2019 Fiscal Year Research-status Report

Thermal transport modelling of fusion plasmas based on large-scale transport analyses database

Research Project

Project/Area Number	19K03797
Research Institution	National Institute for Fusion Science
Principal Investigator	横山雅之核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (60290920)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	山口裕之核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (90797101)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	核融合プラズマ / 熱輸送 / 統計モデリング / 赤池情報量規準
Outline of Annual Research Achievements	核融合科学研究所の大型ヘリカル装置（LHD）の高イオン温度プラズマの熱輸送係数の統計手法（Log-linear多変量回帰分析）によるモデリング研究を進めた。従前のイオン熱輸送係数のみならず、電子の熱輸送係数に関する考察も進め、イオン・電子双方の温度分布を再現することを目的とした研究段階へと進んだ。「モデル検証」の観点から、イオン・電子熱輸送係数について得られた回帰式を用いた温度分布再現計算を行ったところ、実験観測との差異２割程度の範囲内で温度分布を再現できることを確認し、この手法の有用性を示すことができた。さらに、物理的理解との関連を意図した方向性として、半径位置ごと（プラズマ中心部、プラズマ周縁部など：プラズマ加熱分布や電子温度/イオン温度比の違いなどの差異あり）のモデリングを指向する取り組みを行った。具体的には、用意した説明変数候補の中から赤池情報量規準を用いた重要変数の「自動」抽出（従前は変数の逐次増加法で情報量規準への寄与の大小を見ていたが、今回は全ての組み合わせの全状態探索を実行）を行った。その結果、（１）イオン・電子ともに、熱輸送の大小を規定する規格化温度勾配長が「自動」抽出され、しかも、プラズマ中心部ほどその負べきが大きい、（２）電子温度/イオン温度比も「自動」抽出され、その正べきは、イオン熱輸送係数では中心部に向かうほど大きくなり、電子熱輸送係数におけるべき数はイオン熱輸送係数におけるものよりも小さい（実験現場における認識とも一致、大規模乱流シミュレーションの結果整理への重要な示唆）などの知見を得た。これらの内容についてNUCLEAR FUSION誌への投稿論文をまとめた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 創案期であった統計的手法に基づく核融合プラズマの熱輸送モデリングについて、核融合研究コミュニティにおける認知度、統計の専門家との議論などを通じて、妥当な記述ができること、さらに、温度分布を一定程度再現できることを示すことに成功し、それらについて核融合に関する英文誌への投稿論文をまとめることができたため。
Strategy for Future Research Activity	大型ヘリカル装置の特定の放電シナリオに関するモデリングを進めてきたが、高電子温度、高密度などの放電データベースに関する取り組みに拡張していく。これにより、放電シナリオに依存しない、一般的な統計モデルの導出とその妥当性検証を行う。また、現状、あるタイミングでの温度分布再現計算にとどまっているが、最近、核融合プラズマ解析への導入が進展したデータ同化手法の「初期参照モデル」として本アプローチを用い、「統計モデリングとデータ同化」の相乗によって、核融合プラズマの熱輸送に関する記述、理解、予測性能の向上を目指す。
Causes of Carryover	新型コロナ感染症拡大予防ため、2020年に入ってから予定していた研究打ち合わせや研究集会への参加をキャンセルしたため。翌年度分は、社会情勢を見ながら、研究打ち合わせや研究集会のための旅費や、現在投稿間近の成果に関する論文投稿料などに使用する計画である。