Elucidation of Determination Mechanism of Internal Transport Barrier Position and Control of Plasma Pressure Profile by Edge AI

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本研究の目的は、核融合炉実現のために重要な高性能プラズマの高速かつ高精度な分布制御手法を確立するため、(a)輸送障壁の位置決定機構を体系的に明らかにし(輸送障壁の位置決定機構の解明)、(b)位置決定に重要なプラズマパラメータの制御を介してプラズマ圧力分布を実時間制御するシステムを開発・実証する(輸送障壁の位置制御手法の開発・実証)ことである。令和4年度は(a)及び(b)に関連してそれぞれ以下の研究を実施した。【a. 輸送障壁の位置決定機構の解明】大型ヘリカル装置における電子内部輸送障壁（e-ITB）崩壊時の熱雪崩現象において、熱パルスに先行して伝搬する乱流パルスを初めて観測した。乱流パルスと熱パルスは、e-ITBのフット付近で発生し、拡散時間よりもはるかに短い時間で周辺部まで伝播することが確認された。乱流パルスの伝搬速度は約10km/sで、1.5km/sで伝搬する熱パルスの伝搬速度より速い。熱パルスの伝搬速度は理論予測とほぼ同じであるのに対し、乱流パルスの伝搬速度は理論予測よりも1桁以上速く、非局所輸送の物理に重要な知見を与える。本成果は、予兆となる乱流を観測することで、プラズマの温度変化を予知できる可能性があることを示している。今後、これを基に、プラズマの温度をリアルタイムで制御する手法の開発が期待される。本研究成果は国際誌に掲載され、核融合科学研究所にてプレスリリースを行い、第17回日本物理学会若手奨励賞を受賞した。【b. 輸送障壁の位置制御手法の開発・実証】京都大学村上定義教授、森下侑哉助教（当時博士課程学生）らが開発したデータ同化システムASTIを、本研究で開発を進めているエッジAIを用いた加熱・粒子補給制御システムと組み合わせてLHDプラズマの温度・密度制御に適用することに成功し、統計数理分野においても世界初となるデータ同化による物理現象の制御事例となっている。