This paper presents a detailed study of carbon production and transport from the ergodic divertor (ED) target plates to the plasma core in the Tore Supra tokamak. Adapted experimental and numerical modelling techniques have been used to describe each of the main phenomena in play. Edge electron density and temperature are measured with Langmuir probes. The C II, C III and Hα emission is measured with optical fibres and cameras. The background plasma flow is calculated consistently with the observed recycling pattern by the neutral transport code EDCOLL for the two magnetic connection schemes of interest (short or long connection lengths). 3D Monte-Carlo modelling of carbon near the neutralizer plate (BBQ code) shows that the transport of carbon ions is governed by the friction force in addition to the electric field. Finally, a simplified 3D test particle model is used to estimate the core penetration fraction of carbon. A high value is found for the carbon screening efficiency (fraction of particles that does not penetrate in the plasma core), in the range 95–97% depending on the edge plasma conditions. This value, combined with the calculated carbon influxes, yields the first quantitative estimate of the carbon core contamination during ED operation. The paper shows that the screening of carbon and core contamination are mainly dependent on the carbon source (partially controlled with the ED) and the plasma flow distribution in the laminar region (magnetic topology and particle drifts).
本論文は、Tore Supraトカマクにおけるエルゴディックダイバータ（ED）ターゲット板からプラズマ中心部への炭素の生成と輸送に関する詳細な研究を提示する。関与する各主要現象を記述するために、適応された実験的および数値モデリング手法が用いられている。端部電子密度と温度はラングミュアプローブで測定される。C II、C IIIおよびHα発光は、光ファイバーとカメラで測定される。背景プラズマ流は、関心対象の2つの磁気接続スキーム（短いまたは長い接続長）について、中性粒子輸送コードEDCOLLによって観測されたリサイクリングパターンと整合的に計算される。中性化板近傍の炭素の3Dモンテカルロモデリング（BBQコード）は、炭素イオンの輸送が電場に加えて摩擦力によって支配されることを示す。最後に、簡略化された3Dテスト粒子モデルを用いて、炭素のコア侵入割合を推定する。炭素シールド効率（プラズマコアに侵入しない粒子の割合）については、端部プラズマ条件に依存して95〜97%の範囲で高い値が見出される。この値は、計算された炭素流入量と組み合わせることで、ED運転中の炭素コア汚染の最初の定量的推定値を与える。本論文は、炭素のシールドとコア汚染が、主に炭素源（EDで部分的に制御される）と層流領域におけるプラズマ流分布（磁気トポロジーと粒子ドリフト）に依存することを示す。