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Simulations gyrocinétiques des plasmas de fusion magnétique

Gyrokinetic simulations of magnetic fusion plasmas

Virginie GRANDGIRARD, Yanick SARAZIN
Simulations gyrocinétiques des plasmas de fusion magnétique
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  • Année : 2013
  • Tome : 39-40
  • Format : Électronique
  • Langue de l'ouvrage :
    Anglais
  • Pages : 91-176

Ce cours présente l'approche gyrocinétique et les différents schémas numériques utilisés dans les simulations pour calculer le transport turbulent dans les plasmas de fusion par confinement magnétique. Les caractéristiques essentielles de la configuration magnétique des tokamaks et des plasmas de fusion sont rappelées. Les élements fondamentaux de la théorie gyrocinétique sont introduits, dont en particulier les équations des trajectoires et l'électro-neutralité. Du point de vue numérique, les trois es de méthodes numériques existantes sont présentées en détail, à savoir Particle-In-Cell, eulerienne et semi-lagrangienne. Leurs propriétés sont discutées, et leurs forces et faiblesses respectives sont passées en revue.

This lecture presents the gyrokinetic framework and details the various numerical schemes used in nonlinear simulations to compute turbulent transport in magnetic fusion plasmas. The basic features of tokamak magnetic configuration and of fusion plasmas are recalled. Fundamental elements of the gyrokinetic theory are carefully introduced, including the derivation of velocity drifts and of the quasi-neutrality. From the numerical point of view, the main focus is put on the three existing es of numerical methods, namely Particle-In-Cell, Eulerian and semi-Lagrangian. Their properties are discussed, and their strengths and weaknesses are exhaustively reviewed.

Théorie gyrocinétique, plasma de fusion magnétique, transport turbulent, semi-lagrangien, Particle-In-Cell, Eulérien, simulations de calcul haute performance.
Gyrokinetic theory, magnetic fusion plasma, turbulent transport, semi-Lagrangian, Particle-In-Cell, Eulerian, high performance computing simulations.