データ駆動型アプローチによる核融合プラズマの突発的崩壊現象の研究

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19J20641
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 横山 達也 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Keywords: 放射崩壊 / 高密度プラズマ / 大型ヘリカル装置（LHD） / データ駆動科学 / スパースモデリング / EMC3-EIRENE

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では，ヘリカルプラズマの放射崩壊現象に着目し，機械学習による崩壊の発生予知及びスパースモデリングによる現象の特徴の抽出，およびそのプラズマ制御への応用を目指している．本年度は，大型ヘリカル装置（LHD）における放射崩壊現象の発生とその回避の際のプラズマの挙動に着目し，放射崩壊の背景物理について考察を深めた．
前年度までに，LHDにおけるプラズマ実験データに基づいて放射崩壊の発生可能性を定量化し，これを用いた実時間制御により放射崩壊を回避する実験を行った．本年度は，この実験時のプラズマの挙動について議論した．特に，放射崩壊の発生・回避中に径方向電場が作る流れと密度揺動信号に着目し，両者の間にフィードバックループ状の関係が見られることを示した．また，崩壊発生可能性の増大にはプラズマ周辺部の電子温度の低下が大きく影響することから，電子サイクロトロン共鳴加熱（ECH）の入射方向を調整することでより効果的に崩壊を回避できることを実験的に示した．
さらに，放射崩壊の発生過程を解明するため，崩壊可能性が上昇していく時間帯におけるプラズマ中の現象に着目し，周辺プラズマ輸送コードEMC3-EIRENEによるシミュレーションを用いて考察した．実際のプラズマの挙動とシミュレーション結果を比較・検討するために，計測データをシミュレーション上で再現する合成診断を作成した．比較の結果，崩壊へ向かう際に，シミュレーションでは再現できない非線形な現象が発生していることを指摘した．
これまでの成果をまとめ，1件の査読付き論文，1件の国内学会，2件の招待講演を含む4件の国際学会にて発表した．

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Data-driven Control for Radiative Collapse Avoidance in Large Helical Device (2022)
  • Author(s): T. Yokoyama, H. Yamada, S. Masuzaki, B.J. Peterson, R. Sakamoto, M. Goto, T. Oishi, G. Kawamura, M. Kobayashi, T.I. Tsujimura, Y Mizuno, J. Miyazawa, K. Mukai, N. Tamura, G. Motojima, and K. Ida
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 17 Pages: 2402042
  • DOI: 10.1585/pfr.17.2402042
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] データ駆動型アプローチを用いた大型ヘリカル装置における放射崩壊の予知と回避 (2021)
  • Author(s): 横山達也、山田弘司、増崎貴、Byron J. Peterson、坂本隆一、後藤基志、大石鉄太郎、河村学思、小林政弘、辻村亨、水野嘉識、宮澤順一、向井清史、田村直樹、本島厳、居田克巳
  • Organizer: 第38回プラズマ・核融合学会年会
• [Presentation] Characterization and sparse modeling of radiation collapse and density limit in LHD (2021)
  • Author(s): T. Yokoyama, H. YAMADA, MASUZAKI, J. MIYAZAWA, K. MUKAI, B.J. PETERSON, N. TAMURA, R. SAKAMOTO, G. MOTOJIMA, K. IDA, M. GOTO, T. OISHI, AND LHD EXPERIMENT GROUP
  • Organizer: 28th IAEA Fusion Energy Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Data-driven prediction of radiative collapse for avoidance in fusion plasmas (2021)
  • Author(s): T. Yokoyama, H. Yamada, S. Masuzaki, B.J. Peterson, R. Sakamoto, M. Goto, T. Oishi, G. Kawamura, M. Kobayashi, T.I. Tsujimura, Y Mizuno, J. Miyazawa, K. Mukai, N. Tamura, G. Motojima, and K. Ida
  • Organizer: 1st Workshop on Artificial Intelligence in Plasma Science
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Data-driven prediction and control of radiative collapse in stellarator-heliotron plasmas (2021)
  • Author(s): T. Yokoyama, H. Yamada, S. Masuzaki, B.J. Peterson, R. Sakamoto, M. Goto, T. Oishi, G. Kawamura, M. Kobayashi, T.I. Tsujimura, Y Mizuno, J. Miyazawa, K. Mukai, N. Tamura, G. Motojima, and K. Ida
  • Organizer: 5th Asia Pacific Conference on Plasma Physics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Data-driven control for radiative collapse avoidance in Large Helical Device (2021)
  • Author(s): T. Yokoyama, H. Yamada, S. Masuzaki, B.J. Peterson, R. Sakamoto, M. Goto, T. Oishi, G. Kawamura, M. Kobayashi, T.I. Tsujimura, Y Mizuno, J. Miyazawa, K. Mukai, N. Tamura, G. Motojima, and K. Ida
  • Organizer: The 30th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
  • Int'l Joint Research