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

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本年度は，本計画で開発している閉じ込め配位最適化コードOPTHECSのプラズマシミュレータへの移植をまず完了させた．前年度まで問題となっていたMPI並列コードからの要素コード呼び出しについて，CPU割当の工夫によって適切に実行可能であることが明らかとなったため，予定していた新しいアルゴリズムへの転換は行わないこととした．LHD型の連続ヘリカルコイルに基づく磁場配位について，ブランケット設置スペースの拡張とプラズマ閉じ込め改善の２つの方向性で最適化を進めた．真空磁場に対して磁力線が統計的に振る舞うエルゴディック層の厚みを評価するルーチンを開発した．これをOPTHECSに組み込み，プラズマとコイル中心との距離を増大させる最適化をB-spline自由曲線コイルに対して施すことで，ブランケット設置スペースを10%程度の増大させた配位の構築に成功した．上記の成果を，昨年度の成果と合わせて，国際ステラレータ・ヘリオトロンワークショップにおいて招待講演として発表した．LHD型コイル配位のもう１つの方向性の最適化として，有限ベータ効果を考慮した自由境界平衡に基づき，新古典輸送の低減とMHD安定性の改善を図る最適化を進めた．MHD安定性の指標には回転変換がm/n=1となる有理面における規格化されたMercier indexを用いた．結果として，中心ベータ3-5%においてMHD安定性を同程度に保ちつつ，新古典輸送を改善した配位が得られることがわかった．STELLOPTとのベンチマークについて，比較用のテストケースとして，OPTHECSにより，プラズマ体積全域にわたる磁気井戸を有する周期数２，アスペクト比4.15の新しい準軸対称磁場配位を構築した．この配位はCFQSに比べて極めて高い軸対称性を示すことがわかった．