JP5854381B2 - 算出装置、算出方法、算出プログラム - Google Patents
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Description
プラズマを通過したレーザーの偏光面の方位角、楕円率角を取得する取得部と、
前記方位角と前記楕円率角とに基づいて、前記プラズマ中の磁場分布、電子密度分布、電子温度分布のうち少なくとも1つを算出する算出部と、
を備える算出装置である。
プラズマを通過したレーザーの偏光面の方位角、楕円率角を取得する取得部と、
所定のパラメータを含む所定の数理モデルに基づいて前記プラズマを通過したレーザーの偏光面の方位角および楕円率角をシミュレートし、当該方位角および当該楕円率角と前記取得部が取得した前記方位角および前記楕円率角とに基づいて算出される指標値が所定値未満になるまで前記パラメータの値の変更を繰り返し、前記指標値が前記所定値未満の時の前記パラメータの値に基づいて前記プラズマ中の磁場分布、電子密度分布、電子温度分布のうち少なくとも1つを算出する算出部と、
を備える算出装置である。
(機能概要)
本実施形態の算出装置は、プラズマ内部に入射される直線偏光したレーザーとプラズマとの相互作用によるレーザーの偏光に基づいて、プラズマ内部の磁場分布、電子密度分布、電子温度分布を算出する。ここで、プラズマは所定領域内に閉じ込められている。レーザーは、プラズマの所定領域の境界の所定の位置(始点とする)から入射され、始点と異なるプラズマの所定領域の境界の所定の位置(終点とする)から出射される。このレーザーの始点および終点を通る直線を視線ともいう。また、プラズマに入射されるレーザー自体を視線ということもある。さらに、始点から終点への方向を視線方向ともいう。1つのプラズマに対して、始点および終点の異なる複数の視線が設定され得る。偏光計は、始点から直線偏光したレーザーを入射し、終点で偏光したレーザーを検出する。本実施形態の算出装置は、所定領域内に閉じ込められているプラズマ内部の磁場分布等を算出する。
図2は、本実施形態の算出装置の例を示す図である。算出装置100は、第1取得部102、第2取得部104、演算部106、比較部108、格納部110を有する。これらの機能部のうち、いずれか2以上の機能部が、1つの機能部として動作してもよい。例えば、第1取得部102および第2取得部104が、1つの取得部として動作してもよい。また、これらの機能部のうち、1つの機能部が複数の機能部として動作してもよい。
境界の位置情報(プラズマ領域の形状の情報)を取得する。これらの情報は、外部の装置(例えば、偏光計など)などから直接取得されてもよい。これらの情報は、演算部106、比較部108で使用されうる。
よい。また、格納部110は、プラズマ領域の境界の位置情報を格納する。境界の位置情報は、例えば、プラズマ領域の形状を覆う面の集合として与えられる。また、プラズマ領域の形状が、円筒座標系において、回転方向に依存しない場合、プラズマ領域の境界の位置情報は、円筒座標系におけるRZ面の閉曲線として与えられてもよい。また、当該閉曲線は、2座標(R、Z)の関係式として与えられてもよい。2座標の関係式として、例えば、(R−a)2+Z2=b2(a、bは、正の定数。b>aであれば、ドーナッツ形状)が挙げられる。また、当該閉曲線は、複数の点の座標と、これらを結ぶ線分の集合による閉曲線(多角形)として与えられてもよい。トカマクプラズマでは、例えば、プラズマがドーナッツ状の形状の真空容器内に閉じ込められる。
WS、Work Station)、サーバマシンのような専用のコンピュータを使用して実現可能である。また、算出装置100は、コンピュータを搭載した電子機器を使用して実現可能である。また、算出装置100は、スマートフォン、携帯電話、カーナビゲーション装置のような専用または汎用のコンピュータ、あるいは、コンピュータを搭載した電子機器を使
用して実現可能である。
クドライブ(HDD、Hard Disk Drive)である。また、二次記憶装置は、リムーバブル
メディア、即ち可搬記録媒体を含むことができる。リムーバブルメディアは、例えば、USB(Universal Serial Bus)メモリ、あるいは、CD(Compact Disk)やDVD(Digital Versatile Disk)のようなディスク記録媒体である。
図4は、算出装置100の動作フローの例を示す図である。
たレーザーの偏光の方位角、楕円率角、当該レーザーの始点および終点の位置情報、当該レーザーの波長、プラズマ領域の境界の位置情報を取得する(S101)。第1取得部102は、複数の視線についての方位角、楕円率角、始点および終点の位置情報を取得する。第1取得部102は、各視線についての、始点および終点における、方位角および楕円率角を取得する。始点における、レーザーの偏光の方位角および楕円率角は、例えば、プラズマに入射するレーザーの方位角および楕円率角として取得される。第1取得部102は、外部装置である偏光計から直接、レーザーの偏光の方位角、楕円率角、当該レーザーの始点および終点の位置情報を取得してもよい。プラズマ領域の境界は、最外殻磁気面ともいう。ここでは、プラズマ領域の境界面は、円筒座標系において、回転方向に依存しない形状をしているとする。即ち、プラズマ領域の境界面は、円筒座標系において、回転方向φに依存しないRZ面の閉曲線で与えられる。また、第1取得部102は、格納部110から、真空トロイダル磁場情報R0Bφ0(R0:径方向位置、Bφ0:R0での真空トロイダル磁場)を取得する。真空トロイダル磁場Bφは、次の式で表される。
を、B⊥は磁場Bのz方向に垂直な成分を、βはB⊥とy軸とのなす角を、λは光(レーザー)の波長を、meは電子の質量を、cは光速を表す。
プS101で得られたk番目の視線の方位角である。また、εE kはステップS104で
得られたk番目の視線の楕円率角、εG kはステップS101で得られたk番目の視線の楕円率角である。Nは視線の数(総数)である。ここで使用される方位角および楕円率角は、それぞれ、レーザーの出射側の位置における方位角および楕円率角である。χ2は、規格化されてもよい。ここでは、レーザーの入射側における、第1取得部102が取得した方位角および楕円率角と、演算部106がステップS104で演算した方位角および楕円率角とは、それぞれ、ほぼ同一であるとみなしている。χ2の式において、方位角θ、楕円率角εの代わりに、レーザーの入射側の方位角と出射側の方位角との差であるΔθ、レーザーの入射側の楕円率角と出射側の楕円率角との差であるΔεが使用されてもよい。χ2の代わりに、他の指標値が使用されてもよい。
使用されうる。演算部106は、ベクトルαを変更すると、変更後のベクトルαを用いて、ステップS103以降の算出を行う。
ここで、トロイダル電流密度jφのFおよびGの具体例を示す。
ここで、電子密度neの具体例を示す。
ここで、電子温度Teの具体例を示す。
図5、図6、図7は、本実施形態の算出装置の算出結果の具体例を示す図である。トカマクプラズマを想定し、本実施形態の算出装置により、磁場分布、電子密度分布、電子温度分布を求めた。図5のグラフは、磁場分布の例を示すグラフである。図5のグラフの横軸は円筒座標系の径方向を示し、縦軸は磁場を示す。図6のグラフは、電子密度分布の例を示す図である。図6のグラフの横軸は円筒座標系の径方向を示し、縦軸は電子密度を示す。図7のグラフは、電子温度分布の例を示す図である。図7のグラフの横軸は円筒座標系の径方向を示し、縦軸は電子温度を示す。各図のグラフにおいて、点線が本実施形態の算出装置による算出結果による分布であり、実線が真の分布である。各グラフにおいて、本実施形態の算出装置による算出結果による分布は、真の分布とほぼ一致する。
従来は、偏光計のデータからプラズマ内部の物理量の分布を推定する場合は方位角のみに着目していた。ファラデー効果の近似式を用いると、方位角は密度と視線に平行な磁場成分の積をその視線上で線積分した値となる。したがって、磁場分布が既知であるとして方位角から電子密度分布を算出するか(例えば、ヘリカル方式の核融合プラズマでは磁場が既知である)、もしくは他の電子密度分布計測装置(干渉計、反射計、トムソン散乱計など)から電子密度分布が既知であるとして方位角から磁場分布を算出するかをしていた。また、従来は偏光計のデータから簡便に電子密度を推定するために、偏光計のデータとして楕円率角を使用し、コットン・ムートン効果の近似式を用いて視線上での密度の線積分量を得ていた。
布の算出は、相対論効効果の影響が表れる電子温度領域(例えば、10keV以上)において、好適である。
102 第1取得部
104 第2取得部
106 演算部
108 比較部
110 格納部
Claims (6)
- プラズマに入射するレーザーの偏光の方位角、楕円率角、前記プラズマを通過したレーザーの偏光の方位角、楕円率角を取得する取得部と、
前記プラズマに入射するレーザーの偏光の前記方位角、前記楕円率角、前記プラズマを通過したレーザーの偏光の前記方位角と前記楕円率角とに基づいて、前記プラズマ中の磁場分布、電子密度分布、電子温度分布のうち1つ以上を算出する算出部と、
を備える算出装置。 - プラズマに入射するレーザーの偏光の方位角、楕円率角、前記プラズマを通過したレーザーの偏光の方位角、楕円率角を取得する取得部と、
前記プラズマに入射するレーザーの偏光の前記方位角、前記楕円率角、所定のパラメータを含む所定の数理モデルに基づいて前記プラズマを通過したレーザーの偏光の方位角および楕円率角をシミュレートし、当該方位角および当該楕円率角と前記取得部が取得した前記プラズマを通過したレーザーの偏光の前記方位角および前記楕円率角とに基づいて算出される指標値が所定値未満になるまで前記パラメータの値の変更を繰り返し、前記指標値が前記所定値未満の時の前記パラメータの値に基づいて前記プラズマ中の磁場分布、電子密度分布、電子温度分布のうち1つ以上を算出する算出部と、
を備える算出装置。 - コンピュータが、
プラズマに入射するレーザーの偏光の方位角、楕円率角、前記プラズマを通過したレーザーの偏光の方位角、楕円率角を取得するステップと、
前記プラズマに入射するレーザーの偏光の前記方位角、前記楕円率角、前記プラズマを通過したレーザーの偏光の前記方位角と前記楕円率角とに基づいて、前記プラズマ中の磁場分布、電子密度分布、電子温度分布のうち1つ以上を算出するステップと、
を実行する算出方法。 - コンピュータが、
前記プラズマに入射するレーザーの偏光の前記方位角、前記楕円率角、プラズマに入射するレーザーの偏光の方位角、楕円率角、前記プラズマを通過したレーザーの偏光の方位角、楕円率角を取得するステップと、
前記プラズマに入射するレーザーの偏光の前記方位角、前記楕円率角、所定のパラメータを含む所定の数理モデルに基づいて前記プラズマを通過したレーザーの偏光の方位角および楕円率角をシミュレートし、当該方位角および当該楕円率角と前記取得部が取得した前記プラズマを通過したレーザーの偏光の前記方位角および前記楕円率角とに基づいて算出される指標値が所定値未満になるまで前記パラメータの値の変更を繰り返し、前記指標値が前記所定値未満の時の前記パラメータの値に基づいて前記プラズマ中の磁場分布、電子密度分布、電子温度分布のうち1つ以上を算出するステップと、
を実行する算出方法。 - コンピュータに、
プラズマに入射するレーザーの偏光の方位角、楕円率角、前記プラズマを通過したレーザーの偏光の方位角、楕円率角を取得するステップと、
前記プラズマに入射するレーザーの偏光の前記方位角、前記楕円率角、前記プラズマを通過したレーザーの偏光の前記方位角と前記楕円率角とに基づいて、前記プラズマ中の磁場分布、電子密度分布、電子温度分布のうち1つ以上を算出するステップと、
を実行させる算出プログラム。 - コンピュータに、
プラズマに入射するレーザーの偏光の方位角、楕円率角、前記プラズマを通過したレーザーの偏光の方位角、楕円率角を取得するステップと、
前記プラズマに入射するレーザーの偏光の前記方位角、前記楕円率角、所定のパラメータを含む所定の数理モデルに基づいて前記プラズマを通過したレーザーの偏光の方位角および楕円率角をシミュレートし、当該方位角および当該楕円率角と前記取得部が取得した前記プラズマを通過したレーザーの偏光の前記方位角および前記楕円率角とに基づいて算出される指標値が所定値未満になるまで前記パラメータの値の変更を繰り返し、前記指標値が前記所定値未満の時の前記パラメータの値に基づいて前記プラズマ中の磁場分布、電子密度分布、電子温度分布のうち1つ以上を算出するステップと、
を実行させる算出プログラム。
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