| Project/Area Number |
19KK0073
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 14:Plasma science and related fields
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
西浦 正樹 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (60360616)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤井 恵介 京都大学, 工学研究科, 助教 (10637705)
矢内 亮馬 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40824743)
關 良輔 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (80581066)
釼持 尚輝 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (80781319)
奴賀 秀男 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (10625429)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2019: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
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| Keywords | プラズマ / 核融合 / 高エネルギー粒子 / 散乱計測 / ミリ波 / トモグラフィー / 深層学習 / 電子サイクロトロン輻射 / GAN / トモグラフィ / 協同トムソン散乱 / 計測 |
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| Outline of Research at the Start |
研究代表者らが培ったミリ波技術を超高周波数分解(Δf ~ 1MHz)DSP受信機に適用し，高ダイナミックレンジ(> 30 dB)化する．次に，スペクトル解析手法にW7Xグループの開発した非等方性を考慮した解析モデルを取り入れる．新受信機に解析手法を適用することで，CTSスペクトルに内在する本質を抽出することを可能にし，従来の高エネルギーイオン計測手法の精度向上のみならず，複数種の燃料イオン計測を可能にする点で先進的である．異なる設計概念に基づいたLHDとW7Xは生成されたプラズマの状態が大きく異なる．そこでの体系的な実験は開発したCTS計測手法の検証に適している．
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合プラズマ中のDT反応で発生する高エネルギーイオン(3.5MeVα粒子)は燃料イオン(D,T)を加熱し，プラズマの自立燃焼を支える．ITERでのα粒子計測はミリ波協同トムソン散乱(Collective Thomson Scattering, CTS)計測を採用したが，開発途上にある．本研究はミリ波CTS計測による核融合プラズマ中の高エネルギーイオンの速度分布関数計測手法の確立を目的とする．
マックスプランクプラズマ物理研究所のステラレータ装置Wendelstein 7-XにデンマークのグループとW7-Xのグループが開発したCTS計測器があり，共同研究を実施してきた．核融合プラズマの自立燃焼に必要な高エネルギーイオンの物理研究と熱・粒子輸送研究を実施するため，2022年2月のW7-Xのプラズマ実験に，西浦，釼持，矢内と東大大学院生Gong，上田が参加した．CTS計測器を使い，電子サイクロトロン輻射(ECE)スペクトルの取得を行った．得られたECEスペクトルからプラズマ乱流による電子温度揺動の解析を行うため，ECEのデータを持ち帰った．また，電子温度揺動は相関ECEシステムを用いた計測が行われており，2つの計測手法で乱流揺動スペクトルのデータの検証を行う．
上田，西浦らは，ダイバータ領域のイオン流のイメージ計測のためのコヒーレンスイメージング計測についても情報収集を行った．
マックスプランクプラズマ物理研究所において，デンマーク工科大，W7-Xのグループと高エネルギーイオンの速度空間トモグラフィ法について相互に情報交換を進めた．また，W7-Xの電子サイクロトロン加熱のグループとLHDにおける電子加熱の現状報告と問題点を改善するための方策を議論した．
CTS計測やECE計測に用いるノッチフィルタに関して国内特許を取得した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
申請当初の予定では，「2021-22年度は，W7Xへ再び西浦，矢内，釼持がW7Xのプラズマ実験に参加し，データ解析を行う．ヨーロッパプラズマ物理会議にも参加し，成果報告を行う．」と考えていた．当初の予定通り進展している．特に，位相空間トモグラフィ法について，速度空間とスペクトル空間との変換が可能であることを示し，日本物理学会で報告している．一方，当初の予定していなかったCTS受信機を使った電子サイクロトロン輻射計測を使った電子温度揺動の相関計測の展開を図り，乱流輸送の新しい展開に進展した．異なる空間位置での相関電子揺動解析から，MHD揺動を捕らえることに成功し新たな研究のシーズとなった．
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| Strategy for Future Research Activity |
CTSスペクトル解析コードの開発に関して，高エネルギーイオンの速度分布関数の解析は引き続き継続する．バルクイオン温度を評価するために，ベイズ理論を用いた多変量解析を行い，イオン温度の評価を実施する．継続作業となるが，W7-XでCTS計測の精度検証を実施する．
LHDとW7Xの高エネルギーイオン解析と制御について，LHD実験にW7Xの研究者を招聘し，実験結果の議論を進める．日本で予定されている国際会議にてデンマークの研究者を招聘し，ITER-CTS計測の進捗について情報交換を行う．
本研究に関連して開発した高性能ミリ波帯ノッチフィルタの国際特許出願を進める．
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