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栗原 研一; 板垣 正文*; 宮田 良明; 中村 一男*; 浦野 創
プラズマ・核融合学会誌, 91(1), p.10 - 47, 2015/01
磁場閉じ込め方式におけるプラズマ位置形状の実時間制御及び平衡状態の診断は、MHD不安定性等によるプラズマの急激な変化に素早く対応し、適切な位置及び形状を維持した安全な運転やダイバータ部におけるストライクポイントの適切な制御、さらには電子サイクロトロン加熱等の共鳴位置を正確に定めるために非常に重要な課題である。コーシー条件面(CCS)を用いた境界積分方程式の解析解に基礎を置く解法(=「コーシー条件面法」。以降、CCS法と略す。)は、コイル電流、磁気センサー信号から直接位置形状を高速かつ高精度で導出する画期的な制御手法として注目を集めている。特に近年ではトカマクだけでなく、ヘリカル、逆転磁場ピンチ、球状トカマクでの応用例が示され、磁場閉じ込め核融合分野において幅広く応用されている。そこでまず、プラズマ位置形状同定の重要性とそのための逆問題としてのCCS法について、理論的背景、従来の方法との違い、利点について具体例を示しながら概説する。次に、各閉じ込め方式におけるプラズマ位置形状同定の応用例を紹介し、最後に、CCS法に関連するプラズマ位置形状同定における今後の課題を述べる。
栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 細山 博己*; 米川 出; 鈴木 隆博; 及川 聡洋; 井手 俊介; JT-60チーム
Fusion Engineering and Design, 74(1-4), p.527 - 536, 2005/11
被引用回数：11 パーセンタイル：59.93(Nuclear Science & Technology)トカマク型核融合研究は、実験炉ITERを国際協力で製作する段階へと一歩踏み出そうとしている中で、JT-60を含む既存のトカマク装置は、さらなる先進的運転シナリオを求めて実験探究することが期待されている。そのようなシナリオをJT-60のプラズマ実験で検証するために、プラズマ平衡状態を把握する基本的な方法群を、ITERへの応用も視野にいれつつ開発して来ている。一部は既に完成しているが、以下の課題も残っている。すなわち、(1)実時間かつ高精度でプラズマ断面全体像を再構築する機能(プラズマ全電流や磁気軸なども含む)。(2)構造物に流れる渦電流も考慮する機能。(3)断面内のプラズマ電流分布も実時間で制度よく再構築する機能。(4)DT燃焼時には、プラズマ近傍には耐放射線性に優れたピックアップコイルセンサーを設置し信号積分して磁場に変換する。同時に遠方には耐放射線性に劣る絶対磁場計測センサーを配置し、遠方定常センサーで近傍センサー用積分器を時折補正することになるが、その補正演算機能。以上4項目である。シンポジウムでは、これらの方法をJT-60における実験結果やITER体系での計算とともに示す。また、それらの議論に基づき、ITERや核融合発電実証プラントにおけるプラズマ平衡制御の未来像についての予想を試みる。
栗原 研一
Fusion Engineering and Design, 51-52(Part.B), p.1049 - 1057, 2000/11
被引用回数：64 パーセンタイル：95.86(Nuclear Science & Technology)トカマク・プラズマの断面形状は、必要条件を満たす外部の電磁気センサだけから同定できることは以前に示した。これにより、ほかの方法は理論的な裏付けが弱かったり粗い近似で精度が悪いなど本質的問題を含むことが確認されたものの、先の必要条件を満たすようにセンサを製作・設置し直すことも既存の装置では難しい。そこで理想的な必要条件を満たしていない種類と数のセンサであっても、その状況で達成可能な限りの高精度で断面形状を再構築する方法の開発を実施した。この結果、マクスウェル方程式の解析解に現れるプラズマ中の仮想曲面上での境界条件として、磁束と磁場を独立に規定する「コーシー条件」を、電磁気信号から最小2乗法的に計算するという新方式を開発し、理論的裏付け、精度、安定性、実時間高速性、使用センサ種類のどの点でも優れていることを明らかにした。本発表はこれら一連の新方法開発の報告である。
栗原 研一; 川俣 陽一; 秋葉 賢一*; 安達 宏典*; 星 芳幸*; 木村 豊秋
プラズマ・核融合学会誌(CD-ROM), 75(10), 12 Pages, 1999/10
トカマク・プラズマの楕円度や三角形度は、エネルギー閉じ込め性能の決定因子の一つであるなど、その断面位置形状の重要性が近年認識されてきた。一方その全体像の実時間同定は、計算時間の制約から不可能とされていた。障害の原因である特殊関数や逆行列等の計算を実時間処理から除くために、特殊なテーブルを大容量メモリ上に展開しておくというアルゴリズム上の工夫に加え、最新の電子機器を用いて装置を構成した。この結果大幅な時間短縮を実現し断面形状を毎秒15コマの速度で実時間動画化し、着火直後のリミタ配位からダイバータ配位に移行する様子などの映像情報を実時間で提供した。またさらなる高速化改造を実施し、実時間制御へと発展させる予定である。本論文では、JT-60で実稼働中のシステムの開発結果と実時間制御への適用構想について、その動画映像をミルノフ振動を「音声化」した音とともに示しながら報告する。
栗原 研一; 川俣 陽一; 秋葉 賢一*; 安達 宏典*; 木村 豊秋
JAERI-Research 97-055, 23 Pages, 1997/08
JAERI-Research-97-055.pdf:1.38MB
プラズマの楕円度や三角形度は、エネルギー閉じ込め性能の決定因子の一つであるなど、その断面位置形状の重要性が近年認識されてきた。一方その全体像の実時間同定は、計算時間の制約から不可能とされていた。障害の原因である特殊関数や逆行列等の計算を実時間処理から除くために、特殊なテーブルを大容量メモリ上に展開しておくというアルゴリズム上の工夫に加え、最新の電子機器を用いて装置を構成した。この結果大幅な時間短縮に成功し、断面形状を毎秒10コマの速度で実時間動画として可視化した。同時に着火直後のリミタ配位からダイバータ配位に移行する一連の様子など、これまで得られなかった映像情報を実験運転者に初めて実時間で提供した。本報告では、JT-60で実稼動中のシステムの開発結果と実時間制約への開発構想について報告する。
安達 宏典*; 川俣 陽一; 栗原 研一
技術研究会報告 (文部省国立天文台・電気通信大学), p.3 - 6, 1997/03
JT-60プラズマ断面実時間可視化システムは、磁場、磁束等の信号を受信した後、プラズマ断面位置形状の同定計算を行い全体像を描画し、一連の動作を実時間で行い動画として実験運転者に提供するシステムである。これまでの実運用の結果、本システムは、実験運転の効率向上に有効であることが認識されてきている。現在、本システムはRISC型ボード・コンピュータにより1回当りの同定計算と描画処理を約100ms程度の周期で行っている。従って、本システムの処理時間をフィードバック制御可能な数ms以下までに高速化することが要求される。そこで、本システムの同定計算処理を複数台の並列処理専用DSPによって実行させるシステムを現在開発中である。本講演では、並列処理プログラム用コンパイラを用いた開発手法と現在までの開発状況及び、今後の予定について報告する。
松川 誠; 牛草 健吉; 閨谷 譲; 芳野 隆治; 二宮 博正
Fusion Engineering and Design, 23, p.341 - 349, 1993/00
被引用回数：3 パーセンタイル：35.79(Nuclear Science & Technology)JT-60Uの真空容器は、一周抵抗が200
と小さく、そのため大きな誘導電流が流れる。プラズマ着火時やディスラプション時など大きな一周電圧が印加される場合に、この誘導による真空容器渦電流を無視しては、正確なプラズマ位置形状の同定は困難である。そこで、マグネティックフィッティングコードを、容器渦電流の分布をも含めて同定可能とし、JT-60Uに対して適用した。その結果、渦電流がプラズマ電流よりはるかに大きい場合でも正確なプラズマ位置形状の同定が可能となり、得られた結果は可視テレビとも良く一致することが確かめられた。論文では、垂直位置不安定性が顕著な場合なども含めて、プラズマと容器電流との相互作用について解析した結果を報告する。
栗原 研一
Nuclear Fusion, 33(3), p.399 - 412, 1993/00
被引用回数：31 パーセンタイル：69.48(Physics, Fluids & Plasmas)トカマク・プラズマの位置形状同定のための必要条件を数理的な観点から導出する。さらにその必要条件のみを用いてプラズマ位置形状同定する方法を提案する。この方法は、真空領域で成立する境界積分方程式の解法に基づくものである。JT-60UやITERのプラズマに適用してみることにより、本方法は様々な位置形状のプラズマを磁気センサの数に応じた精度で同定することが出来る。また、事前にテーブル参照が可能なように数表を整備しておくことにより、実時間制御や実時間可視化に応用可能である。
栗原 研一
Fusion Technology, 22, p.334 - 349, 1992/11
真空中で成立するGrad-Shafranov方程式をDirichlet型境界条件のもとで解くことにより、トカマク・プラズマの最外殼磁気面形状を同定する新しい方法の開発結果を報告する。既存の方法を概観し、それらの検討から位置形状検出方法が具備すべき内容を指摘し、本報告の方法がそれらの内容を持つことを示す。さらに、本方法は様々な配位、位置形状のトカマク・プラズマの精度の良い実時間制御や可視化に応用可能であること、また、実用上考慮すべき磁束ループ欠損やノイズの存在に対しても充分ロバストな方法であることを示す。
栗原 研一; 木村 豊秋
JAERI-M 92-075, 17 Pages, 1992/05
トカマク・プラズマの最外殻磁気面形状が可同定となるための必要条件を提示すると共に、境界積分方程式の解法に基づく新たな位置形状同定法の提案が行なわれている。この同定法は、磁束計測値または磁束密度計測値が与えられた状況で、真空場の満す積分方程式を境界上で数値的に解くことを中心課題とする方法であり、低非円形断面から高非円形断面プラズマに至るまで、計測器の設置数に対応した精度でトカマク・プラズマの最外殻磁気面形状を同定するものである。本方法は、計測値に無関係に計算出来る部分を予めテーブルの形式に展開しておくことにより、実時間制御や実時間可視化にも応用可能である。
栗原 研一; 木村 豊秋; 高橋 実; 川俣 陽一; 坂田 信也; 赤坂 博美
JAERI-M 90-001, 45 Pages, 1990/02
真空中・円環座標系下のGrad-Shafranov方程式をDirichlet型境界条件のもとで解くことにより、プラズマ最外殻磁気面形状を同定する方法の開発結果を報告する。本方法は、様々な位置形状のトカマク・プラズマの精度の良い実時間制御や可視化に応用可能であること、さらに実用上考慮すべき磁束、ループ欠損やノイズの存在に対してしも充分ロバストな方法であることを示す。
