1.2.4 Schéma de compression de flux utilisé au CEG

Figure: principe général de la compression de flux: configuration avant et après fermeture du gap d'injection du courant secondaire

La compression de flux étudiée au CEG est de géométrie cylindrique (voir figure 2.4): un cylindre de plasma implose en compressant un flux initial. Le cylindre de plasma (appelé liner) est créé par l'explosion de fils parcourus par le courant électrique d'un générateur primaire, qui sert aussi à la compression de ce cylindre par les forces de Laplace (de façon très similaire à l'implosion d'un pinch à base de couronne de fils). Un générateur secondaire initie un flux magnétique dont l'injection se termine lorsque le cylindre de plasma constituant le liner passe devant le gap d'injection; c'est le moment du crowbar. Le crowbar désigne donc l'instant où le gap d'injection du générateur secondaire se bouche par du plasma issu du liner et où le champ magnétique se fait piéger dans la boucle secondaire. On peut alors comprimer le flux contre un barreau central, et ajouter éventuellement une inductance morte au dessus du barreau afin de générer de fortes pressions sur ses parois. Il est aussi possible d'ajouter dans le circuit dans lequel circule le courant que l'on amplifie un pinch, afin d'utiliser les forts courants produits et le faible temps de montée pour obtenir une bonne compression du pinch. Sur la coupe du dispositif donnée en figure 2.5, on se rend compte que deux flux magnétiques (à travers deux surfaces différentes) peuvent être comprimées: $\Phi_z$ et $\Phi_{\theta}$ (respectivement dans les plans $(r,\theta)$ et $(r,z)$). La compression de $\Phi_z$ ne se produira généralement que comme un effet annexe^1.6: c'est le champ magnétique stabilisateur $B_z$ qui subit une compression dont la loi de variation est en $1/R^2$ (voir la référence [60] et la section 2.2.1.5). Par contre, la compression de $\Phi_{\theta}$ est l'effet principalement recherché, car cela correspond à une amplification d'un courant $I_2$ selon une loi en $\frac{1}{\ln{(r)}}$, du fait de la forme des inductances:

$$L_i = \frac{\mu_0}{2 \pi} h \ln \Bigl( \frac{R_{ext}}{r_{int}} \Bigr)$$

Figure: principe général de la compression de flux: coupe

Le cylindre de plasma est créé à partir d'une couronne de fils (habituellement de l'aluminium ou du tungstène), qui explosent sous l'effet du passage du courant délivré par les générateurs. Deux générateurs différents ont été utilisés pour les expériences de compression de flux du projet Syrinx : le générateur ECF , dans sa première version ECF1 ou dans sa version plus récente et plus puissante ECF2 , installé au Centre d'Études de Gramat. Ce générateur délivre un courant de l'ordre de $3$ à $8 \, \mathrm{MA}$ en $1 \, \mathrm{\mu s}$. Le second générateur utilisé est le générateur Pbfa2z , appellé Z , des Sandia National Laboratories, au Nouveau Mexique. Il délivre $15$ à $20 \, \mathrm{MA}$ en $100 \, \mathrm{ns}$. L'étude concerne donc deux régimes temporels et énergétiques différents, associés à deux générateurs différents.

Enfin, ces deux régimes sont associés à des sens relatifs des courants primaire et secondaire différents: sur Z , le primaire et le secondaire circulent dans le même sens dans le liner, alors que sur ECF , primaire et secondaire circulent en sens opposé dans le liner (voir en section 2.3.2.3 page ce que cela implique pour l'efficacité du schéma).

Notes

... annexe^1.6

Une exception notable est l'usage d'une hélice comme barreau central, qui crée les deux composantes simultanément et bénéficie de l'amplification des deux.