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。

本研究的目的是利用辐射图像的特征提取来研究与聚变等离子体辐射三维结构相关的物理机制，特别是（1）辐射结构对热负荷减少的环形各向异性的影响非接触转向器；②阐明放射性衰变中辐射结构的磁场协调依赖性。 2020财年的研究成果总结如下。关于①，当在大型螺旋装置（LHD）中注入氮气以形成非接触式偏滤器时，在等离子体中偏滤器热负荷减少时观察到环形各向异性，从而发生三维局部辐射，该结构被成功提取。对于辐射的二维测量，我们使用了成像测辐射热计（IRVB），其在环形方向上有26个通道，在小半径方向上有20个通道，总共520个通道。除了注入氮气时的辐射图像外，还使用注入氖气时的辐射图像作为输入数据，该辐射图像具有弱环形各向异性以减少热负荷，通过主成分分析提取特征，我们可以检测局部特征我能够提取出氮气注入所特有的结构。这里，通过与磁场线结构的比较来补充二维图像中深度信息的缺乏。在以前的研究中，当发生热负荷减少的环形各向异性时，辐射结构的三维定位是通过环形方向上的离散测量来估计的，但这次，他们使用了成像测量和主成分分析。成功捕捉到三维结构。关于②，我们继续在京都大学的Heliotron J设备中安装IRVB。通过引入 FLIR 的 A655sc 作为IRVB 的红外热像仪，可以以 200 Hz 的频率执行测量，比传统成像速度快四倍。我们还设计并制造了磁屏蔽，可以保护红外相机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，薄膜探测器的尺寸增加到60毫米×50毫米，是传统探测器的2.4倍。

项目成果

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科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Mukai; S. Masuzaki; Y. Hayashi; H. Tanaka; B.J. Peterson; G. Kawamura; 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：
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におけるダイバータ熱負荷軽減の非対称性と輻射構造との関係

LHD杂质注入等离子体中偏滤器热负荷降低的不对称性与辐射结构的关系

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
向井清史;河村学思;B.J. Peterson;増﨑貴;林祐貴;田中宏彦;小林政弘;大石鉄太郎;鈴木千尋;宗近洸洋
通讯作者：
宗近洸洋

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：
Kiyofumi 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

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