核融合エネルギーにおける重要課題を解決(University of Texas-led Team Solves a Big Problem for Fusion Energy)

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2025-05-05 テキサス大学オースティン校 (UT Austin)

核融合エネルギーにおける重要課題を解決(University of Texas-led Team Solves a Big Problem for Fusion Energy)
Predicted motions of hundreds of particles in a fusion reactor. The motions predicted with the new method (orange, red) agree very closely with those predicted by Newton’s laws (blue, green), but can be calculated 10 times faster. Image credit: University of Texas at Austin.

テキサス大学オースティン校を中心とする研究チームは、核融合炉内で高エネルギー粒子(特にアルファ粒子)を効率的に閉じ込める新手法を開発し、70年にわたる課題を解決しました。従来、磁場の「穴」を特定するには高精度だが計算負荷の高いニュートン力学や、計算効率は良いが精度に欠ける摂動理論が用いられていました。今回の研究では、対称性理論に基づく非摂動的なガイドセンターモデルを導入し、従来の10倍の速さで高精度な解析が可能となりました。この手法は、ステラレーター型核融合炉の設計における大きな進展であり、トカマク型炉の「ランナウェイ電子」問題への応用も期待されています。研究成果は『Physical Review Letters』に掲載され、核融合エネルギーの実用化に向けた重要な一歩と評価されています。

<関連情報>

超音速パンクヒール可能で衝撃に強い共有結合適応ネットワーク Nonperturbative Guiding Center Model for Magnetized Plasmas

J. W. Burby,I. A. Maldonado,M. Ruth,D. A. Messenger,L. Carbajal
Physical Review Letters  Published: 30 April, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.175101

Abstract

Perturbative guiding center theory adequately describes the slow drift motion of charged particles in the strongly magnetized regime characteristic of thermal particle populations in various magnetic fusion devices. However, it breaks down for particles with large-enough energy. We report on a data-driven method for learning a nonperturbative guiding center model from full-orbit particle simulation data. We show the data-driven model significantly outperforms traditional asymptotic theory in magnetization regimes appropriate for fusion-born particles in stellarators, thus opening the door to nonperturbative guiding center calculations.

1701物理及び化学
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