| 研究課題/領域番号 |
21K13904
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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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 |
山口 裕之 核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (90797101)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
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| キーワード | 核融合 / ヘリカル方式 / 最適化 / 遺伝的アルゴリズム / ダイバータ配位 / 自由曲線 / ヘリカル系 / 準対称性 / プラズマ物理 / 準軸対称配位 / 準対称配位 / 新古典輸送 / 高エネルギー粒子 / ダイバータ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
経済的な磁場閉じ込め核融合炉を実現する上で、プラズマの安定性、高い閉じ込め性能、プラズマから流出する粒子と熱を開いた磁力線で壁へ誘導するダイバータ配位での定常運転が成立する条件を見出すことは重要な課題となっている。本研究では、閉じ込め磁場を生成する外部コイルの形状を直接の変量としプラズマの物理特性と装置の工学特性を同時に最適化する、核融合炉設計のための新しい数値的最適化スキームを開発する。従来の最適化では考慮できなかった離散コイル、自由境界平衡、周辺磁場構造を評価関数に組み入れる。スーパーコンピュータも活用した大規模な最適化を実施し、これまでの課題を解決する核融合炉の具体形を提案する。
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| 研究成果の概要 |
外部コイル形状と電流値を変量として核融合炉のプラズマ閉じ込め磁場を数値的に最適化する手法を新たに開発し、ヘリカル型核融合炉の課題である閉じ込め改善と電磁流体的（MHD）安定性の両立、そしてダイバータ配位を実現するコイルおよび磁場配位の探求を行なった。連続ヘリカルコイルの形状を3次B-spline曲線で表現し最適化することにより、新古典輸送とMHD安定性の改善された先進的磁場配位において、ダイバータレグ状の磁力線構造を生成可能であることを示した。また、最外殻磁気面外側の磁力線構造を最適化に取り入れ、ブランケットスペースを確保しつつ新古典輸送および安定性を改善するヘリカルコイルを構築した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
従来、核融合炉の設計は少数のコイル形状パラメータの調整あるいは磁気面フーリエモードの数値最適化によって行われていた。本研究ではコイル形状を最適化の直接の変量とすることで、これまでの核融合炉設計手法では不可能であった、工学特性と物理特性の同時最適化を世界で初めて可能とした。また、遺伝的アルゴリズムを応用した核融合炉設計の有効性を示した。その成果として得られた新たなコイル形状は、将来の核融合炉で必須となる高性能プラズマの閉じ込め、熱・粒子制御、燃料生産の同時達成という挑戦に向けた新たな経路を開くものである。
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