Artist impression van de JT60 SA, een gezamenlijk internationaal fusie-experiment dat wordt gebouwd en geëxploiteerd door Japan en Europa, in Naka, Japan. Copyright: ©F4E
ASTI maakt digitale tweelingcontrole van fusieplasma's mogelijk
Fusie-energie, lang beschouwd als een potentieel antwoord op wereldwijde energieproblemen, is gebaseerd op de magnetische opsluitingsmethode om plasma met ultrahoge temperaturen binnen een magnetisch veld te houden. Deze benadering staat aan de top van de fusiereactortechnologie. De sleutel tot het realiseren van deze methode van energieopwekking ligt in het vermogen om het complexe gedrag van fusieplasma te voorspellen en te beheersen. Traditionele methoden hebben geworsteld met de complexiteit van de plasmastroom en verschillende beïnvloedende factoren zoals verhitting, brandstoftoevoer, onzuiverheden en neutrale deeltjes.
De onderzoeksgroep, die bestaat uit de assistent-professoren Naoki Kenmochi en Hisamichi Funaba, de professoren Masayuki Yokoyama en Masaki Osakabe van het NIFS en professor Genta Ueno van het Instituut voor Statistische Wiskunde, heeft deze uitdagingen overwonnen met de ontwikkeling van een nieuw regelsysteem. Dit systeem, dat in staat is om voorspellende modellen te optimaliseren door middel van real-time observaties, betekent een grote sprong voorwaarts in de fusiereactortechnologie.
Centraal in deze ontwikkeling staat ASTI (Assimilation System for Toroidal plasma Integrated simulation), een data-assimilatiesysteem op maat voor fusieplasma. Data-assimilatie, een wiskundige methode die vaak wordt gebruikt in grootschalige simulaties zoals weersvoorspellingen, integreert waargenomen informatie om verschillen tussen simulaties en de werkelijkheid met elkaar in overeenstemming te brengen. Door controlefuncties in dit raamwerk op te nemen, maakt ASTI digitale tweelingcontrole van fusieplasma’s mogelijk. Dit maakt real-time aanpassing van simulatiemodellen aan het werkelijke gedrag van fusieplasma mogelijk, waardoor nauwkeurige voorspellingen en regeling op basis van deze voorspellingen mogelijk worden.
De effectiviteit van het systeem is bewezen in de Large Helical Device (LHD), ’s werelds toonaangevende experimentele supergeleidende plasmafaciliteit in Japan. De LHD, uitgerust met een krachtige elektronencyclotronresonantieverwarming en geavanceerde meetsystemen zoals real-time Thomson-verstrooiing, bood een ideale omgeving voor dit baanbrekende experiment. Onderzoekers controleerden de elektronentemperatuur van het werkelijke plasma en optimaliseerden het voorspellende model op basis van de waargenomen elektronendichtheid en temperatuurprofielen. Dit leidde tot de succesvolle demonstratie van voorspellende controle van fusieplasma door een digitale tweeling, een primeur in zijn soort.
Assistent professor Morishita: “Ik geloof dat dit onderzoek uitdagend maar belangrijk is voor de realisatie van fusie-energieopwekking. Het was ook een goede gelegenheid voor mij, die gespecialiseerd is in numerieke modelberekeningen, om voor het eerst fusieplasma-experimenten mee te maken en me het verschil tussen werkelijkheid en simulatie te realiseren. In de toekomst zou ik dit besturingssysteem graag als basis voor de besturing van fusiereactoren willen gebruiken.”
Het volledige artikel is te vinden op de website van Energy-daily.com