Linearity-independent method for a safety factor profile

安全係数分布計算のための線形性に依存しない手法

今澤 良太; 河野 康則; 伊丹 潔; 草間 義紀

Imazawa, Ryota; Kawano, Yasunori; Itami, Kiyoshi; Kusama, Yoshinori

本研究は、磁場閉じ込めプラズマの安定性に関連する指標である安全係数を高精度に算出する手法を提案する。安全係数は磁気面上での周回積分で定義されるが、この周回積分を計算する際の課題が二つあった。一つ目は計算格子点上のポロイダル磁束の情報(離散的な情報)から積分路となる等高値線(滑らかな曲線)を求めることであり、二つ目は特異点(被積分関数が無限大に、積分路が点に漸近)となる磁気軸での計算である。一つ目の課題を解決する方法として、磁場の情報を拘束条件とした補間方法を考案した。二つ目の課題を解決する方法として、磁気軸以外の安全係数の値から外挿する手法を考案した。安全係数の定義から、磁気軸において(は安全係数、はプラズマ小半径)となることに利用した外挿を行う。以上の二つの解決方法を組み合わせることにより、高精度な安全係数分布の算出が可能となる。従来の手法と異なり、微小領域でのポロイダル磁束の線形性を仮定していないため、磁気軸付近であっても精度が低下しないという特徴を有している。

This paper proposes a new method to calculate a safety factor, , profile from gridded data of a poloidal flux, , efficiently and accurately. Difficulties of calculating are derived from a difficulty of specifying a contour line of and a singularity at a magnetic axis. In order to solve the first difficulty, the proposed method interpolates knots, which are located on a target , by utilizing a normalized arc length and constraints expressed by a magnetic field. Regarding the second difficulty, the proposed method identifies by extrapolating profile around a magnetic axis with a constraint of at the magnetic axis. Accuracy assessments of the proposed method are carried out by utilizing Solov'ev type equilibrium. The results show the validity and high performance of the proposed method.