ＬＨＤにおける３次元輻射計測手法の開発および放射崩壊現象に関する研究

铲运机三维辐射测量方法开发及放射性衰变现象研究

• 批准号: 14J04448
• 负责人: 佐野 竜一
• 金额: $ 1.39万
• 依托单位: National Institute for Fusion Science (2015)The Graduate University for Advanced Studies (2014)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J04448/
• 关键词: イメージング; トモグラフィー; 先験情報; プラズマ計測; 3次元トモグラフィー

本年度は昨年度に開発した赤外線イメージングビデオボロメータ(IRVB)を用いた3次元トモグラフィー計測の改良およびそれについての成果発表を行った。昨年度の研究では3次元のプラズマ輻射分布を視野で積分したIRVB画像から、逆問題の標準線形解法を用いて3次元のプラズマ輻射分布を再現する輻射の3次元トモグラフィー計測開発を行った。しかし、3次元の解空間に対するIRVB画像のデータ数の不足及び、計測器設置位置の制限から来るプラズマを見込む角の制限から、再構成された3次元プラズマ輻射分布に誤差を生じていた。本年度はTikhonovの正則化に先験情報として参照画像を加え拡張し、最構成結果の改善を試みた。拡張したトモグラフィー手法ではプラズマの形状が楕円管状であるという知見を基に、3次元の楕円管関数モデルを再構成毎にIRVB画像に対してフィッティングを行うことで関数モデルから参照画像を作成し、これを先験情報として使用した。このようにIRVB画像に対してフィッティングを行うことにより、同じ関数モデルを用いて時間変化するプラズマを計測する際などの計測対象の変化に対応した参照画像を作成することが可能となった。この参照画像を用いた手法の拡張により、既知の3次元輻射分布を用いた再構成のシミュレーションでは再構成誤差を1割程度低減することに成功した。また、実験データを用いた再構成では全体に散っていたアーティファクト状の構造が低減することで物理的に理解しやすい再構成像を得ることを可能とした。このことから先験情報で拡張したトモグラフィー手法によって3次元トモグラフィー計測が定量的にも定性的にも改善することを確認した。また、この改善した3次元トモグラフィー計測を放射崩壊計測に適用することで、放射崩壊時のトーラス内側輻射の増大を定量的に確認し、その輻射増大にトロイダル方向の異方性があることを突き止めた。

今年，我们宣布了使用去年开发的红外成像视频体计（IRVB）以及这项研究的结果来改进3D断层扫描测量。在去年的研究中，我们从IRVB图像中开发了三维辐射的辐射测量值，从IRVB图像中再现了三维等离子体辐射分布，该分布通过使用逆问题的标准线性解决方案来整合三维等离子体辐射分布。然而，由于IRVB图像中缺少数据的3D溶液空间，并且由于仪器安装位置的限制而导致等离子体发生，因此在重建的3D血浆辐射分布中产生了错误。今年，我们试图通过添加和扩展Tikhonov作为先验信息的标准化来提高最大结构结果，并添加参考图像。基于以下知识：在扩展的断层扫描方法中，血浆形状是椭圆形的管状，通过使用3D椭圆管函数模型在每个重建处拟合IRVB图像，从功能模型创建了参考图像，并将其用作先验信息。通过以这种方式对IRVB图像进行拟合，可以创建与测量目标变化相对应的参考图像，例如使用相同的功能模型测量时间变化的等离子体。通过使用参考图像扩展此技术，我们在使用已知的3D辐射分布的重建模拟中成功将重建误差降低了约10％。此外，使用实验数据的重建减少了分散的类似伪影的结构，从而可以获得物理上易于理解的重建图像。由此，可以证实，随着先验信息的扩展，层析成像方法在定量和定性上都改善了。此外，通过将这种改进的3D断层扫描测量应用于辐射衰减的测量，可以对辐射衰减期间的内圆环辐射的增加进行定量确认，并发现辐射的增加是在圆环方向上的各向异性。

项目成果

Improvement of 3D radiation imaging using Euclidean distance from model phantom in LHD

使用 LHD 中模型体模的欧几里德距离改进 3D 辐射成像

• 发表时间: 2015
• 作者: Ryuichi SANO;Byron J. PETERSON;Masahiro KOBAYASHI;Masaru TERANISHI;Naofumi IWAMA;Kiyofumi MUKAI and Shwetang N. PANDYA;Yuya Ominato and Mikito Koshino;Ryuichi Sano
• 通讯作者: Ryuichi Sano

Development of 3D tomography for radiation measurement using IRVB measurement in LHD

使用 LHD 中的 IRVB 测量开发用于辐射测量的 3D 断层扫描

• 发表时间: 2014
• 作者: 佐野竜一;Byron J. Peterson;小林政弘;向井清史;Shwetang N. Pandya
• 通讯作者: Shwetang N. Pandya

Development of three dimensional tomography for radiation profile measurement using IR imaging video bolometers in LHD

使用 LHD 中的红外成像视频测辐射热计开发用于辐射剖面测量的三维断层扫描

• 发表时间: 2014
• 作者: Ryuichi Sano;Byron J. Peterson;Masahiro Kobayashi;Masaru Teranishi;Naofumi Iwama;Kiyofumi Mukai;Shwetang N. Pandya
• 通讯作者: Shwetang N. Pandya

Reconstruction of 3-D Radiation Profile From 2-D Images Viewed by IR Imaging Video Bolometer With SVD

使用 SVD 从红外成像视频测辐射热计观察到的 2D 图像重建 3D 辐射剖面

• DOI: 10.1109/tps.2014.2330605
• 发表时间: 2014
• 期刊: Plasma Science, IEEE Transactions on (Volume 42 Issue 10)
• 作者: Ryuichi SANO;Byron J. PETERSON;Masahiro KOBAYASHI;Masaru TERANISHI;Naofumi IWAMA;Kiyofumi MUKAI and Shwetang N. PANDYA
• 通讯作者: Kiyofumi MUKAI and Shwetang N. PANDYA

Evolution of radiation structure by three dimensional measurement during radiation collapse in LHD

LHD辐射塌陷过程中三维测量辐射结构的演化

• 发表时间: 2015
• 作者: Ryuichi SANO;Byron J. PETERSON;Masahiro KOBAYASHI;Masaru TERANISHI;Naofumi IWAMA;Kiyofumi MUKAI and Shwetang N. PANDYA;Yuya Ominato and Mikito Koshino;Ryuichi Sano;Yuya Ominato and Mikito Koshino;Ryuichi Sano
• 通讯作者: Ryuichi Sano