2017 Fiscal Year Research-status Report
原型炉制御に向けたデータ同化法による核融合燃焼プラズマフォーキャストコードの開発
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16K06948
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
小関 隆久 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 核融合炉システム研究開発部, 次長(任常) (50354577)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 伸彦 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, グループリーダー(定常) (10354573)
内藤 磨 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, 上席研究員(定常) (30354575)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | データ同化 / シミュレーション / カルマンフィルター / 核融合炉 / プラズマ / 推定 / ナビゲーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合炉における炉心プラズマ制御のため、計測されたプラズマ観測データをリアルタイムで逐次シミュレーションへ同化し、制御可能な時間スケール先のプラズマ状態を推定することを目指して、計算モデルの開発を進めた。
データ同化を行うシステムモデル（xt=Ft x(t-1)+vt）は、プラズマ熱・粒子輸送方程式に基づく、プラズマ電子の熱輸送モデルとし、プラズマ電子温度の逐次観測データから観測モデルを作り、カルマンフィルターを用いたシミュレーションモデルの開発を行った。システムモデルにおける変数xtは時刻tにおけるプラズマ電子温度Te及び熱拡散係数χeiの小半径（ri）方向の空間分布からなる行列とし、熱輸送係数の理論における不確かさから、システムノイズ（vt）を決めることとした。観測モデルを（yt=Ht xt+wt）とする。ここで、 ytは観測される変数の行列であり、 wtは観測時の生じるノイズを元に求めることとした。これらを元にカルマンフィルターのシステムモデルの要素マトリックスの定式化を行った。輸送方程式は非線形性があるが、輸送方程式を時間に対して線形化を行い、小半径riに対する離散化したモデルの定式化を行った。これによって、径方向電子温度分布を逐次推定するモデルを導いた。この成果を、Plasma Conference 2017（姫路、平成29年11月21-24日）にて、「Data assimilation simulation of tokamak plasma」と題して発表した。統計学的手法を用いた研究が散見され、同様の研究手法の情報を得ると共に、核融合炉における制御のナビゲーションとしての可能性について検討を深めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
理論モデルの構築を具体化し、数値シミュレーションに向けてシステムモデル及び観測モデルの離散化を進めた。これにより、シミュレーションコードの具体化に向けて進めることができた。また、ここまでの成果を国際会議にて発表し、モデルの議論を行うことができた。おおむね順調に進んでいると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、導出した離散化モデルをベースに、シミュレーションコードの開発を進める。輸送計算モデルにおけるシステムノイズの検討、及び、実装置で出られた計測データから観測ノイズの検討を行う。シミュレーションコードの開発を進め、シミュレーションを実行し、データ同化の実行可能性を確認する。
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| Causes of Carryover |
（理由）当該年度までは、分担者らとの議論に基づくモデルの構築を行なっていたため、限られた旅費が主な出費となっていた。来年以降は、シミュレーションの実施、結果の整理、学会発表が多くなるため、データ整理及び解析のための物品費、及び得られた成果の発表の旅費がの増加が見込まれるため。
（使用計画）計算結果の整理及びデータ解析を行うサーバ機及び関連備品やソフトの購入に、約50万。学会における成果発表及び研究成果の議論のための旅費に、約80万（３人分）。その他、学会参加費に、数万円の予定である。
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