Investigation of passive stabilization of plasma position by saddle-coil 3D magnetic field
| Project/Area Number |
21H01061
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
筒井 広明 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (20227440)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野村 新一 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (90401520)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,030,000 (Direct Cost: ¥13,100,000、Indirect Cost: ¥3,930,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
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| Keywords | トカマク / 位置不安定性 / 受動的制御 / プラズマ / 核融合 / positional instability / VDE / saddle coil / tokamak / plasma / サドルコイル / トモグラフィー / 非軸対称 / 再帰的ニューラルネットワーク |
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| Outline of Research at the Start |
発電実証に最も近いトカマク型核融合炉の課題の一つが、プラズマの位置制御である。このプラズマ位置を受動的に安定化させるには、らせん状コイルによる非軸対称磁場を印加することが有効であることが知られているが、トカマク型装置にらせん状コイルを設置することは困難である。我々は初期実験で、複数のサドル型コイルを組み合わせ、そのコイルが作る磁場を印加することで、プラズマの位置を帰還制御なしで安定化できることを発見した。本研究では、その性質が装置に依存しない普遍的なものかどうかを実験、及び、数値解析で調べ、その原理を解明し、核融合炉実現に貢献することを目的としている。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的はトカマク装置に追加したサドルコイルが生成する磁場が、トロイダル磁場を変調させ生じるポロイダル磁場により、トカマクプラズマの垂直位置不安定性抑制を実証し、その物理機構を解明することにある。初年度は、研究室の小型トカマク装置、PHiXを用いた実験結果を国際会議で発表した。この実験結果は、サドルコイルが生成する磁場を印加することでプラズマ放電時間が延びることを示しいる。また、磁気計測から再構成したプラズマ位置や可視光カメラ映像でも、プラズマ垂直位置が維持されていることが観測されている。また、コイルが作る磁場を計算し、磁力線を追跡することで実効的なポロイダル磁場を計算で求めた。同時にその真空磁場中でのトカマク・プラズマの非軸対称平衡配位を標準的な平衡コードであるVMECを用いて計算した。
更に、上下対称な平衡配位に限定されるが、完全導体容器内の非軸対称平衡配位の安定性解析を行った。実験条件とは異なる平衡ではあるが、定性的にはサドルコイルが作る磁場が安定性に寄与することを示すことができた。
また可視光カメラを用いてプラズマ発行分布のトモグラフィー解析を行った。真空容器がステンレス製なので可視光は反射される。何の工夫もせずにトモグラフィーを行うと、真空容器が発光している結果が得られるが、正則化手法を改善することで真空容器の発行を除去し、プラズマ発光分布を得ることができた。
その他に、プラズマ垂直位置を含む種々の計測データを用いて機械学習の手法の一つである再帰的ニューラルネットワークを用いて、プラズマ垂直位置の予測を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
実験装置の制御部分が壊れてしまい、放電実験が行えなかった。既製品ではないので研究室で原因を究明し修理する必要があるが、修理に至らなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
まずは実験を再開するために、故障の原因を特定する。特定できれば必要な部品を調達し、修理し、実験を再開する。
また、それと並行して実験データの解析を行う。また、安定化効果説明するための理論を考案するとともに、証明するための平衡、安定性コードの開発も並行して進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(8 results)
