適応的なプラズマ制御手法の開発

トカマク型の磁場閉じ込め配位では燃料となるプラズマをコイルとプラズマ双方が作る磁場によって磁力線のカゴを形成し閉じ込める。閉じ込め性能を表す指標の一つに、磁気エネルギーに対する燃料プラズマ圧力の比、ベータ値がある。高いベータ値は、コイルが作る磁場で燃料プラズマを効率よく加熱・閉じ込めできた事を示し、核融合炉の経済性に直結する指標である。つまり核融合発電を目指す上で高ベータなプラズマが求められるが、これを阻む不安定性の中で主要なものに抵抗性壁モードがある。トカマクプラズマは金属壁において囲まれている。この金属壁が抵抗0の理想導体であれば抵抗性壁モードを生じないが、現実には有限の抵抗を有する為、プラズマの磁気エネルギーや熱エネルギーを自由エネルギーとして固有モードの形で不安定性が発現する。三次元的に複雑な導体構造物が不安定性の成長率に寄与する事から理論/シミュレーションによる予測は困難で、従来の装置では多数の実験により様々なプラズマパラメーターをスキャンし、不安定な領域を特定し運転を行っていた。令和4年度は抵抗性壁モードのオンライン学習・リアルタイム制御に向けて、導体壁に三次元的に流れる渦電流の計算コードの開発を進めた。また、軸対象な抵抗性壁モードである垂直位置不安定性の機械学習を用いた予測手法を開発した。成果はNuclear Fusion誌に掲載された。

トカマク型の磁場閉じ込め配位では燃料となるプラズマをコイルとプラズマ双方が作る磁場によって磁力線のカゴを形成し閉じ込める。閉じ込め性能を表す指標の一つに、磁気エネルギーに対する燃料プラズマ圧力の比、ベータ値がある。高いベータ値は、コイルが作る磁場で燃料プラズマを効率よく加熱・閉じ込めできた事を示し、核融合炉の経済性に直結する指標である。つまり核融合発電を目指す上で高ベータなプラズマが求められるが、これを阻む不安定性の中で主要なものに抵抗性壁モードがある。トカマクプラズマは金属壁において囲まれている。この金属壁が抵抗0の理想導体であれば抵抗性壁モードを生じないが、現実には有限の抵抗を有する為、プラズマの磁気エネルギーや熱エネルギーを自由エネルギーとして固有モードの形で不安定性が発現する。三次元的に複雑な導体構造物が不安定性の成長率に寄与する事から理論/シミュレーションによる予測は困難で、従来の装置では多数の実験により様々なプラズマパラメーターをスキャンし、不安定な領域を特定し運転を行っていた。令和4年度は抵抗性壁モードのオンライン学習・リアルタイム制御に向けて、導体壁に三次元的に流れる渦電流の計算コードの開発を進めた。また、軸対象な抵抗性壁モードである垂直位置不安定性の機械学習を用いた予測手法を開発した。成果はNuclear Fusion誌に掲載された。