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2023 年度 研究成果報告書

外部電流系を変量とした最適化によるヘリカル閉じ込め方式の新領域開拓と課題解決

研究課題

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研究課題/領域番号 21K13904
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分14020:核融合学関連
研究機関核融合科学研究所

研究代表者

山口 裕之  核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (90797101)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
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
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。

自由記述の分野

核融合学、プラズマ物理

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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公開日: 2025-01-30  

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