論文の概要: Learning Plasma Dynamics and Robust Rampdown Trajectories with Predict-First Experiments at TCV

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.12327v1
• Date: Mon, 17 Feb 2025 21:19:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-19 14:07:27.100083
• Title: Learning Plasma Dynamics and Robust Rampdown Trajectories with Predict-First Experiments at TCV
• Title（参考訳）: TCVにおける予測第一実験によるプラズマダイナミクスとロバストランプダウン軌道の学習
• Authors: Allen M. Wang, Alessandro Pau, Cristina Rea, Oswin So, Charles Dawson, Olivier Sauter, Mark D. Boyer, Anna Vu, Cristian Galperti, Chuchu Fan, Antoine Merle, Yoeri Poels, Cristina Venturini, Stefano Marchioni, the TCV Team,
• Abstract要約: 我々はScientific Machine Learningの最近の進歩を活用し、トカマクランプダウン中のプラズマ力学を予測するニューラルステートスペースモデル(NSSM)を開発した。 NSSMは、反応器内の5パルスのみを含む311パルスの控えめなデータセットから、ランプダウン中のプラズマ力学を効率よく学習する。 TCVによる高性能プラズマの昇圧実験では、プラズマ終端における電流とエネルギーの統計的に有意な改善が見られ、連続的な再学習による速度の向上が見られた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 37.922926147647544
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• Abstract: The rampdown in tokamak operations is a difficult to simulate phase during which the plasma is often pushed towards multiple instability limits. To address this challenge, and reduce the risk of disrupting operations, we leverage recent advances in Scientific Machine Learning (SciML) to develop a neural state-space model (NSSM) that predicts plasma dynamics during Tokamak \`a Configuration Variable (TCV) rampdowns. By integrating simple physics structure and data-driven models, the NSSM efficiently learns plasma dynamics during the rampdown from a modest dataset of 311 pulses with only five pulses in the reactor relevant high performance regime. The NSSM is parallelized across uncertainties, and reinforcement learning (RL) is applied to design trajectories that avoid multiple instability limits with high probability. Experiments at TCV ramping down high performance plasmas show statistically significant improvements in current and energy at plasma termination, with improvements in speed through continuous re-training. A predict-first experiment, increasing plasma current by 20\% from baseline, demonstrates the NSSM's ability to make small extrapolations with sufficient accuracy to design trajectories that successfully terminate the pulse. The developed approach paves the way for designing tokamak controls with robustness to considerable uncertainty, and demonstrates the relevance of the SciML approach to learning plasma dynamics for rapidly developing robust trajectories and controls during the incremental campaigns of upcoming burning plasma tokamaks.
• Abstract（参考訳）: トカマク操作のランプダウンは、プラズマが複数の不安定な限界に向かってしばしば押されるフェーズをシミュレートするのは難しい。 この課題に対処し、運用を中断するリスクを低減するために、SciML(SciML)の最近の進歩を活用して、トカマク・ア・コンフィグレーション・ヴァリタブル(TCV)のランプダウン中にプラズマ力学を予測する神経状態空間モデル(NSSM)を開発する。 単純な物理構造とデータ駆動モデルを統合することで、NSSMは反応器内の5パルスのみの311パルスの質素なデータセットから、ランプダウン中のプラズマ力学を効率よく学習する。 NSSMは不確実性間で並列化され、高確率で複数の不安定な限界を避けるための設計軌道に強化学習(RL)が適用される。 TCVによる高性能プラズマの昇圧実験では、プラズマ終端における電流とエネルギーの統計的に有意な改善が見られ、連続的な再学習による速度の向上が見られた。 予測第一の実験は、ベースラインからプラズマ電流を20%増加させ、NSSMがパルスを終了させる軌道を設計するのに十分な精度で小さな外挿を行う能力を示している。 提案手法は, トカマク制御を頑健性, 不確実性に設計する方法を開拓し, プラズマ力学の学習におけるSciML手法の有効性を実証するものである。

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