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

阐明内部传输势垒位置的确定机制以及边缘 AI 控制等离子体压力分布

• 批准号: 21K13901
• 负责人: 釼持 尚輝
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: National Institute for Fusion Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K13901/
• 关键词: 核融合; プラズマ物理; プラズマ制御; 内部輸送障壁; エッジAI; 非局所輸送

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。

The purpose of this study is to establish a high-speed and high-precision distribution control method for the realization of nuclear fusion furnace,(a) to determine the position of transport barrier, and (b) to clarify the system.(Explanation of the position determining mechanism of the transport barrier),(b) Development and implementation of a system that mediates the control of the important position determining mechanism and controls the pressure distribution of the mechanism in real time (Development and implementation of the position control method of the transport barrier). The following studies were carried out in relation to (a) and (b) in 2004:【a. Thermal avalanche phenomenon during electron internal transport barrier (e-ITB) collapse in large-scale transport devices Turbulent flow, e-ITB, near onset time, short duration time, peripheral onset time Turbulent flow velocity is about 10km/s, 1.5 km/s. The theoretical prediction of heat transfer velocity is based on the theoretical prediction of heat transfer velocity. The results of this study indicate that the probability of temperature change is unknown. In the future, we are looking forward to the development of methods to control the temperature of the refrigerator. The results of this research were published in the International Journal and awarded by the Institute of Nuclear Fusion Science.【b. Development and Demonstration of Position Control Method for Transport Barrier Murakami Professor and Assistant Professor Yuya Morishita of Kyoto University (PhD student at that time) The development and application of heat and particle supply control in ASTI, and the combination of heat and particle supply control in LHD were successfully investigated. Examples of control of physical phenomena in the field of statistical and mathematical differentiation were reported.

项目成果

Application of Generative Adversarial Networks for Plasma Diagnostics and Heating Control System

生成对抗网络在等离子体诊断和加热控制系统中的应用

• 发表时间: 2021
• 作者: N. Kenmochi ; M. Nishiura ; Z. Yoshida ; H. Nuga ; T.I. Tsujimura ; Y. Mizuno
• 通讯作者: Y. Mizuno

Calibration of coherence imaging spectroscopy using spectral line sources

使用谱线源校准相干成像光谱

• DOI: 10.1063/5.0043875
• 发表时间: 2021
• 期刊: Review of Scientific Instruments
• 影响因子: 1.6
• 作者: Ueda Kenji;Nishiura Masaki;Kenmochi Naoki;Yoshida Zensho;Nakamura Kaori
• 通讯作者: Nakamura Kaori

磁場閉じ込めプラズマの非局所輸送に関する実験的研究

磁约束等离子体非局域输运实验研究

• 发表时间: 2023
• 作者: Nakamura K.;Nishiura M.;Takahashi N.;Yoshida Z.;Kenmochi N.;Sugata T.;Katsura S.;Howard J.;釼持尚輝
• 通讯作者: 釼持尚輝

ウィスコンシン大学(米国)

威斯康星大学（美国）

Collective Thomson scattering diagnostic with in situ calibration system for velocity space analysis in large helical device

大型螺旋装置速度空间分析的集体汤姆逊散射诊断与原位校准系统

• DOI: 10.1063/5.0079296
• 发表时间: 2022
• 期刊: Review of Scientific Instruments
• 影响因子: 1.6
• 作者: Nishiura Masaki;Adachi Shun;Tanaka Kenji;Kubo Shin;Kenmochi Naoki;Shimozuma Takashi;Yanai Ryoma;Saito Teruo;Nuga Hideo;Seki Ryosuke
• 通讯作者: Seki Ryosuke