外部電流系を変量とした最適化によるヘリカル閉じ込め方式の新領域開拓と課題解決

外流系统为变量优化螺旋约束法新领域探索与问题求解

基本信息

批准号：
21K13904
负责人：
山口裕之
金额：
$ 3万
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 Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は，本計画で開発している閉じ込め配位最適化コードOPTHECSのプラズマシミュレータへの移植をまず完了させた．前年度まで問題となっていたMPI並列コードからの要素コード呼び出しについて，CPU割当の工夫によって適切に実行可能であることが明らかとなったため，予定していた新しいアルゴリズムへの転換は行わないこととした．LHD型の連続ヘリカルコイルに基づく磁場配位について，ブランケット設置スペースの拡張とプラズマ閉じ込め改善の２つの方向性で最適化を進めた．真空磁場に対して磁力線が統計的に振る舞うエルゴディック層の厚みを評価するルーチンを開発した．これをOPTHECSに組み込み，プラズマとコイル中心との距離を増大させる最適化をB-spline自由曲線コイルに対して施すことで，ブランケット設置スペースを10%程度の増大させた配位の構築に成功した．上記の成果を，昨年度の成果と合わせて，国際ステラレータ・ヘリオトロンワークショップにおいて招待講演として発表した．LHD型コイル配位のもう１つの方向性の最適化として，有限ベータ効果を考慮した自由境界平衡に基づき，新古典輸送の低減とMHD安定性の改善を図る最適化を進めた．MHD安定性の指標には回転変換がm/n=1となる有理面における規格化されたMercier indexを用いた．結果として，中心ベータ3-5%においてMHD安定性を同程度に保ちつつ，新古典輸送を改善した配位が得られることがわかった．STELLOPTとのベンチマークについて，比較用のテストケースとして，OPTHECSにより，プラズマ体積全域にわたる磁気井戸を有する周期数２，アスペクト比4.15の新しい準軸対称磁場配位を構築した．この配位はCFQSに比べて極めて高い軸対称性を示すことがわかった．

今年，我们首先完成了将本计划中正在开发的限制协调优化代码Opthecs到等离子体模拟器。由于已经揭示了MPI并行代码的元素代码调用，直到上一年一直是一个问题，因此可以通过CPU分配的创造力正确执行，因此我们决定不将其转换为计划的新算法。基于LHD类型连续螺旋线圈的磁场配位的优化是在两个方向上进行的：扩展毯子安装空间并改善血浆限制。我们已经开发了一种常规，以评估沿阵行层的厚度，其中磁场线相对于真空磁场的统计学作用。通过将其纳入OPTHEC，并优化B-Spline无曲线线圈以增加等离子体和线圈中心之间的距离，我们成功构建了一个协调，将毯子安装的空间增加了约10％。上述结果被作为在国际Stellarellata Heliotron研讨会上的邀请演讲，以及去年的结果。考虑了有限的beta效应，基于自由边界平衡，进行了LHD线圈协调的另一种方向优化，以减少新古典的传输并改善MHD稳定性。旋转转换为m/n = 1的有理平面中的归一化默塞尔指数用作MHD稳定性的指数。结果，我们发现，在中央β的中央β稳定性保持相同水平的MHD稳定性为3-5％的同时，获得了改善新古典传输的协调。作为与Stellopt进行比较的测试案例，我们使用Opthecs构建了一个新的准轴对称磁场协调，其周期为2，纵横比为4.15，该磁场的磁井具有跨越整个等离子体体积的磁孔。与CFQ相比，发现这种协调性具有极高的轴对称特性。

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Optimization of modular and helical coils applying genetic algorithm and fully-three-dimensional B-spline curves

应用遗传算法和全三维 B 样条曲线优化模块化螺旋线圈

DOI：
10.1088/1741-4326/ac1ae2
发表时间：
2021
期刊：
Nuclear Fusion
影响因子：
3.3
作者：
Yamaguchi Hiroyuki;Satake Shinsuke;Nakata Motoki;Shimizu Akihiro;Suzuki Yasuhiro;W7-X Team the
通讯作者：
W7-X Team the

外部コイル形状を変量とする磁場配位最適化コードの開発

使用外部线圈形状作为变量开发磁场配置优化代码

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yamaguchi Hiroyuki;Satake Shinsuke;Nakata Motoki;Shimizu Akihiro;Suzuki Yasuhiro;W7-X Team the;Hiroyuki Yamaguchi;Yamaguchi Hiroyuki;山口裕之
通讯作者：
山口裕之

Development of coil-shaping-based optimization code and its application to helical coil stellarator

基于线圈整形的优化代码开发及其在螺旋线圈仿星器中的应用

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yamaguchi Hiroyuki;Satake Shinsuke;Nakata Motoki;Shimizu Akihiro;Suzuki Yasuhiro;W7-X Team the;Hiroyuki Yamaguchi
通讯作者：
Hiroyuki Yamaguchi

Optimization of helical configuration using the OPTHECS code

使用 OPTHECS 代码优化螺旋配置

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yamaguchi Hiroyuki;Satake Shinsuke;Nakata Motoki;Shimizu Akihiro;Suzuki Yasuhiro;W7-X Team the;Hiroyuki Yamaguchi;Yamaguchi Hiroyuki
通讯作者：
Yamaguchi Hiroyuki