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論文

Reference design of the power supply system for the resistive-wall-mode control in JT-60SA

Ferro, A.*; Gaio, E.*; Novello, L.*; 松川 誠; 島田 勝弘; 川俣 陽一; 武智 学

Fusion Engineering and Design, 98-99, p.1053 - 1057, 2015/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:73.04(Nuclear Science & Technology)

JT-60SA is the satellite tokamak under construction in Naka, Japan, in the framework of the EU - JA "Broader Approach" Agreement. In JT-60SA, to attain steady-state high-beta plasmas, suppression of Resistive Wall Modes (RWM) is necessary. At this purpose, a passive stabilizing plate (SP) and an active control system based on 18 in-vessel sector coils (SC) are foreseen. This paper firstly reports the main requirements for the RWM control system. Then, the reference design of the RWM-PS is described. It includes an ac/dc conversion system, dc-link capacitor banks and a set of 18 fast inverters. The advantages of the proposed scheme are discussed and the main electrical parameters are shown in detail. The main requirements of the control section are given, with details on possible implementation and interfaces with JT-60SA central control.

論文

Development of magnetic sensors for JT-60SA

武智 学; 松永 剛; 櫻井 真治; 笹島 唯之; 柳生 純一; 星 亨*; 川俣 陽一; 栗原 研一; JT-60SAチーム; Nishikawa, T.*; et al.

Fusion Engineering and Design, 96-97, p.985 - 988, 2015/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:44.04(Nuclear Science & Technology)

JT-60SA, which has fully super conducting coils, is under construction in order to demonstrate and develop steady-state high beta operation for supplement ITER toward DEMO. Three types of coils will be installed in the vacuum vessel for resistive wall mode (RWM) control, error field correction and also for edge localized mode (ELM) control. Biaxial magnetic sensors have been developed, because 3D information of magnetic configuration is necessary for these controls. Also, redesigned magnetic sensors for basic information of JT-60SA plasma, e.g. one-turn loop, Rogowski coils, diamagnetic loop and saddle coils have been developed, because manufacture and installation of these sensors are much more difficult for JT-60SA than those for JT-60U. The design and the specification of the magnetic sensors for JT-60SA will be reported from engineering and physics aspects.

論文

Eddy current-adjusted plasma shape reconstruction by Cauchy condition surface method on QUEST

中村 一男*; Jiang, Y.*; Liu, X.*; 御手洗 修*; 栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 長谷川 真*; 徳永 和俊*; 図子 秀樹*; et al.

Fusion Engineering and Design, 86(6-8), p.1080 - 1084, 2011/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:61.07(Nuclear Science & Technology)

CCS (Cauchy Condition Surface) method is a numerical approach to reproduce plasma shape, which has good precision in conventional tokamak. In order to apply it in plasma shape reproduction of ST (Spherical Tokamak), the calculation precision of the CCS method in CPD ($$B$$$$_{rm t}$$ = 0.25 T, $$R$$ = 0.3 m, $$a$$ = 0.2 m) has been analyzed. The precision was confirmed also in ST and decided to be applied to QUEST ($$B$$$$_{rm t}$$ = 0.25 T, $$R$$ = 0.68 m, $$a$$ = 0.40 m). In present stage from the magnetic measurement, it is known that the eddy current effect is large in QUEST experiment, and there are no special magnetic measurements for eddy current now, so some proper model should be selected to evaluate the eddy current effect. The eddy current density by not only CS (Center Solenoid) coil but also plasma current is calculated using EDDYCAL (JAEA), the eddy currents are taken as unknown variables and solved together with plasma shape reconstruction. The result shows that the CCS method with eddy current adjustment achieves stable, accurate reconstruction of plasma shape in application to QUEST.

論文

Architecture plan of the real-time diagnostic signals acquisition system toward JT-60SA project

坂田 信也; 山口 退二; 杉村 徹; 小湊 俊治; 川俣 陽一; 戸塚 俊之; 佐藤 稔; 末岡 通治; 内藤 磨

Fusion Science and Technology, 60(2), p.496 - 500, 2011/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

JT-60SAにおいて定常運転を実現するためには、さまざまなプラズマ計測装置からの入力信号を用いたフィードバック制御が必須である。この機能を実現するため、汎用のパーソナルコンピューターにINtimeという実時間オペレーティングシステムを搭載し、実験放電に同期して、複数の計測装置のデータを収集可能なシステム(RTDS)を設計検討中である。また、JT-60SAにおいては100秒以上の長時間放電が予定されており、実験放電中に各計測装置から収集したデータを実時間で表示可能なデータモニタリング機能が必要となる。これらの機能も、前述したRTDSを活用することで実現可能である。本論文では、新システムでの性能評価について報告する。

論文

Development of PC-based control system in JT-60SA

川俣 陽一; 杉村 徹; 山口 退二; 末岡 通治; 坂田 信也; 戸塚 俊之; 佐藤 稔; 小湊 俊治; 内藤 磨

Fusion Science and Technology, 60(2), p.491 - 495, 2011/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

JT-60 Real Time Control System (RTCS) is mainly composed of a workstation for control program development and a VME-based real time controller using a Real Time OS (RTOS) "VxWorks", many of whose control functions have been modified with the progress of JT-60 plasma experiments until now. The "VxWorks" is the most commonly used RTOS in the embedded system markets. However, the introduction cost seems too much higher than those of other RTOSs. In JT-60SA control system, basically, the existing system is required to be reused efficiently. Therefore, we are planning to choose another RTOS instead of "VxWorks". As a next RTOS, the following requirements have to be satisfied: (a) It shall be more cost-efficient than the existing one. (b) It employs a general-purpose Personal Computer (PC). For all of these reasons, we have chosen "INtime (for Windows)" as RTOS and begun the development of JT-60SA RTCS with a general-purpose PC in which "INtime" is installed. In this report, the developmental status of JT-60SA control system will be described.

論文

Real-time measurement and feedback control of ion temperature profile and toroidal rotation using fast CXRS system in JT-60U

吉田 麻衣子; 坂本 宜照; 末岡 通治; 川俣 陽一; 大山 直幸; 鈴木 隆博; 鎌田 裕; JT-60チーム

Fusion Engineering and Design, 84(12), p.2206 - 2213, 2009/12

 被引用回数:11 パーセンタイル:34.36(Nuclear Science & Technology)

イオン温度とプラズマ回転計測の高度化及び実時間制御を目的に、まず、これまでの時間分解能を約1桁向上した高速荷電交換再結合分光装置を開発し、実時間でイオン温度とプラズマ回転速度の導出を可能にした。本計測器は、空間30点のイオン温度とプラズマ回転速度を2.5msで計測でき、そのうち任意の空間4点の値を実時間処理している。さらに制御ロジックの開発を行い、実際に空間2点間のイオン温度勾配の実時間制御を実施し、目標値に追随した計測値が得られ、イオン温度の内部輸送障壁の強さを制御することに成功した。さらに、広いダイナミックレンジにわたるトロイダル回転速度の実時間制御に世界で初めて成功した。

論文

Improvement of the real-time processor in JT-60 data processing system

坂田 信也; 清野 公広; 佐藤 稔; 小湊 俊治; 末岡 通治; 細山 博己; 川俣 陽一

Fusion Engineering and Design, 84(7-11), p.1680 - 1683, 2009/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.4(Nuclear Science & Technology)

JT-60データ処理設備実時間処理計算機(RTP)は、JT-60における実時間帰還制御系ループの一部であり、1997年のシステム運用開始移行、JT-60実験放電で生成されるプラズマの高性能化に対応するため、実時間帰還制御時のパラメータとなる計測データ収集項目の追加や演算処理の高速化等、システム改良,機能拡張を継続的に実施してきた。しかし、現システムでは、CPUの処理能力、及びシステムの老朽化等の問題から、さらなる改良が困難な状況になりつつある。本報告では、これまでのシステム開発,改良,機能拡張に得られた知見、及び現システムにおける課題から得られたシステム要件を基盤とした次期システム設計案、及びプロトタイプシステムの開発による現システムの改良について報告する。

論文

プラズマ実時間制御を考慮したプラズマ断面位置形状再構築システムのST装置への適用検討

栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; Wang, F.*; 中村 一男*; 御手洗 修*; 佐藤 浩之助*; 図子 秀樹*; 花田 和明*; 坂本 瑞樹*; et al.

九州大学応用力学研究所RIAMフォーラム2008講演要旨, p.66 - 69, 2008/06

JT-60で開発したプラズマ最外殻磁気面の同定法であるコーシー条件面(CCS)法は、穴の開いた特異性のある真空場の厳密解を基本とし、電磁気センサー信号を用いて精度よくプラズマの断面形状を同定できる。このCCS法を九州大学で平成20年度より稼動計画のプラズマ境界力学実験装置QUEST(Q-shu University Experiment with Steady State Spherical Tokamak)のプラズマ平衡実時間制御へ適用し、高精度にプラズマ断面形状を再構築することを確認した。本発表は、QUESTに対して、JT-60での経験に基づいた実時間制御システム構成や実時間プラズマ形状再構築手法の提案における一連の検討結果報告である。

論文

Development of the supervisory discharge operation monitoring system for JT-60

末岡 通治; 戸塚 俊之; 川俣 陽一; 栗原 研一; 関 暁之

Fusion Engineering and Design, 83(2-3), p.283 - 286, 2008/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

核融合実験装置を安全かつ効率的に運転するには、実験運転に携わる運転員にその時々でタイムリーな情報を提供する必要がある。そこで、中央制御室の前面に大型液晶モニタを新規設置し、この画面に実時間プラズマ映像や放電シーケンスの進行状況,放電スケジュール,各設備の警報の有無など、さまざまな情報画面を自動表示する全く新しいシステムを開発することとした。このシステムは放電シーケンスに従ってこれらの画面を自動的に切り替えることができ、また運転者の任意のリクエストに応じた画面を出力することもできる。本発表では、本システムの設計の現状について報告し、また機能向上など将来の実験利用に向けた展望についても触れる。

論文

Design study of the JT-60SA supervisory control system

川俣 陽一; 内藤 磨; 清野 公広; 伊丹 潔; 戸塚 俊之; 赤坂 博美; 末岡 通治; 佐藤 朋樹; 大島 貴幸; 坂田 信也; et al.

Fusion Engineering and Design, 83(2-3), p.198 - 201, 2008/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:72.95(Nuclear Science & Technology)

ITERの幅広いアプローチとして超伝導化されるJT-60SAの設計が開始され、制御システムについては既存システムを最大限再利用しつつ、次の各項目それぞれに新しい考え方を創出適用し先進的な統括制御システムを構築することを目指して検討している。(1)高精度タイミングシステム,(2)先進的放電シーケンス制御システム,(3)高機能実時間制御システム,(4)ハードワイヤード保護インターロックシステム,(5)制御プログラム形式放電条件システム,(6)先進的データベースシステム。本発表では、JT-60SA統括制御システムの特徴である上記システムの重要ポイントについて概念設計の検討内容を報告する。

報告書

JT-60プラズマ映像データベースシステムの開発

末岡 通治; 川俣 陽一; 栗原 研一; 関 暁之

JAEA-Technology 2008-021, 23 Pages, 2008/03

JAEA-Technology-2008-021.pdf:10.47MB

プラズマ映像は、実験放電がどのようなものかを直接知るために最も効率的な手段の一つである。JT-60のプラズマ映像は、プラズマを撮影する可視テレビ映像とプラズマ断面CG映像,磁場揺動信号を音声として加えた動画が放電ごとに放映されている。このプラズマ映像を広く実験放電の評価に利用するために、新たにプラズマ映像データベースシステムを開発した。このシステムの特徴は、放電シーケンスに従って自動的にプラズマ映像を記録・保存・管理し、さらに、WEBサーバーを介して放電映像データをネットワーク配信することができる。特に、大幅な経費の節減を目指して最も割高感の大きい従来使用して来たリアルタイムOSを使用しない実時間システムの開発に取り組み、汎用的なWindows OS下で動作させることに成功している。本報告では、本システムの設計・製作にかかわる詳細とシステムの稼動結果について報告する。

論文

Response of fusion gain to density in burning plasma simulation on JT-60U

竹永 秀信; 久保 博孝; 末岡 通治; 川俣 陽一; 吉田 麻衣子; 小林 進二*; 坂本 宜照; 飯尾 俊二*; 下村 浩司*; 市毛 尚志; et al.

Nuclear Fusion, 48(3), p.035011_1 - 035011_6, 2008/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:89.6(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uでは、DT核融合反応率の温度依存性を考慮した燃焼模擬実験手法を開発してきた。ここでは、密度とイオン温度の実時間計測値を用いてアルファ加熱模擬用の加熱パワーを計算している。核融合炉での燃料密度制御による燃焼制御性を解明するために、模擬外部加熱パワー一定のもとでの模擬核融合増倍率の密度に対する応答を調べた。イオン温度10$$sim$$20keVでの温度依存性に相当するイオン温度の2乗に比例する核融合反応率を仮定した場合には、密度の2乗より強い模擬核融合増倍率の密度依存性を観測した。1.5次元輸送コードの解析により、この強い密度依存性は閉じ込め特性の変化と圧力分布の変化により引き起こされていることを明らかにした。一方、イオン温度40$$sim$$100keVでの温度依存性に相当するイオン温度に依存しない核融合反応率を仮定した場合には、閉じ込め特性の変化や圧力分布の変化によらず模擬核融合増倍率は密度の2乗に比例した。

論文

The Plasma movie database system for JT-60

末岡 通治; 川俣 陽一; 栗原 研一; 関 暁之

Fusion Engineering and Design, 82(5-14), p.1008 - 1014, 2007/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:79.31(Nuclear Science & Technology)

トカマク型核融合実験装置JT-60では、プラズマ放電を撮影した可視テレビ映像とプラズマ最外殻磁気面の実時間可視化画像を1つの映像信号に合成し、これにプラズマ周辺磁場を計測している磁気プローブ信号を音声チャンネルに入力して実験運転時に大画面テレビに出力している。実験結果データ解析の効率を著しく高めるために、この映像データを放電ごとに蓄積・管理して迅速に提供する映像データベース・配信システムを新たに開発した。本報告では、これらの実現に向けて開発を行った映像データベースシステムの詳細について報告し、機能向上への課題と将来の遠隔実験に向けた利用の展望にも触れる。

論文

Burn control simulation experiments in JT-60U

下村 浩司*; 竹永 秀信; 筒井 広明*; 三又 秀行*; 飯尾 俊二*; 三浦 幸俊; 谷 啓二; 久保 博孝; 坂本 宜照; 平塚 一; et al.

Fusion Engineering and Design, 82(5-14), p.953 - 960, 2007/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:79.31(Nuclear Science & Technology)

燃焼プラズマの制御性を明らかにするために、JT-60Uにおいて自己加熱模擬用と外部加熱模擬用の2つのNBグループを用いた燃焼制御模擬実験を行った。自己加熱模擬用では、中性子発生率に比例して加熱パワーを入射した。外部加熱模擬用では、蓄積エネルギー帰還制御を適用した。ELMy Hモード及び負磁気シアプラズマとも、自己加熱模擬用NBパワーが増加した場合には、外部加熱模擬用NBパワーが減少することにより蓄積エネルギーは一定に維持された。しかしながら、負磁気シアプラズマでは、ELMy Hモードプラズマと比べて外部加熱模擬用NBパワーの変動は大きく、制御裕度を大きくとる必要がある。両プラズマでの違いの原因を明らかにするために、非定常輸送解析コードTOPICSに燃焼制御模擬ロジックを組み込んだ。実験データから評価された実効的な粒子拡散係数と熱拡散係数を用いて計算を行った結果、負磁気シアプラズマで外部加熱模擬用NBパワーの振動が大きくなることは再現できなかった。また、熱拡散係数が温度依存性を持つと仮定した場合でも、外部加熱模擬用NBパワーの振動が大きくなることは観測されなかった。拡散係数の違い及びその温度依存性では両プラズマでの実験結果の違いを説明できないと考えられる。

報告書

電磁気検出器の開発; 積層型電磁気プローブのJT-60Uへの適用とその結果(共同研究)

柳生 純一; 笹島 唯之; 三代 康彦; 榊原 悟*; 川俣 陽一

JAEA-Technology 2007-015, 27 Pages, 2007/03

JAEA-Technology-2007-015.pdf:2.94MB

臨界プラズマ試験装置(JT-60U)では、電磁気検出器の信号をもとにプラズマ位置・形状のフィードバック制御を行っている。この電磁気検出器は製作コストが高く、次期装置への利用に対してはコストの低減化が求められている。一方、核融合科学研究所では、3軸方向の磁場成分を同時に計測可能で、軽量・コンパクト、かつ安価な電磁気検出器を開発して、大型ヘリカル装置(LHD)の電磁気計測に使用している。今回、日本原子力研究開発機構と核融合科学研究所との共同研究に基づいて、LHDで使用されている電磁気検出器のトカマク装置での適用の可能性を探るため、JT-60U用に本電磁気検出器の取り合い部を製作し、試験的に第一壁直下に設置した。JT-60実験放電を利用して既設の電磁気検出器との比較検討を行った。出力信号の妥当性やディスラプション時における耐振動性,耐放射線性等について調べた。その結果は良好であり、トカマク装置環境下においても十分に使用できる見通しを得た。

論文

実時間制御用タイミング信号発生機器の開発

赤坂 博美; 高野 正二; 佐藤 朋樹; 川俣 陽一

平成18年度名古屋大学総合技術研究会回路・計測・制御技術研究会報告集, p.106 - 109, 2007/03

JT-60のタイミングシステム(TS)は、JT-60実験運転時に各種計測・制御機器の動作に必要なトリガー信号や基準クロックを各設備に送信するシステムである。このTSを構成しているCAMACモジュールは高経年化による故障が増加している一方製造中止により保守部品の入手は不可能な状況である。また、機能面ではタイマー最大設定が65sまでというハードウェア上の制約、基準クロック1msを250$$mu$$sに分周して動作しているプラズマ位置形状制御計算機は、20sを超える放電ではその精度が問題となっている。現在、TS構成機器の上記問題を解決することを目指し、改修後のJT-60で適用可能なTSの開発を開始した。開発にあたっては2つの設計方針を採用した。(1)遅れ時間を最小にするため、タイミング信号出力の論理演算がプログラミング可能な半導体集積回路であるFPGA(Field Programmable Gate Array)を用いたシステムとする。(2)高精度化のために基本クロックを40MHzとする。本研究会では、新TSのシステム構成の検討結果と開発を開始した実時間制御用タイミング信号発生機器について報告する。

論文

Advanced data handling for plasma profile control in JT-60

米川 出; 末岡 通治; 細山 博己*; 川俣 陽一; 鈴木 隆博; 栗原 研一

Fusion Engineering and Design, 81(15-17), p.1897 - 1903, 2006/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:81.04(Nuclear Science & Technology)

高ベータプラズマの不安定性を回避する手段としてプラズマ電流分布の実時間制御の導入が実施され始めている。実時間分布制御における全体の処理時間は、入力信号であるMSE計測,プラズマ位置,形状を算出するシステム及び分布制御計算機での演算処理時間とプラズマ制御系内のデータ通信を含めても十ミリ秒程度でなければならない。一方、位置(R,Z)と時間の関数となる分布量データは、データサイズが大きいことから、転送時間の短縮や保存容量の最小化を図ることが必要である。プラズマ規格化小半径(r)を導入して位置の次元を1つ減らし、(j(t),$$rho$$(t))の2次元時系列データとすることによりデータ量の縮小を図った。さらに$$rho$$の刻みを固定化することで、従来と同じ1次元時系列データとして取り扱うことが可能となり、放電条件設定等のマンマシンインターフェースを利用することができる。この報告では分布量制御における3次元時系列データの簡略取り扱い法についてその技術的な事項をハードウエア構成とともに述べることとする。

論文

Status and prospect of JT-60 plasma control and diagnostic data processing systems for advanced operation scenarios

栗原 研一; 米川 出; 川俣 陽一; 末岡 通治; 細山 博己*; 坂田 信也; 大島 貴幸; 佐藤 稔; 清野 公広; 小関 隆久

Fusion Engineering and Design, 81(15-17), p.1729 - 1734, 2006/07

 被引用回数:13 パーセンタイル:29.29(Nuclear Science & Technology)

トカマク型磁気核融合研究は、国際熱核融合実験炉ITERの国際共同建設へと一歩前に進もうとしている中、JT-60を含む既存のトカマク型実験装置は、ITERや将来の核融合発電炉に向け、さらなる先進的運転シナリオの探求を行うことが期待されている。このような状況の中、以下に示す実験上の課題がJT-60において十分検討あるいは克服されなければならないことがわかる。すなわち、高性能のプラズマを定常に維持する方法やほぼ完全にプラズマの不安定性を回避する方法を明確にするという課題である。これを動機としてJT-60では、プラズマ実時間制御及び計測データ収集系のソフトウエアからハードウエアに渡る大規模改造を実施してきた。特に、先進的運転シナリオの探求に不可欠な開発が実施され、一部は既に完成している。これらの開発では、高速ボード計算機を大容量のリフレクティブメモリーを用いたネットワークに接続するという方式を採用した。以上の制御・計測データ収集系開発の結果報告に加えて、これまで20年間に及ぶJT-60を用いたトカマクプラズマ実験運転の経験を踏まえて、核融合発電炉を視野に入れた将来のプラズマ制御・計測データ収集システム構想を試みる。

論文

Burn control study using burning plasma simulation experiments in JT-60U

竹永 秀信; 三浦 幸俊; 久保 博孝; 坂本 宜照; 平塚 一; 市毛 尚志; 米川 出*; 川俣 陽一; 飯尾 俊二*; 坂本 隆一*; et al.

Fusion Science and Technology, 50(1), p.76 - 83, 2006/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:73.12(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uにおいて、自律性が強い燃焼プラズマの制御性を明らかにするために、自己加熱模擬用と外部加熱模擬用の2つのNBグループを用いた核燃焼模擬実験を行った。自己加熱模擬用では、実時間制御システムを用いてDD反応による中性子発生率に比例して加熱パワーを入射した。外部加熱模擬用では、蓄積エネルギー帰還制御を自己加熱模擬と同時に適用可能なように制御系を改良した。ELMy Hモードプラズマに、外部加熱模擬用NBパワー一定の下で自己加熱模擬を適用した場合には、自己加熱模擬用の比例定数を大きくすることにより、中性子発生率と加熱パワーの増加ループが発生し、蓄積エネルギーも増加した。蓄積エネルギー帰還制御を自己加熱模擬と同時に適用した場合には、自己加熱模擬用NBパワーが増加しても、蓄積エネルギー帰還制御により外部加熱模擬用NBパワーが減少し、蓄積エネルギーは一定に制御された。0次元モデル計算により、自己加熱模擬用の比例定数を大きくすることは閉じ込め性能が高くなった場合を模擬していることを示した。また、同計算により、蓄積エネルギー帰還制御を行った場合、Q=5では十分な制御性が確保されているが、Q=30では制御性が小さいことが示された。このことは、実験結果と矛盾しない。

論文

Magnetic sensor dependence of CCS method to reproduce ST plasma shape

Wang, F.*; 中村 一男*; 御手洗 修*; 栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 佐藤 浩之助*; 図子 秀樹*; 花田 和明*; 坂本 瑞樹*; et al.

九州大学応用力学研究所RIAMフォーラム2006講演要旨, p.138 - 141, 2006/06

JT-60で開発されたプラズマ最外殻磁気面の再構築法であるコーシー条件面(CCS)法は、真空場の解析解を基本とし、電磁気センサー信号を用いて極めて高い精度でプラズマの形状を同定でき、JT-60Uの実時間制御において既に使用されているという実績を持っている。本発表は、このCCS法を九州大学で計画されている球状トカマク装置(ST)のプラズマに対して利用することを想定して行っている導入開発の成果報告である。高精度再構築に必要な電磁気センサーの配置種類を検討した結果、それらの適切な選択でCCS法と正解のプラズマ形状とは図では確認できないほどの高い精度で一致することがわかった。

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