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2018 年度 実績報告書

原型炉制御に向けたデータ同化法による核融合燃焼プラズマフォーキャストコードの開発

研究課題

研究課題/領域番号 16K06948
研究機関国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

研究代表者

小関 隆久  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 核融合炉システム研究開発部, 次長(任常) (50354577)

研究分担者 林 伸彦  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, グループリーダー(定常) (10354573)
内藤 磨  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, 上席研究員(定常) (30354575)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードデータ同化 / カルマンフィルター / プラズマシミュレーション / 核融合炉 / ナビゲーション / 推定
研究実績の概要

核融合炉における炉心プラズマ制御のため、観測されたプラズマデータをリアルタイムで逐次同化することにより、シミュレーションにおける不確定なプラズマモデルのパラメーターを、観測値(真値)に向けて更新するプラズマ予測(フォーキャスト)モデルを導出した。当モデル基づいた計算コードを開発し、逐次プラズマパラメータを観測値(真値)へ修正し、近未来をフォーキャストできる可能性を示した。
データ同化を行うシステムモデル(xt=Ft x(t-1)+vt)は、プラズマ熱・粒子輸送方程式に基づく、プラズマ電子の熱輸送モデルとし、プラズマ電子温度の逐次観測データの観測モデルを作り、カルマンフィルターを用いたシミュレーションモデルを開発した。システムモデルにおける変数xtは時刻tにおけるプラズマ電子温度Te及び熱拡散係数χeの小半径方向の空間分布からなる行列とし、熱輸送係数の不確かさから、システムノイズ(vt)を決めることとした。観測モデルを(yt=Ht xt+wt)とする。ここで、ytは観測される変数の行列であり、wtは観測時のノイズである。ここで、変数xtは、より少ない観測点ytで求められることに特徴がある。輸送方程式は非線形であるが、極近い未来を予測すると仮定して、線形化及び離散化を行い、逐次推定するモデルを導いた。異なる輸送モデルによって求めた電子温度を真値と仮定し、ノイズを加えて観測データとした。この観測データと上記推定モデルを用いて、データ同化のシミュレーションを行った。その結果、径方向計算空間点50に対して観測点5のモデルにおいて、440回程度の繰り返し計算の後(t=0.35)に、不確定パラメータχeがほぼ真値を推定することに成功した。この成果は、核融合炉プラズマのフォーキャストの実行可能性を示すものである。

  • 研究成果

    (1件)

すべて 2018

すべて 学会発表 (1件)

  • [学会発表] データ同化法による核融合プラズマフォーキャストに向けたシミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      小関隆久,内藤磨,林伸彦
    • 学会等名
      第12回核融合エネルギー連合講演会

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公開日: 2019-12-27  

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