Understanding of 3-D plasma radiation structure using feature extraction from 2-D image data

使用 2-D 图像数据的特征提取来了解 3-D 等离子体辐射结构

基本信息

批准号：
22K03583
负责人：
向井清史
金额：
$ 2.75万
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 Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03583/
关键词：
画像計測特徴抽出主成分分析非接触ダイバータ放射崩壊

项目摘要

本研究の目的は、輻射画像の特徴抽出を用いる点を特色とし、核融合プラズマ輻射の3次元構造に関する物理機構、特に①非接触ダイバータにおける熱負荷軽減のトロイダル異方性に対する輻射構造の影響及び②放射崩壊における輻射構造の磁場配位依存性を明らかにすることである。令和4年度の研究実績の概要は以下の通りである。①について、大型ヘリカル装置（LHD）に非接触ダイバータ形成のため窒素を入射したプラズマにおいて、ダイバータ熱負荷の減少にトロイダル異方性がみられた場合に生じる、3次元的に局在化した輻射構造の抽出に成功した。輻射の2次元計測として、トロイダル方向26 ch、小半径方向20 ch、計520 chのイメージングボロメータ（IRVB）を用いた。窒素入射時の輻射画像に加え、熱負荷軽減のトロイダル異方性が弱いネオン入射時の輻射画像を入力データとし、主成分分析によって特徴を抽出することで、窒素入射時に特有の局在化した構造を抽出できた。ここで、2次元画像で不足する奥行き方向の情報は、磁力線構造との比較により補った。従来の研究では、トロイダル方向に離散的な計測から、熱負荷軽減のトロイダル異方性が生じた際の輻射構造の3次元局在化が推測されていたが、今回イメージング計測と主成分分析を用いることで、3次元構造を捉えることに成功した。②について、京都大学のヘリオトロンJ装置にIRVBの設置を進めた。IRVB用赤外線カメラとして、FLIR社製A655scを導入することで、従来の撮像速度の4倍の200 Hzでの計測が可能になった。また、赤外線カメラをコイル磁場から保護するとともに、ヘリオトロンJプラズマへの不整磁場の影響を抑えた磁気シールドの設計・製作を行った。さらに、薄膜検出器の大きさを従来の2.4倍の60 mm × 50 mmに大型化した。

这项研究的目的是利用辐射图像的特征提取，并阐明与核融合血浆辐射的三维结构有关的物理机制，特别是1）辐射结构对非接触式脱位的热负荷减少的环形各向异性的影响，以及2）2）磁场对辐射结构的依赖于辐射辐射结构对辐射的磁场协调对辐射的差异。 2022年研究结果的概述如下。关于1，我们成功提取了一个3D辐射局部辐射结构，该结构在减少分流器的热载量的血浆中观察到环形各向异性时，在该血浆中，氮气入射在大螺旋装置（LHD）上以形成非接触式分流器。作为对辐射的二维测量，使用了总计520 CH的成像式横梁（IRVB），其中包括在环形方向上的26 ch和在小径向方向上的20 ch。除了在氮气入射时的辐射图像外，霓虹灯入射时的辐射图像（用于减少热负荷的环形各向异性较弱）被用作输入数据，并使用主成分分析提取特征，从而允许在氮气事故时唯一的局部结构。在这里，通过与磁场线结构相比，补偿了二维图像中缺乏深度方向信息。在先前的研究中，已经推断出在环形方向上的离散测量值是，当发生减少热载荷的环形各向异性时，辐射结构是局部的，但是通过使用成像测量和主成分分析，我们成功地捕获了3D结构。关于②，我们开始在京都大学的Heliotron J设备上安装IRVB。通过将Flir A655SC作为IRVB的红外摄像头引入Flir A655SC，以200 Hz的速度进行测量，是常规成像速度的四倍。此外，我们设计并制造了一个磁性盾牌，该磁场可保护红外摄像头免受线圈磁场的影响，并抑制不规则磁场对Heliotron J等离子体的影响。此外，薄膜检测器的尺寸已增加到60 mm x 50 mm，是常规装置尺寸的2.4倍。

项目成果

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Relation between toroidally asymmetric behavior of divertor heat load and radiation structure in impurity seeded plasmas on LHD

LHD 杂质种子等离子体中偏滤器热负荷环形不对称行为与辐射结构的关系

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Mukai;G. Kawamura;S. Masuzaki;Y. Hayashi;H. Tanaka;B.J. Peterson;T. Oishi;C. Suzuki;M. Kobayashi;K. Munechika
通讯作者：
K. Munechika

Three-dimensional structure of radiative cooling in impurity seeded plasmas in the Large Helical Device

大型螺旋装置中杂质种子等离子体辐射冷却的三维结构

DOI：
10.1016/j.nme.2022.101294
发表时间：
2022
期刊：
Nuclear Materials and Energy
影响因子：
2.6
作者：
Mukai K.;Kawamura G.;Masuzaki S.;Hayashi Y.;Tanaka H.;Peterson B.J.;Oishi T.;Suzuki C.;Kobayashi M.;Munechika K.
通讯作者：
Munechika K.

LHD不純物入射プラズマでのダイバータ熱負荷軽減のトロイダル非対称性と特徴的輻射構造との関係

LHD杂质注入等离子体中偏滤器热负荷降低的环形不对称性与特征辐射结构的关系