mesure simultannée, par le même instrument, de $T_e$ et $T_i$ est un atout considérable pour la redondance et la validation croisée des mesures sur tokamak. Dans cette optique, un diagnostic de mesure des photons dans la gamme des rayons X-mous a été récemment installé et utilisé sur le tokamak WEST. Cet instrument, appelé spectromètre X à cristaux imageurs (XICS), mesure l'émission de certaines raies d'Ar XVII, d'Ar XVIII et de Fe XXV grâce à trois cristaux interchangeables placés sur une table de rotation. par Le travail présenté ici se focalise sur l'étude du spectre d'Ar XVII dans la gamme de longueurs d'ondes entre 3.93 et 4.00 $si{angstrom}$ (3.1 keV < E < 3.15 keV). Une première partie est dédiée à l'étude de la physique du rayonnement X issu des plasmas de tokamak et à l'analyse des raies spectrales du spectre d'Ar XVII. Puis nous détaillons la conception du diagnostic XICS, les résolutions spectrales et spatiales permises par sa conception, son utilisation en campagnes expérimentales et les spectres obtenus. Cet instrument de mesure nous permet de mesurer les températures électroniques et ioniques dans les plasmas de WEST, $T_{e, max} approx$ 5 keV et $T_{i, max} approx$ 2 keV. Un défaut de fabrication des cristaux de Bragg est idenfifié provoquant un dédoublement des raies mesurées. Une solution simple est apportée pour y remédier en cachant une moitié du cristal utilisé face au plasma. par À partir des mesures de spectres, des propriétés intrinsèques des plasma sont caractérisées, comme des profils de températures électronique et ionique en accord avec les résultats d'autres diagnostics. L'identification de certaines raies spectrales issues de différents états d'ionisation du Tungstène permet de réaliser un transfert d'étalonnage avec un diagnostic UV mesurant des raies des même états d'ionisation du Tungstène et de déduire des densités et concentrations de Tungstène, en plus de ceux d'Argon pour une décharge plasma typique de WEST ($c_{Ar^{16+}} approx 8 times 10^{-5}$ et $c_{W^{44+}} approx 1 times 10^{-4}$). Des perspectives quant à de futurs travaux à effectuer avec cet instrument sont également exposés, en lien avec les résultats montrés tout au long de cette thèse. Mots clés: Tokamak, Spectroscopie X, Argon, Tungstène, Physique atomique, Diffraction de Bragg}

The study of tokamak plasmas for thermonuclear fusion research is being carried out within a large framework of international cooperation for the future ITER operation. To achieve this, we need instruments capable of measuring important plasma properties such as electron and ion temperatures, two key parameters for quantifying plasma energy balance. Simultaneous measurement of $T_e$ and $T_i$ by the same instrument is a considerable advantage for redundancy and cross-validation of tokamak measurements. With this in mind, a diagnostic instrument for measuring photons in the soft X-ray range was recently installed and used on the WEST tokamak. This instrument, called the X-ray Imaging Crystal Spectrometer (XICS), measures the emission of certain Ar XVII, Ar XVIII and Fe XXV lines using three interchangeable crystals placed on a rotating table. par The work presented here focuses on the study of the Ar XVII spectrum in the wavelength range between 3.93 and 4.00 $si{angstrom}$ (3.1 keV < E < 3.15 keV). The first part is devoted to studying the physics of X-rays in tokamak plasmas and analysing the spectral lines of the Ar XVII spectrum. We then detail the design of the XICS diagnostic, the spectral and spatial resolutions enabled by its design, its use in experimental campaigns and the spectra obtained. This instrument enables to measure the electron and ion temperatures in WEST plasmas, $T_{e, max} approx$ 5 keV and $T_{i, max} approx$ 2 keV. A manufacturing defect in Bragg crystals is identified, causing a line-doubling of the measured lines. A simple solution was found to remedy this by hiding one half of the crystal facing the plasma. par From the spectral measurements, intrinsic properties of the plasma are characterised, such as the electron and ion temperature profiles in agreement with the results of other diagnostics. The identification of specific spectral lines from different Tungsten ionisation stages enables a brightness calibration transfer to be carried out with a UV diagnostic measuring lines of the same Tungsten ionisation stages. We deduce densities and concentrations of Tungsten, in addition to those of Argon for a typical WEST plasma discharge ($c_{Ar^{16+}} approx 8 times 10^{-5}$ et $c_{W^{44+}} approx 1 times 10^{-4}$). Prospects for future work with this instrument are also outlined, in relation to the results presented throughout this thesis. Keywords: Tokamak, X-ray spectroscopy, Argon, Tungsten, Atomic physics, Bragg diffraction}