| Project/Area Number |
22K14026
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
井上 静雄 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂研究所 先進プラズマ研究部, 主任研究員 (80757956)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2024: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2022: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000)
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| Keywords | 核融合プラズマ / 平衡制御 / 制御 / プラズマ平衡制御 |
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| Outline of Research at the Start |
今後の核融合プラズマ研究で、従来型の装置と大きく異なる点は高性能なプラズマを長時間維持する事が求められる点である。本研究では1ショットでプラズマの崩壊を回避しながら様々なプラズマの性質をオンラインで学習し最適な放電計画に獲得する、適応制御手法の開発を目指す。特に、プラズマ高性能化を阻む不安定性：抵抗性壁モードに対し、新たなモード再構築手法とそれに必要な高速の渦電流計算手法を開発し、不安定性をオンラインで学習しながら制御・回避する、適応制御手法を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
トカマク型の磁場閉じ込め配位では燃料となるプラズマをコイルとプラズマ双方が作る磁場によって磁力線のカゴを形成し閉じ込める。閉じ込め性能を表す指 標の一つに、磁気エネルギーに対する燃料プラズマ圧力の比、ベータ値がある。高いベータ値は、コイルが作る磁場で燃料プラズマを効率よく加熱・閉じ込めで きた事を示し、核融合炉の経済性に直結する指標である。つまり核融合発電を目指す上で高ベータなプラズマが求められるが、これを阻む不安定性の中で主要な ものに抵抗性壁モードがある。トカマクプラズマは金属壁において囲まれている。この金属壁が抵抗0の理想導体であれば抵抗性壁モードを生じないが、現実に は有限の抵抗を有する為、プラズマの磁気エネルギーや熱エネルギーを自由エネルギーとして固有モードの形で不安定性が発現する。三次元的に複雑な導体構造 物が不安定性の成長率に寄与する事から理論/シミュレーションによる予測は困難で、従来の装置では多数の実験により様々なプラズマパラメーターをスキャン し、不安定な領域を特定し運転を行っていた。令和5年度は前年度に開発した軸対象な 抵抗性壁モードである垂直位置不安定性の機械学習を用いた予測手法のJT-60SA統合試験運転により実験的に検証した。また本研究に関連した令和4~5年度の研究業績が評価され、IAEA核融合エネルギー会議で口頭発表に選出された。
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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
本研究に関連した令和4~5年度の研究業績が評価され、IAEA核融合エネルギー会議で口頭発表に選出されるなど、高く評価され、本研究により一定の成果が出始めている。開発についても、三次元的に流れる渦電流の計算コードの開発の開発も順調に進展し、抵抗性壁モードの一種である垂直位置不安定性を三次元導体壁に流れる渦電流を考慮しながら計算することに成功した。本研究の核となる渦電流計算コードの開発がほぼ完了し、さらに物理的な方面:垂直位置不安定性の予測・制御に関しても予定より早く論文化し、IAEA核融合エネルギー会議で口頭発表に選出されるなど対外的にも評価がなされたことから当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度開発した三次元渦電流計算コードの高速化や高度化を進める。現時点では壁とプラズマとの自己無頓着な相互作用において、プラズマ側は二次元の フィラメント電流を仮定しているため、モード構造の観点では二次元的なモードしか取り扱うことができない。令和5年度はこれを三次元モードを取り扱い可能 になるように拡張する。また、令和4年度開発した垂直位置不安定性の予測・制御に関しても、オンライン学習の知見を以下し、能動的に振動を励起しながら不 安定性を予測する新アイデアにより更なる予測精度向上を目指す。
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