局所ヘリシティ入射法によるプラズマ立ち上げ時の自己組織化過程の解明

• 研究課題/領域番号: 22K20358
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0202:物性物理学、プラズマ学、原子力工学、地球資源工学、エネルギー学およびその関連分野
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 西澤 敬之 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (00955007)
• 研究期間 (年度): 2022-08-31 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: プラズマ / 自己組織化 / トカマク / トモグラフィ / ガウス過程 / トモグラフィー

研究開始時の研究の概要

LH入射法(局所ヘリシティ入射法)によるプラズマの立ち上げは核融合炉の経済性を高め、商業利用の実現に大きく貢献すると考えられている。LH入射法の有効性は小型のプラズマ閉じ込め装置において実証されてきたが商業用核融合炉に応用するためにはさらなる高性能化を目指す必要がある。本研究ではLH入射法によりプラズマが生成される際のプラズマの温度、密度等のプロファイルを精密計測することでプラズマ立ち上げ 時の物理過程の解明を行い、LH入射の高性能化への指針を示す。

研究成果の概要

中心ソレノイドを用いない経済的なトカマク炉の実現に貢献することを目指し局所ヘリシティ入射法の研究開発を行った。フィラメント状のプラズマを真空容器内に入射することに成功したが研究期間内にトカマクプラズマを生成するには至らなかった。プラズマ銃や電源の改良が必須であることが分かった。一方、本研究課題に関連する設備や手法を応用し誘導方式によるトカマクプラズマの生成、ガウス過程を用いた反転アルゴリズムの開発等の成果を得た。局所ヘリシティ入射に関する研究は若手研究を通じ今後２年間継続する。この期間に従来の目的を達成することを目指す。

研究成果の学術的意義や社会的意義

局所ヘリシティ入射によるトカマクプラズマの生成という目標は達成できなかったが誘導方式によりトカマクプラズマを立ち上げることに成功した。このプラズマを用いて高温磁化プラズマの研究を開始できるため所属する研究チーム全体として今後プラズマ核融合分野の研究の発展に寄与することが期待される。また自己組織化過程の計測を目的として開発したガウス過程回帰によるトモグラフィ解析手法を干渉計データに応用し電子密度分布およびその微分量を推定することに成功した。この成果は将来の核融合炉内の放射線環境下でのプラズマ内部の実時間モニタリグに活用できる可能性がある。

研究成果

• [雑誌論文] Estimation of plasma parameter profiles and their derivatives from linear observations by using Gaussian processes (2023)
  • 著者名/発表者名: Nishizawa T、Tokuda S、Kobayashi T、Tanaka K、Funaba H、Yamada I、Takemura Y、Tokuzawa T、Yasuhara R、Uehara H、Ida K、Takahashi H、Kawachi Y、Inagaki S、Kado S、Sasaki M、Fujisawa A
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 65 号: 12 ページ: 125006-125006
  • DOI: 10.1088/1361-6587/ad074a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] PLATOプロジェクトの現状と今後の展望 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西澤敬之 , 藤澤彰英, 永島芳彦, MOON C., 井戸毅 , 山田琢磨, 糟谷直宏 , 恩地拓己, 小林大輝, 西村大輝, 末継寅英, 山 崎広太郎, 徳沢季彦, 小林達哉, 清水昭博 , PARK J. , 内藤晋 , 宗近洸洋
  • 学会等名: プラズマ核融合学会第40回年会
• [学会発表] ガウス過程回帰に基づく線形観測量を利用した物理パラメータおよびその微分量の空間分布推定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西澤敬之 (九大 応用力学研) , 西澤敬之 (九大 極限プラズマ研究連携セ) , 徳田悟 (九大 情報セ) , 小林達哉 (核融合研) , 小林 達哉 (総合研究大学院大) , 田中謙治 (核融合研) , 船場久芳 (核融合研) , 山田一博 (核融合研)
  • 学会等名: プラズマ核融合学会第40回年会
• [学会発表] Estimation of parameter profiles and their derivatives from arbitrary linear observations by using Gaussian processes (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Nishizawa, S. Tokuda, T. Kobayashi, K. Tanaka, H. Funaba, I. Yamada, Y. Takamura, T. Tokuzawa, R. Yasuhara, U. Uehara, K. Ida, H. Takahashi, Y. Kawachi, S. Inagaki, S. Kado, M. Sasaki, and A. Fujisawa.
  • 学会等名: 7th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ヘリウム線強度比分光を用いた電子密度、温度揺動およびその位相差の計測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西澤敬之
  • 学会等名: プラズマ核融合学会第３9回年会
• [備考] 機械学習を用いたプラズマ分布解析手法を開発
  • URL: https://www-lhd.nifs.ac.jp/pub/Science/Paper_PPCF65-125006.html