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2018 年度 実績報告書

プラズマの外部摂動磁場に対する応答のモデル化と可視化技術をつかったその実験的検証

研究課題

研究課題/領域番号 26249144
研究機関核融合科学研究所

研究代表者

大舘 暁  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (00270489)

研究分担者 鈴木 康浩  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (20397558)
山本 聡  京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教 (70397529)
河村 学思  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (70509520)
榊原 悟  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (90280594)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2019-03-31
キーワード磁気島 / トモグラフィー
研究実績の概要

トーラスプラズマを対称な2か所の位置より観測することで、トロイダル方向に不均一な変形を検出し、トーラスプラズマの磁場構造とその変化を検出することを目的として研究を行った。米国のDIII-Dトカマクにおいて、互いに120度離れた位置からのデータを用いて、プラズマの磁場の内部構造(m/n = 2/1, 3/1 4/1の磁気島の重ね合わせ)の検出に成功した。当初は2点でのイメージの差分に着目したが、データの精度が高く局所データの再構成(逆変換)が可能であると考え、逆変換の手法の開発に注力した。現在の計測における逆変換の難しさの原因の一つは視野の狭さにある。2台のカメラは設置位置の関係でプラズマの下部の一部しか観測していない。このような状況に有効な手法として、プラズマの摂動を大域的なパターンの線形和として表現し、各項の係数を実験データから決定するという手法が考えられる。核融合研究の初期から使われていた技法であり、当時は直交性が保証されるパターンを使って、最小二乗推定によって係数の決定を行っていた。近年急速に発展しているスパースモデリングを用いれば、厳密に直行しないパターンを使っても展開係数の決定を行うことができる。旧来のフーリエ・ベッセル展開を使った展開手法と、斎藤のラプラシアン固有関数を使った級数展開を、DIII-Dのような非円形トカマクや、ヘリカルプラズマのような円形から遠い形状を持つプラズマに対して試みた、核融合プラズマでよく観測されるような構造、例えば磁気島的な構造をどちらもよく表現できることが分かった。
このような展開法を使って接線方向からトーラスプラズマを観測した画像を使用して、断面像への逆変換を行うことができるかについて数値テストを行い、L1正則化を用いることで、視野が限られる場合にも、ノイズは大きくなるものの再構成は十分可能であることをたしかめることができた。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Experimental examination of a method to estimate temporal effect by neutrons and γ-rays on scintillation light in scintillator-based soft x-ray diagnostic of experimental advanced superconducting tokamak and large helical device2019

    • 著者名/発表者名
      Bando T.、Ohdachi S.、Zhou R. J.、Zhong G. Q.、Yuan Y.、Hu L. Q.、Ling B. L.
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 90 ページ: 013507~013507

    • DOI

      https://doi.org/10.1063/1.5054325

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct Measurements of Internal Structures of Born-locked Modes and the Key Role in Triggering Tokamak Disruptions2019

    • 著者名/発表者名
      X.D. Du, M.W. Shafer, Q.M. Hu, T.E. Evans, E.J. Strait, S. Ohdachi, and Y. Suzuki
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: in press ページ: -

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Tomographic Inversion Technique Using Orthogonal Basis Patterns2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi OHDACHI, Satoshi YAMAMOTO, Yasuhiro SUZUKI, Shishir PUROHIT, and Naofumi IWAMA
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: in press ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Excitation of helically-trapped-energetic-ion driven resistive interchange modes with intense deuterium beam injection and enhanced effect on beam ions/bulk plasmas of LHD2018

    • 著者名/発表者名
      Bando T.、Ohdachi S.、Isobe M.、Suzuki Y.、Toi K.、Nagaoka K.、Takahashi H.、Seki R.、Du X.D.、Ogawa K.、Ido T.、Shimizu A.、Ozaki T.、LHD Experiment Group
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 58 ページ: 082025~082025

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1741-4326/aac699

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Magnetic Island detection using dual tangential soft X-ray imaging system on magnetically confined devices2018

    • 著者名/発表者名
      Ohdachi, Satoshi and Du, Xiaodi and Shafer, Morgan and Suzuki, Yasuhiro and Evans, Todd
    • 雑誌名

      APS Meeting Abstracts

      巻: - ページ: -

    • オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Magnetic Island detection using dual tangential soft X-ray imaging system on magnetically confined devices2018

    • 著者名/発表者名
      Ohdachi, Satoshi and Du, Xiaodi and Shafer, Morgan and Suzuki, Yasuhiro and Evans, Todd
    • 学会等名
      American Physical Society, Division of Plasma Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] EXCITATION MECHANISM OF THE ENERGETIC PARTICLE DRIVEN RESISTIVE INTERCHANGE MODE AND STRATEGY TO CONTROL THE MODE IN LARGE HELICAL DEVICE2018

    • 著者名/発表者名
      S. OHDACHI, H. TAKAHASHI, Y. SUZUKI, M. OSAKABE, T. MORISAKI, T. BANDO, K. NAGAOKA, K. Y. WATANABE, K. TOI X. D. DU
    • 学会等名
      IAEA Fusion Energy Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Tomographic Inversion Technique Using Orthogonal Basis Patterns2018

    • 著者名/発表者名
      Satoshi OHDACHI, Satoshi YAMAMOTO, Yasuhiro SUZUKI, Shishir PUROHIT, and Naofumi IWAMA
    • 学会等名
      International Toki Conference
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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