2021 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of Determination Mechanism of Internal Transport Barrier Position and Control of Plasma Pressure Profile by Edge AI
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21K13901
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
釼持 尚輝 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (80781319)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 核融合 / プラズマ物理 / プラズマ制御 / 内部輸送障壁 / エッジAI |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、核融合炉実現のために重要な高性能プラズマの高速かつ高精度な分布制御手法を確立するため、(a)輸送障壁の位置決定機構を体系的に明らかにし（輸送障壁の位置決定機構の解明）、(b)位置決定に重要なプラズマパラメータの制御を介してプラズマ圧力分布を実時間制御するシステムを開発・実証する（輸送障壁の位置制御手法の開発・実証）ことである。
令和３年度は(a)及び(b)に関連してそれぞれ以下の研究を実施した。
【a. 輸送障壁の位置決定機構の解明】LHDにおける電子内部輸送障壁(e-ITB)の維持・崩壊について、乱流の特性に関する重要な知見を得た[第38回プラズマ・核融合学会年会 若手学会発表賞 正会員部門 受賞、2021]。e-ITBの崩壊時に、プラズマ中で乱流が熱よりも極めて速く移動するという、乱流の新たな特性を世界で初めて発見し、核融合プラズマの乱流の理解が飛躍的に進展した。本成果は、予兆となる乱流を観測することで、プラズマの温度変化を予知できる可能性があることを示している。今後、これを基に、プラズマの温度をリアルタイムで制御する手法の開発が期待される。
【b. 輸送障壁の位置制御手法の開発・実証】予めプログラムされた制御シナリオを用いて、電子サイクロトロン駆動電流および中性粒子ビーム駆動電流の分布を制御することで、磁気島位置を制御し、それによりe-ITBフット位置を制御した。これにより、放電中に指定した位置にe-ITBが形成される圧力分布形状に制御できることを実証した。この知見を元に、実時間でトムソン散乱計測による電子温度・密度分布の情報を取得し、深層学習を用いて電子サイクロトロン加熱システムを制御し、プラズマ放電中に電子サイクロトロン電流分布を制御するエッジAIシステムの開発を進めた。
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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
令和３年度の当初目標は、(a)輸送障壁の位置決定機構を体系的に明らかにし、(b)位置決定に重要なプラズマパラメータの制御を介してプラズマ圧力分布を実時間制御するシステムの開発に着手することであった。
(a)に関して、輸送障壁の維持や性能を制御するパラメータを明らかにし、予めプログラムした制御シナリオにより指定した圧力分布となるような制御を実証した。
(b)に関しては、(a)で得られた知見を元に、圧力分布を制御するために有効なアクチュエータとして電子サイクロトロン加熱(ECH)が重要であることをLHDプラズマにおいて実証し、実時間でECHを制御するためのエッジAIシステムの開発を進めた。
上記２点の研究成果により、本研究課題は概ね順調に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和３年度に開発した電子サイクロトロン加熱制御のためのエッジAIシステムを、LHD実験に適用してプラズマ圧力分布の実時間制御手法を実証する。加えて、LHDプラズマ実験において、近年開発された高性能な計測群により、e-ITBプラズマにおける多様な物理量の計測情報を元に、輸送障壁の位置決定機構に関する知見を深め、圧力分布の制御により効率的なアクチュエーターを探索する。
本研究課題の成果をまとめ、国際論文誌Scientific Reportsに論文を投稿し、核融合科学研究所にてプレスリリースを行う。
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| Causes of Carryover |
物品費に関して、コロナ禍などが原因となり、当該年度に使用予定の半導体製品の発売や納期が当初予定よりも大幅に遅れたため、次年度使用額が生じた。次年度に該当製品が発売され次第、購入予定である。
旅費に関して、研究成果を報告するための学会・研究会参加のための費用として確保していたが、コロナ禍の影響により各種集会が中止・延期されたため次年度使用額が生じた。コロナ禍の状況が改善され次第、学会報告費として使用する予定である。
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[Presentation] 雪崩現象における熱パルスに先行伝搬する乱流パルスの観測2022
Author(s)
釼持尚輝, 居田克巳, 徳澤季彦, 安原 亮, 舟場久芳, 上原日和, D. J, Den Hartog, 山田一博, 吉沼幹朗, 武村勇輝, 伊神弘恵
Organizer
日本物理学会 第77回年次大会
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[Presentation] 熱雪崩現象における乱流パルスの先行伝搬2021
Author(s)
釼持尚輝, 居田克巳, 徳澤季彦, 安原 亮, 舟場久芳, 上原日和, 山田一博, 吉沼幹朗, 小林達哉, 武村勇輝,伊神弘恵
Organizer
第38回 プラズマ・核融合学会 年会
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[Presentation] Isotope effects on formation and sustainment of electron internal transport barrier2021
Author(s)
N. Kenmochi, T. Kobayashi, T. Tokuzawa, R. Yasuhara, H. Funaba, H. Uehara, I. Yamada, K. Ida,M. Yoshinuma, A. Shimizu, M. Nishiura, T. Ido, Y. Takemura, H. Igami
Organizer
5th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics(
Int'l Joint Research / Invited
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