| 研究課題/領域番号 |
21K03517
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分14020:核融合学関連
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| 研究機関 | 核融合科学研究所 |
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研究代表者 |
佐竹 真介 核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (70390630)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
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| キーワード | 不純物輸送 / 新古典輸送 / 多目的最適化 / ガウス過程回帰 / ベイズ最適化 / 機械学習 / 核融合炉 / MHD安定性 / 最適化配位 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
核融合炉の定常運転を目指す上で、不純物イオンの蓄積を抑制する必要がある。ヘリカル磁場装置では電子とイオンの温度がほぼ等しい場合、新古典輸送理論から予測される径電場が負になると想定され、負電場によって高Zイオンほどプラズマ中心に輸送されることが懸念されていた。しかし、荷電粒子の大域的ドリフト運動を正しく解く新古典輸送計算により、電子とイオンの温度が同程度でも、正の両極性電場ができることが示唆されている。本研究では、磁場配位を最適化することで、正の両極性電場ができやすく、不純物の蓄積が抑制できる条件を研究し、それを機械学習でモデル化することで、核融合炉の最適化配位設計を目指す。
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| 研究実績の概要 |
プラズマ中の不純物輸送の新古典輸送解析に関して、以前実施したLHDの実験結果について詳細にシミュレーションで解析を行った。１回の放電において、時間と共にプラズマ中心の炭素不純物が減少するケース（不純物ホールプラズマ）と、似たような放電で炭素の吐き出しが起こらないケースについて、観測された温度密度分布を入力とした新古典シミュレーションで径電場分布と炭素粒子束の時間変化を評価した。不純物ホールプラズマの方が、時間と共に正の径電場の領域が周辺から中心に向かって拡大し、これが周辺での炭素粒子の吐き出しに寄与している。一方、中心付近では炭素粒子フラックスは内向きであり、新古典輸送だけでは不純物ホールを説明できなかった。しかし、不純物ホールプラズマでは炭素フラックスは内向きでも値としては非常に小さく、吐き出しが起こらなかった場合の1/4以下であったことから、内向きの新古典輸送が弱まった状況で、さらに他の要因による外向きの炭素フラックスと合わさって不純物ホールが形成されたと考えられる。
これらの計算結果は、磁気面上の静電ポテンシャル非一様性を入れない計算結果であった。以前の研究で、不純物ホール現象において静電ポテンシャル非一様が不純物輸送の大きさに影響を与えることを発見したので、今回もそのような計算を行う予定だったが、利用しているスーパーコンピュータのOSを入れ替えて以降、これまで発生しなかった計算途中での原因不明のクラッシュが頻発するようになってしまい、年度中にこの問題を解決することができなかった。
このため、科研費の終了年度を一年延長してプログラムの問題解決を行ったのちに、研究を続きを行う事にした。
また、最適化研究に関してはガウス過程回帰とベイズ最適化を組み合わせた最適化配位探索法の構築が進んだので、この手法を2025年度のLHD最終実験の実験提案に活かす予定である。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
3: やや遅れている
理由
原因不明のクラッシュがシミュレーション中に頻発するようになってしまったため。
また、研究所において新しいスーパーコンピュータの導入・運用に関わる業務の担当者となり、その業務に時間を割かれるようになってしまい以前より研究に割り当てられる時間が減ってしまったため。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度、７月にスーパーコンピュータの入れ替えがあるので、原因不明のクラッシュの解決は新しいスパコン導入後に行うことにする。去年やりかけになってしまったシミュレーションによる不純物ホール現象のシミュレーションを問題解決後再開する。
機械学習による最適化配位探索法は今年度中に完成が見込める。不純物の蓄積が起こりにくい、径電場が正になりやすい磁場配位をこのフレームワークを用いて探索する予定である。
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