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Scaling laws of the energy confinement time in stellarators without renormalization factors

A. Murari, E. Peluso, J. Vega, J.M. García-Regaña, J.L. Velasco, G. Fuchert, M. Gelfusa2021年被引用 2Nuclear FusionIF 3出版社

The most widely accepted unified scaling law for the energy confinement time in stellarators is a power law that contains a normalization factor for each individual device (and even for each sufficiently different magnetic configuration in a single machine). In the last decade, new and very powerful data analysis tools, based on symbolic regression (SR) via genetic programming (GP), have become quite consolidated and have provided very interesting results for tokamak configurations. The first application of SR via GP to the largest available multimachine stellarator database permits us to relax the power law constraint as an alternative to the use of renormalization factors. This approach, implemented with well-understood model selection criteria for the fitness function based on information theory and Bayesian statistics, has allowed convergence on very competitive global scaling laws, which present exponential terms, but do not contain any renormalization coefficient. Moreover, the exploratory application of SR via GP has revealed that the two main types of magnetic topology, those with and without shear, can be much better interpreted using two different models. The fact that these new scaling laws have been derived without recourse to any renormalization increases their interpretative value and confirms the dominant role of turbulence in determining the confinement properties of the stellarator. On the other hand, the techniques developed emphasise the need to improve the statistical basis before drawing definitive conclusions and providing reliable extrapolations.

日本語訳

最も広く受け入れられているステラレーターのエネルギー閉じ込め時間に関するスケーリング則は、各装置ごとの規格化因子を含むベキ則であり、さらに各装置内の磁気配位の違いに対しても個別の規格化因子を必要とする。過去10年間にわたり、記号回帰(SR)と遺伝的プログラミング(GP)に基づく新しく強力なデータ解析手法が確立され、トカマク研究において顕著な成果を挙げてきた。本稿では、最大級の多装置ステラレーターデータベースに対してSRを初めて適用した結果について報告する。このアプローチにより、従来のベキ則に内在する規格化因子への依存を排除することが可能となった。情報理論とベイズ統計に基づくモデル選択基準を適用した結果、指数項を含むが規格化係数を一切含まない、極めて競争力のある大域的スケーリング則が得られた。さらに、SRの探索的適用により、せん断の有無という2つの主要な磁気トポロジーに対して、それぞれ異なるスケーリング則を用いる方が、単一のスケーリング則を用いるよりも大幅に優れた記述が可能であることが明らかになった。これらの新スケーリング則は規格化係数を一切含まずに導出されたことから、その解釈可能性が高まり、ステラレーターの閉じ込め特性を決定する上で乱流が支配的な役割を果たすという知見が裏付けられた。一方で、より確定的な結論と信頼性の高い外挿を得るためには、データベースの統計的充実が不可欠であることも明らかとなった。

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StellaratorEnergy confinementConfinement time
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