高エネルギー・核融合科学研究部会
核融合研究班
Ⅰ．核融合研究班・参加研究者構成
Ⅱ．ネットワーク接続の概要
Ⅲ．核融合研究班・研究プロジェクト
Ⅳ．研究プロジェクトの研究内容
Ⅴ．まとめ
核融合科学研究所
計算機・情報ネットワークセンター

堀内 利得

Ⅰ．核融合研究班・参加研究者構成••••••••••••

班 長： 堀内利得（核融合科学研究所）
小川雄一、森川惇二（東大高温プラズマ研究センター）
高村秀一、大野哲靖（名大大学院工学研究科）
佐野史道、岡田浩之（京大エネルギー理工学研究所）
飯尾俊二、筒井広明（東工大原子炉工学研究所）
間瀬 淳、近木祐一郎（九大産学連携センター）
笹尾真実子、北島澄男（東北大大学院量子エネルギ工学研究科）
西野信博（広大大学院工学研究科）
藤本 孝、岩前 敦、有本 元（京大大学院エネルギー科学研究科）
小野 靖（東大大学院工学研究科）
西原功修、福田優子（阪大レーザーエネルギー学研究センター）
長山好夫、津田健三、江本雅彦、中西秀哉、駒田誠司、三戸利行、
田村 仁、柳 長門、増崎 貴、渡邊清政、川端一男、田中謙治、森崎友宏、西浦正樹、磯部光孝、後藤基志、成嶋吉朗、小森彰夫、
須藤 滋（核融合科学研究所）

Ⅱ．ネットワーク接続の概要

Ⅲ．核融合研究班・研究プロジェクト（１）1. LHD遠隔実験 (平成14年度〜)
2. 超伝導実験遠隔制御システム (平成13年度〜)
3. 大規模プラズマシミュレーション研究 (平成17年度以降予定)

Ⅲ．核融合研究班・研究プロジェクト（２）
課 題 名

機 関 名

共同研究者

共同研究者

1

(超伝導実験遠隔制御システム）
LHD磁場制御コイルなど高温超伝導コイルの定常プラズマ閉じ込め装置への応用

東京大学
高温プラズマ研究センター

小川 雄一
森川 惇二

三戸 利行
田村 仁
柳 長門

2

LHD周辺プラズマ揺動計測

名古屋大学大学院
工学研究科

高村 秀一
大野 哲靖

増崎 貴

3

LHDプラズマの閉じ込め特性

京都大学
エネルギー理工学研究所

佐野 史道
岡田 浩之

渡辺 清政

4

LHDミリ波計測遠隔実験九州大学
産学連携センター

間瀬 淳
近木 祐一郎

川端 一男
長山 好夫

5

干渉計による密度揺動計測

東京工業大学
原子炉工学研究所

飯 尾 俊 二
筒井 広明

田中 謙治

6

高速カメラを使ったプラズマ計測

広島大学大学院工学研究科

西野 信博

森崎 友宏

7

LHD高エネルギー粒子計測遠隔実験

東北大学大学院
量子エネルギー工学研究科

笹尾 真実子
北島 澄男

磯辺 光孝
西浦 正樹

8

LHDプラズマの分光学的研究

京都大学大学院
エネルギー科学研究科

藤本 孝
岩前 敦

後藤 基志

9

可視光トモグラフィーによる2次元イオン温度・流速分布計測

東京大学大学院
工学研究科

小野 靖

成嶋 吉朗

Ⅳ．研究プロジェクトの研究内容• 実験装置の巨大化、少数化••

LHD本体室S. Sudo: “Diagnostics on LHD”, EPS2003, St. Petersburg, 7/7-11/2003.

• 遠隔実験参加の時代
LHD
全超伝導コイル（磁場2.8T）
主半径 = 3.6 m, 小半径 = 0.6 m
プラズマ体積 = 30 m3
加熱
NBI
14 MW
ECRH
2.1 MW
ICRH
2.7 MWLHDの実験データ••

パソコンを用いた分散データ収集＋データベースによる一元管理
実験データ表示だけでも高速ネットワークが必要– ３分ごとに約2.5GB/shotの計測データ。ショット数：20shots/hr （ショット間隔＝3分）– データ量：圧縮後100GB超／日、DVD-Rで100枚超／週– 年間データ量：13.4TB（圧縮3.4TB） （第8サイクル）

データ量• （定常運転）データ量84GB/shotは核融合実験では世界一

Ⅳ．研究プロジェクトの研究内容（１）LHD実験遠隔参加システム
名大、京大(宇治、吉田）、九大、東工大、広大、東北大、東大と接続し、LHD実験にスーパーSINETを介して参画（２）超伝導実験遠隔制御システム
東大高温プラズマ研究センターと接続し、超伝導実験を遠隔運転（３）大規模プラズマシミュレーション研究
スーパーコンピュータ利用の共同研究（平成17年度以降）

（１）LHD遠隔実験参加システム概要

LHDｰLAN)• スーパーSINETの閉域性を利用して、遠隔地の研究室をLHD-LANに直結、LHD制御室分室として機能。
• 遠隔地研究室は所属大学LANとの接続不可、NIFS-LANを経由してインターネットと接続。
• クライアント機器接続制御、ウィルス対策などのセキュリティ対策を実施。

九大：

ミリ波イメージング装置によるLHD中心プラズマ揺動計測• マイクロ波（ミリ波帯）を用いて局所的な電子温度と電子密度の揺動を測定。
• プラズマ拡散がランダム運動だけなら核融合も簡単にできるが、現実はそうではない。
• 乱流構造がプラズマ拡散を支配（異常拡散）• ミリ波イメージング計測により乱流構造の解明を目指す。

ECR

ωceR

• 大学で計測器を開発し、LHDに設置、大学から遠隔操作する。

九大：ミリ波イメージング装置によるLHDプラズマ揺動計測• 九州大学側から制御用ソフトウェアを用いて、核融合科学研究所本体棟内に設置したUSRMシステムのリアルタイム遠隔制御とデータ取得を実行。

九大：Graphical User Interface （MATLAB-GUI）

The USRM system display at Kyushu University. The system iscontrolled by using GPIB.

九大：Profile Reconstruction Using Signal Record Analysis

京大：エネルギー理工学研究所
LHD実験に総合的に参加。
•••

京都大学（宇治）は日本のヘリカル研究の発祥地
LHDデータベースに自由にアクセス、データ解析を実行。
大画面TVによるLHDプラズマのモニターで制御室の雰囲気。

スーパーＳＩＮＥＴ
用ルータ
接続装置
ルータ
計測器

スーパーＳＩＮＥＴ
用ルータ
京大KUINS
ファイバー

42“ PDP

接続装置
ルータ

ユーザー用端末

無停電電源
ビデオ配信用
サーバ計算機

ＮＩＦＳ側システム

データ取得用計算機

ビデオ受信用計算機

京大エネルギー理工学研究所側システム

京大：LHDプラズマの閉じ込め特性
・目 的
LHDプラズマの閉じ込め特性を評価し、閉じ込め改善についての知見を得る

・Attach → Detach に伴うHα線スペクトルの変化
Rax=3.65 m

・研究課題
Hα線スペクトルプロファイルの微細測定による周辺領域の中性粒子挙動の解明
高速イオン励起MHD不安定性の特性研究

Attach Phase ではプロファイルの裾野がBroadComponent （〜20 eV）で決まるが、Detach Phase ではその寄与が小さくなりスペクトル全体に対してNarrowComponentの寄与が支配的になる
Detach Phase では中心波長のシフトがほとんど観測されない
遠隔操作によるデータ取得は可能
京大側サーバ（kycl1）からNIFS側Hα計測用サーバ（kechell1）をスーパーSINETを用いて遠隔操作

今後は分光器の設定（スリット幅等）を遠隔調整できるシステムの構築に着手する

名大：LHD周辺プラズマ揺動計測
プラズマの塊の吐き出し現象の観測名大： LHD周辺プラズマ揺動計測
LHD周辺揺動のマルチフラクタル性Not a Brownian-likeprocess:structure function ofincrements has nonlinear scalingM(q,l)= 〈⏐δlX ⏐q 〉~lζ(q)ζ(q)=qH-λ2q2

PDF of increments
δlX=X(t+l)-X(t)PDF,l=300

T- λ2 diagram

PDF,l=1E(p-1)/p E 1/pE

Multifractal cascading
process – deviationfrom Kolmogorov’s
monofractal cascade

multifractality parameter λ2
Coarse time scale of ~50-100 µs in the process:coherent structures scale

名大：LHD周辺プラズマ揺動計測

Bursts waiting-time statistics: examination of SOC

Waiting- time is not a Poisson process.
Hierarchy of scales and parabolic scaling of moments:
evidence of multifractal time in the bursty process (LHD).
No clear signature of SOC paradigm (scaling of PDF waiting time statistics ≠-1)

広大：高速カメラを使ったプラズマ計測
周辺プラズマにおけるフィラメント構造の観測• LHDプラズマを囲む２つの曲面の交差部分がX字に輝く。
• LHDで初めて、交差部分付近で活発に運動するフィラメント構造が観測された。

・平成15年度末スーパーSINET接続、平成16年度から遠隔操作開始。

LHD内部

接線方向からの撮影（ 毎秒40,500フレーム）

東工大： CO2レーザー干渉計を用いた密度揺動計測
核融合科学研究所
Layer-3 Switch
1000base-T

東工大・原子炉研
SuperSINET
1Gbps

PV-WAVE

Beam3 Beam2 Beam1
Detection
optics area

Port1

11.69

Port2

M6 M547 M45X1
M6 M5 M5X16 M4

Vertical slab
beamsU‚

M3
M5
M5 M3 U‚M3
M5 M35 U‚

M4
M6 M5X16 M5 M5X16 M4

sy-15 M
A5 M
5M465
75
M4M45675 M6 M5X16 M5 M5X1 M4S‚l 6U‚

5 M
M
5sy-15 M
A
5 M
5sy-15
ALocalU‚

3M5 S‚TQwl

M53 U‚

M3S‚l

M3S‚TQwl

6 ™
M
“`R
5 V W
‚|M
f‚l

CO2 laser`‚ “S™
Q
‚|P
4 M
M
44 M
M
444 M
M

6 M
M
66 M
M
61.0

4 M
M
44 M
M
44 M
M
4“`R™
8 V
‚|M
“`R
™
8 V
‚|M

S‚l
4 M
M
44 M
M
4YAG laser

6M

6 M
M
6 M
6S‚l

E T
P
S
M
U
R
C A N
Z R
LY
A
Esy-139A
6M

1.0

SpectrometerFIR I nterferometerh ousing(m)

CO2レーザー干渉計システム

RetrievePC

LHD data server

Port3

Layer-3 Switch

PV-WAVEによる、スペクトル解析例

（２） 東大：超伝導実験遠隔制御システム（相互交流型共同研究）• 核融合研究所の超伝導技術の普及。
• 核融合研究所から東大の超伝導実験を遠隔運転する。
• セキュリティのため閉域ネットワーク。

スーパーSINET

東大高温プラズマセンター

（３）大規模プラズマシミュレーション研究(平成17年度以降)•••

核融合研は阪大レーザーエネルギー学研究センターのレーザー核融合実験をサポート（平成17年度から）。
核融合研シミュレーションセンターの大型計算機を用いた大規模シミュレーションを開始。
レーザー核融合は超新星のモデル実験としても有効。

PWM for heating
1 beam / 50-60J
1.053 mm / 0.8ps

GXII for implosion
9 beams / 1.2kJ
0.53 mm/
1ns Gaussian/with RPP

高速点火実験：圧縮プラズマを追加熱。桁違いの高効率化。

平成17年度研究計画•LHD実験遠隔参加機関の増設– 日本原子力研究所那珂研究所大型トカマク開発部• 「トーラスプラズマの総合的理解」– 東京大学大学院新領域創成科学研究科（高瀬教授）• 「高周波加熱・電流駆動実験」•ST（球形トカマク）研究プログラム（新規）– 核融合科学研究所双方向共同研究– ST実験装置を共有し、全国から実験参加– 平成17年度参加機関• 東京大学大学院・新領域創成科学研究科• 東京大学大学院・工学研究科• 京都大学大学院・エネルギー科学研究科

Ⅴ. まとめ• 少数化・巨大化する核融合実験では共同研究・遠隔実験参加が時代の流れ– LHD（日本）、ITER（世界）、ST研究– データ・装置の共有、実験への参画– データ量も巨大化 （LHD: 84GB/shot）• 高速画像計測、長パルス実験（３秒→15分）– スーパーSINETにより核融合実験遠隔参加が可能になる。

• スーパーSINETは日本の核融合研究のバックボーンとして期待––––

遠隔地研究室にLHD実験LANを延長（閉域接続、平成15年度末）
遠隔地研究室はLHD制御室と同じネットワーク環境を実現
セキュリティ強化（端末接続、ワクチン等）増加するLHD遠隔実験参加• （平成15年度まで） 京大（宇治）、名大、九大、広島大、東北大、東工大• （平成16年度）
東大（本郷）、京大（吉田）• （平成17年度計画） 原研、東大（柏、本郷）• 新しい共同研究– 大学の法人化に伴い核融合研究所が全国大学核融合研究の支えに– 大型シミュレーション研究（双方向共同研究）• （平成17年度以降） 阪大レーザーエネルギー学研究センター– ST（球形トカマク）研究（双方向共同研究）– 相互交流型共同研究• （平成13年度）
東大「超伝導磁気浮上プラズマ閉じ込め」