2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of forecast code of fusion burning plasma by data assimilation method for reactor control
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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 / カルマンフィルター / プラズマシミュレーション / 核融合炉 / ナビゲーション / 推定 |
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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、観測されたプラズマデータをリアルタイムで逐次同化することにより、シミュレーションにおける不確定なプラズマモデルのパラメーターを、観測値（真値）に向けて更新するプラズマ予測（フォーキャスト）モデルを導出した。当モデル基づいた計算コードを開発し、逐次プラズマパラメータを観測値（真値）へ修正し、近未来をフォーキャストできる可能性を示した。
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の観測モデルを作り、カルマンフィルターを用いたシミュレーションモデルを開発した。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χeの小半径方向の空間分布からなる行列とし、熱輸送係数の不確かさから、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は観測時のノイズである。ここで、変数xtは、より少ない観測点ytで求められることに特徴がある。輸送方程式は非線形であるが、極近い未来を予測すると仮定して、線形化及び離散化を行い、逐次推定するモデルを導いた。異なる輸送モデルによって求めた電子温度を真値と仮定し、ノイズを加えて観測データとした。この観測データと上記推定モデルを用いて、データ同化のシミュレーションを行った。その結果、径方向計算空間点50に対して観測点5のモデルにおいて、440回程度の繰り返し計算の後（t=0.35）に、不確定パラメータχeがほぼ真値を推定することに成功した。この成果は、核融合炉プラズマのフォーキャストの実行可能性を示すものである。
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