貝葉斯反卷積在EAST電荷交換復(fù)合光譜分析中的應(yīng)用

江 堤 李穎穎 尹相輝,3 符 佳 張 凌 呂 波 徐國(guó)盛 高 翔

貝葉斯反卷積在EAST電荷交換復(fù)合光譜分析中的應(yīng)用

江 堤1,2李穎穎2尹相輝2,3符 佳2張 凌2呂 波2徐國(guó)盛2高 翔2

1（安徽大學(xué) 物理與材料科學(xué)學(xué)院 合肥 230601）
2（中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所 合肥 230031）
3（中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院 合肥 230026）

電荷交換復(fù)合光譜(Charge eXchange Recombination Spectroscopy, CXRS)診斷是核聚變裝置上測(cè)量等離子體離子溫度和旋轉(zhuǎn)速度的常規(guī)診斷之一。然而在實(shí)驗(yàn)中，診斷光通過(guò)光譜儀后，由于儀器函數(shù)的卷積效應(yīng)，會(huì)使測(cè)量到的光譜出現(xiàn)明顯展寬，影響數(shù)據(jù)處理的精度，所以需要對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量到的光譜進(jìn)行反卷積處理。本文采用的反卷積方法是基于貝葉斯條件概率公式推導(dǎo)得出，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)燈獲取的儀器函數(shù)來(lái)進(jìn)行反卷積，分別從仿真和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面驗(yàn)證了該方法的可靠性。結(jié)果表明將貝葉斯反卷積運(yùn)用到先進(jìn)實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)托卡馬克(Experimental Advanced Superconducting Tokamak, EAST)電荷交換復(fù)合光譜分析中，能有效提高實(shí)驗(yàn)測(cè)量精度。結(jié)合快速極紫外譜儀(Extreme ultraviolet, EUV)，對(duì)EAST實(shí)驗(yàn)中經(jīng)過(guò)貝葉斯反卷積后測(cè)量到的光譜進(jìn)行了雜質(zhì)譜線識(shí)別工作，進(jìn)一步提高了精度。

貝葉斯反卷積，電荷交換復(fù)合光譜，儀器函數(shù)，雜質(zhì)譜線識(shí)別

1977年，Isler[1]首次在橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室托卡馬克裝置上觀察到氫中性束與完全剝離的氧離子發(fā)生電荷交換產(chǎn)生的譜線，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，電荷交換復(fù)合光譜(Charge eXchange Recombination Spectroscopy, CXRS)診斷逐步發(fā)展成為核聚變裝置上測(cè)量等離子體離子溫度和旋轉(zhuǎn)速度的常規(guī)診斷之一[2-7]。CXRS診斷是通過(guò)測(cè)量注入的高能氘(D)中性粒子與等離子體中完全電離的碳離子(C6+)電荷交換所輻射出的CVI (529.059 nm，n=8→7)譜線的多普勒展寬和頻移分別計(jì)算等離子中 C6+雜質(zhì)的溫度以及旋轉(zhuǎn)速度。在實(shí)際測(cè)量中，除了譜線本身的多普勒展寬外，光譜儀儀器展寬的影響不可避免，其與真實(shí)光譜的卷積會(huì)導(dǎo)致譜線明顯變寬，需要通過(guò)反卷積的方法將儀器函數(shù)扣除，還原真實(shí)譜線，進(jìn)而提高離子溫度的測(cè)量精度。關(guān)于反卷積算法，此前很多人使用過(guò)MAP (Maximum a Posteriori)算法[8-9]、Gold算法[10]、盲反卷積[11-12]等方法進(jìn)行處理。但是這些算法在數(shù)據(jù)處理上存在一定缺陷，如MAP方法的缺點(diǎn)就是會(huì)存在數(shù)據(jù)擬合過(guò)度，致使算法失效等；Gold算法存在收斂速度慢導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題；而盲反卷積則會(huì)產(chǎn)生噪聲放大等問(wèn)題。本文采用了貝葉斯方法[13-15]進(jìn)行光譜的反卷積，這種方法不僅可以使我們更容易得到一些相關(guān)的先驗(yàn)信息，而且可以有效地避免病態(tài)問(wèn)題，同時(shí)可以使用控制迭代次數(shù)的方法有效控制噪聲放大問(wèn)題。

本文首先介紹實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，包括先進(jìn)實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)托卡馬克(Experimental Advanced Superconducting Tokamak, EAST)[16]以及EAST上邊界CXRS系統(tǒng)的系統(tǒng)介紹、儀器函數(shù)的獲取以及從貝葉斯條件概率公式推導(dǎo)出貝葉斯反卷積的表達(dá)式，然后再分別從仿真模擬以及EAST實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證貝葉斯反卷積方法的可行性，最后對(duì)經(jīng)過(guò)反卷積處理后的實(shí)驗(yàn)光譜進(jìn)行譜線擬合，并進(jìn)行了相應(yīng)的雜質(zhì)譜線識(shí)別工作。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

EAST具體參數(shù)：大半徑R約為1.752 m，小半徑a約為0.45 m，縱場(chǎng)BT=1.5-3.0 T，等離子體電流Ip約為1 MA，并且可以在下單零、雙零、上單零三種偏濾器位形下運(yùn)行。EAST內(nèi)真空室第一壁材料采用鉬，上下偏濾器分別采用鎢和碳材料，輔助加熱天線材料涉及不銹鋼和銅。另外內(nèi)真空室還可能存在壁處理殘余氣體氦和氧，或進(jìn)行了鋰和硅涂層壁處理，診斷及特殊實(shí)驗(yàn)時(shí)注入氬。因此放電過(guò)程等離子體中可能存在的本征雜質(zhì)和注入雜質(zhì)涵蓋了從低Z到高Z元素He、Li、C、O、Si、Ar、Fe、Cu、Mo和W等。

EAST上邊界 CXRS診斷系統(tǒng)(edge CXRS, eCXRS)布局如圖1所示。EAST上同向中性束注入系統(tǒng)位于A窗口赤道面上[17]，eCXRS系統(tǒng)位于 P窗口水平中平面上，主要由遠(yuǎn)心聚焦鏡頭、光纖束、光譜儀[18]（鏡頭F數(shù)為2.8，焦距f=400 mm，光柵刻線為 2160 mm-1）以及電子倍增電荷耦合元件(Electron Multiplying Charge Coupled Device, EMCCD)構(gòu)成。

光譜儀是將成分復(fù)雜的光分解為光譜線的科學(xué)儀器。在實(shí)際操作當(dāng)中光譜儀本身不可避免地存在衍射效應(yīng)，又總是在一定縫寬下使用，此外還存在像差、儀器調(diào)整誤差、探測(cè)器像元有限尺寸等影響，這些會(huì)使在焦平面上的探測(cè)器陣列測(cè)得的光譜發(fā)生變形現(xiàn)象，如譜線變寬等。對(duì)于線性系統(tǒng)，這種效應(yīng)在數(shù)學(xué)上可以用卷積運(yùn)算來(lái)描述，光譜儀對(duì)信號(hào)加工所用信息可以用一個(gè)稱(chēng)為儀器函數(shù)(Instrument Function, IF)的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，測(cè)量信號(hào)就是真實(shí)信號(hào)與儀器函數(shù)的卷積加上噪聲。因此為了得到真實(shí)的譜線，需要進(jìn)行反卷積處理。同時(shí)需要選擇離待測(cè)譜線靠近的標(biāo)準(zhǔn)燈譜線，才能準(zhǔn)確地進(jìn)行反卷積。本文采用的IF是使用標(biāo)準(zhǔn)燈氖光源發(fā)出的Ne I譜線進(jìn)行譜線擬合得到，并且選取的Ne I譜線（即λ=529.8189 nm）盡量靠近診斷需要測(cè)量的 CVI (529.059 nm，n=8→7)譜線，整個(gè)光譜采用同一個(gè)IF函數(shù)來(lái)進(jìn)行反卷積。

獲取IF的方法如圖2所示，將氖標(biāo)準(zhǔn)燈光源通過(guò)短光纖向光譜儀端打光，利用CCD相機(jī)采集Ne譜線。CCD相機(jī)上對(duì)應(yīng)通道采集結(jié)果如圖3所示，對(duì)應(yīng)譜線分別為 530.4756nm、529.8189nm、528.0085nm、527.4039nm Ne I一級(jí)譜線以及263.8095nm Ne I二級(jí)譜線。選取第二條Ne I譜線(λ=529.8189nm)，使用矩陣函數(shù) Ii進(jìn)行擬合：。其中：Ai為相應(yīng)的振幅；xi為對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)位置；Bi為加入的本底噪聲；b代表1/e寬度；s值越大表明越接近矩形函數(shù)。并對(duì)面積歸一化且歸一化后中心位置為0后可以得到儀器函數(shù)。

圖1 邊界電荷復(fù)合交換診斷系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic layout of the eCXRS system on EAST.

圖2 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)燈Ne獲取IFFig.2 Wavelength calibration by neon pen ray lamp.

圖3 氖光源標(biāo)準(zhǔn)燈光譜圖以及對(duì)面積歸一化后的光譜儀儀器函數(shù)Fig.3 Spectrum of NeI lines and normalized IF I(x).

通過(guò)擬合得出 eCXRS的光譜儀儀器函數(shù)展寬半高全寬在11個(gè)像素點(diǎn)左右，將其視為多普勒展寬換算成離子溫度，對(duì)應(yīng)的溫度將達(dá)到117.8 eV，若將其疊加到邊界離子溫度上，這對(duì)于邊界離子溫度診斷會(huì)是一個(gè)很大的影響，因此不能忽略?xún)x器函數(shù)對(duì)原始光譜的卷積效應(yīng)，需要對(duì)其進(jìn)行反卷積處理。

1.2 實(shí)驗(yàn)算法

貝葉斯條件概率公式為：

式中：P(A/B)代表事件A在事件B條件下發(fā)生的可能性；P(A)、P(B)代表事件A和事件B單獨(dú)發(fā)生的可能性。

式(1)可改寫(xiě)為：

式中：A代表所測(cè)量的數(shù)據(jù)；T代表真實(shí)的數(shù)據(jù)。通過(guò)計(jì)算可以得出：

式(2)為概率公式，其中P(Ti)、P(Ak)、αi、P(Ak/Ti)同它們的測(cè)量可以通過(guò)矩陣方法表示為：

以上各式帶入式(2)可得：

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 仿真實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證貝葉斯反卷積算法的可行性，首先進(jìn)行仿真模擬。如圖4所示，模擬中包含的噪聲為光子散粒噪聲，由MATLAB產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布偽隨機(jī)數(shù)的函數(shù)產(chǎn)生，卷積公式為：

式中：y(x)代表卷積后光譜；o(x)代表模擬的原始光譜；IF(x)代表儀器函數(shù)；n(x)代表光子散粒噪聲。圖4中虛線代表模擬的原始光譜，實(shí)線為卷積后的光譜。

圖4 仿真原始光譜以及卷積后光譜Fig.4 Spectra comparison before and after convolution.

下面通過(guò)貝葉斯反卷積算法、已知的仿真 y(x)和IF(x)反卷積出o(x)，同時(shí)采用Savitzky-Golay算法進(jìn)行平滑處理，通過(guò)模擬仿真來(lái)驗(yàn)證貝葉斯反卷積算法的可行性。

反卷積結(jié)果如圖5所示，實(shí)線代表包含噪聲的原始光譜，虛線則代表貝葉斯反卷積隨著迭代次數(shù)反卷積后的光譜?？梢钥闯觯诘螖?shù)不高時(shí)，如圖 5(a-c)所示，隨著迭代次數(shù)增加，反卷積后的光譜逐漸趨近于原始光譜。但是隨著迭代再次增加，如圖5(d-f)所示，在迭代次數(shù)增加到50、100、500次，發(fā)現(xiàn)反卷積后的光譜反而偏離真實(shí)譜線，如圖5(d-f)中箭頭所示，在此部分區(qū)域發(fā)生明顯的光譜變形。因此需要對(duì)貝葉斯反卷積迭代次數(shù)進(jìn)行估計(jì)。

圖5 反卷積過(guò)程中光譜變化(a) 迭代1次，(b) 迭代10次，(c) 迭代20次，(d) 迭代50次，(e) 迭代100次，(f) 迭代500次Fig.5 Change of spectra during iteration. (a) Iteration number 1, (b) Iteration number 10, (c) Iteration number 20, (d) Iteration number 50, (e) Iteration number 100, (f) Iteration number 500

采用誤差平方和(Squares Sum of Estimation, SSE)來(lái)判定最佳迭代次數(shù)，SSE的判定公式為：

式中：TN(x)表示第N次迭代后的反卷積譜線；o(x)對(duì)全局域（模擬中為像素點(diǎn)1-512）作 log(SSE)來(lái)判定合理的迭代次數(shù)。同時(shí)模擬實(shí)驗(yàn)中離子溫度為1 keV、0.5 keV、0.2 keV以及0.1 keV的情況，所對(duì)應(yīng)的半高全寬分別為32.01、22.63、14.31、10.12像素點(diǎn)來(lái)判斷迭代次數(shù)是否會(huì)有相應(yīng)的變化，所得結(jié)果如圖6所示?？梢钥闯觯S著迭代次數(shù)的增加誤差會(huì)減小，但是并不是每個(gè)離子溫度所需要的迭代次數(shù)都相同，會(huì)呈現(xiàn)離子溫度越低所需要迭代次數(shù)越高才能到達(dá)較理想的效果，例如離子溫度在1keV時(shí)迭代次數(shù)在10左右就會(huì)達(dá)到理想反卷積結(jié)果，而離子溫度在0.1 keV時(shí)則需要提高迭代次數(shù)至25左右才會(huì)達(dá)到理想的反卷積結(jié)果。因此具體的迭代次數(shù)的選擇還需要考慮離子溫度的大致情況來(lái)決定。

圖6 不同離子溫度情況下隨著迭代次數(shù)增加log(SSE)的大小Fig.6 Change of log(SSE) during iteration by different ion temperature.

2.2 EAST實(shí)驗(yàn)

從仿真模擬結(jié)果可以看出，貝葉斯反卷積在合理的迭代次數(shù)下可以將譜線進(jìn)行有效的還原，下面將此方法運(yùn)用到實(shí)際的EAST實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證此方法在實(shí)際操作中的可行性。選取 EAST放電炮號(hào)為57116，基本放電參數(shù)如圖7所示，如等離子體電流平頂區(qū)為500 kA，圖7中信號(hào)名VJHPEV4表示在1.5 s充入氬氣，同向中性束左源注入時(shí)間為2.1-6.6s，反卷積所選取時(shí)刻點(diǎn)為6.171 5 s，如圖7中豎直虛線所示，取自中性束注入時(shí)刻點(diǎn)。同時(shí)此炮除了包含有中性束注入外還存在 2.45 GHz以及4.6 GHz低雜波(Lower hybrid wave, LHW)加熱。

圖7 EAST 57116炮放電主要參數(shù)Fig.7 Time traces of the main parameters for discharge (#57116) on EAST.

所選取觀測(cè)道為 eCXRS系統(tǒng)最外側(cè)觀測(cè)弦，其與同向中性束左源中心處交點(diǎn)由空間標(biāo)定可知大半徑為2 310 mm[19-20]。通過(guò)波長(zhǎng)和CCD相機(jī)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系[21]，使用二次多項(xiàng)式擬合，得到：

y=(-3.2581×10-7)x2-0.01155x+530.7708 (4)式中：x代表CCD上像素點(diǎn)位置；y為x像素點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)值。相應(yīng)關(guān)系如圖8所示，圖8中五角形代表圖3中對(duì)應(yīng)的5個(gè)不同波長(zhǎng)的Ne I線，同時(shí)擬合誤差最大值為0.002 9 nm，大致為1/4個(gè)像素點(diǎn)，基本可以忽略。

圖8 波長(zhǎng)和像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.8 Corresponding relationship between wavelength and pixel.

利用儀器函數(shù)（圖3）以及在CCD相機(jī)上測(cè)到的測(cè)量光譜，采用貝葉斯反卷積算法得到反卷積后的光譜。結(jié)果如圖9所示，虛線代表測(cè)量光譜，實(shí)線為經(jīng)過(guò)貝葉斯反卷積后得到的光譜。通過(guò)對(duì)比可得，對(duì)測(cè)量光譜進(jìn)行貝葉斯反卷積后，原本較寬的譜線變窄，同時(shí)原本被儀器函數(shù)卷積所淹沒(méi)的多條譜線可以大致辨別，使得因?yàn)閮x器函數(shù)卷積而變得較為困難的譜線識(shí)別工作初步得到解決。下面對(duì)作了反卷積后的光譜進(jìn)行譜線分析，得到相應(yīng)的雜質(zhì)譜線波長(zhǎng)以及種類(lèi)。

根據(jù)波長(zhǎng)標(biāo)定所得結(jié)果可知 529.059 nm對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)位置在147像素點(diǎn)左右，因此可以選取如圖9中豎直虛線中間區(qū)域，即像素點(diǎn)范圍為 120-180（波長(zhǎng)范圍為528.710 9-529.405 7 nm），進(jìn)行譜線分析。

圖9 6.171 5 s時(shí)第30通道經(jīng)過(guò)貝葉斯反卷積后所得原始光譜以及測(cè)量光譜對(duì)比Fig.9 Spectra comparison of the 30th channel before and after Bayesian deconvolution at 6.171 5 s.

圖10 為在120-180像素點(diǎn)范圍內(nèi)對(duì)反卷積后的光譜進(jìn)行高斯擬合所得結(jié)果。由于所選取的是最外側(cè)觀測(cè)弦，靠近等離子體邊界，中性束注入條件下，CVI主動(dòng)譜線和被動(dòng)譜線得到的離子旋轉(zhuǎn)速度近似相等，譜線的多普勒頻移可以忽略，因此在529.059 nm附近CVI譜線可以使用單高斯擬合。

圖10 120-180像素點(diǎn)第30通道中性束注入時(shí)刻光譜反卷積擬合結(jié)果Fig.10 Results of fitting spectra of the 30th channel betweenthe pixels of 120 to 180 by deconvolution with NBI.

利用原子數(shù)據(jù)庫(kù)[22]結(jié)合馬克內(nèi)環(huán)境以及精確的波長(zhǎng)標(biāo)定結(jié)果，我們對(duì)測(cè)量到的雜質(zhì)譜線進(jìn)行了細(xì)致的譜線識(shí)別。得到的主要雜質(zhì)及其譜線如表 1所示，譜線識(shí)別的結(jié)果可以利用EAST上的快速極紫外(Extreme ultraviolet, EUV)譜儀[23]對(duì)芯部雜質(zhì)的監(jiān)測(cè)來(lái)加以驗(yàn)證。如圖11所示，芯部雜質(zhì)監(jiān)測(cè)顯示在中性束注入時(shí)刻(6.171 5 s)出現(xiàn)了多種雜質(zhì)的出現(xiàn)，包括鐵、銅等金屬雜質(zhì)，邊界CXRS系統(tǒng)的觀測(cè)視線部分觀測(cè)到了EAST位于B窗口的離子回旋加熱(Ion cyclotron resonance heating, ICRF)天線上，ICRF天線材質(zhì)為不銹鋼外面鍍銅，可以驗(yàn)證前文所判斷的雜質(zhì)種類(lèi)包含鐵、銅等雜質(zhì)成立。

表1 eCXRS系統(tǒng)中性束注入時(shí)刻通道30反卷積雜質(zhì)分析Table 1 Result of impurity analysis of the 30th channel by deconvolution with NBI.

圖11 57116炮不同時(shí)刻雜質(zhì)對(duì)比Fig.11 Impurity analysis of EAST #57116 from EUV.

邊界處Fe I、Fe II譜線的判斷如圖12所示，圖12(a)為低價(jià)態(tài)的鐵離子密度隨著徑向長(zhǎng)度占此雜質(zhì)總濃度的百分比變化，由等離子體的電子溫度、密度分布以及輸運(yùn)過(guò)程決定；圖12(b)選取的通道分別為25通道(ρ=0.994 88)、30通道(ρ=1.046 61)，觀測(cè)視線都穿過(guò)等離子體到邊界，通道 25相對(duì)通道30更加靠近芯部。通過(guò)對(duì)比可以看出，第25通道在相同時(shí)刻下，低價(jià)態(tài)鐵雜質(zhì)區(qū)域的譜線明顯比第30通道譜線要弱，同圖 12(a)的趨勢(shì)一致，證明前文所判斷的低價(jià)態(tài)的鐵雜質(zhì)譜線成立。

圖12 鐵各個(gè)價(jià)態(tài)的離子密度隨徑向長(zhǎng)度占此雜質(zhì)總濃度的百分比變化(a)和57116炮6.171 5 s時(shí)不同通道光譜對(duì)比(b)Fig.12 Fractional abundance of Fe impurity (a) and compare with spectra between different channels at 6.171 5 s (b).

為了驗(yàn)證CVI (529.059 nm，n=8→7)譜線附近存在氬雜質(zhì)譜線，選充氬氣以及不充氬氣的兩炮對(duì)比來(lái)判別。對(duì)比結(jié)果如圖13(a)所示，選取的兩炮分別為61043以及61044，其中61043炮未向真空室內(nèi)充入氬氣，61044炮則充入較多氬氣，選取通道皆為最外側(cè)觀測(cè)弦，通過(guò)對(duì)比兩炮反卷積后的光譜可以得出，兩者光譜中部分像素點(diǎn)區(qū)域有明顯的差異，61044炮比61043炮在這部分區(qū)域譜線明顯增強(qiáng)。通過(guò)對(duì)比EUV探測(cè)氬雜質(zhì)[24]的結(jié)果，如圖13(b)所示，可以看到主要為氬雜質(zhì)譜線，同時(shí)其他雜質(zhì)譜線并不明顯，驗(yàn)證了前文猜測(cè)。確認(rèn)了這幾條明顯變化的譜線為Ar II線后，對(duì)圖13(a)中61044炮0-230像素點(diǎn)中的譜線進(jìn)行高斯擬合，所得結(jié)果如表2所示，表2中的下劃線部分Ar II波長(zhǎng)在考慮到波長(zhǎng)擬合誤差以及實(shí)驗(yàn)外部條件變化后可以和表 1中所判斷的Ar II波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)，因此可以得出在CXRS診斷CVI (529.059 nm，n=8→7)波長(zhǎng)附近有這些Ar II雜質(zhì)譜線的影響。

圖13 61043（未充氬）炮同61044（充氬）炮光譜(a)和EUV雜質(zhì)診斷(b)對(duì)比Fig.13 Comparison with the result of spectra (a) and EUV data (b) before and after Ar puffing .

表2 eCXRS系統(tǒng)61044（充氬）炮雜質(zhì)分析Table 2 Result of impurity analysis of the shot #61044 with Ar puffing.

3 結(jié)語(yǔ)

儀器函數(shù)的卷積效應(yīng)會(huì)影響電荷交換復(fù)合光譜診斷的離子溫度診斷精度，需要利用反卷積算法來(lái)扣除儀器函數(shù)的卷積效應(yīng)。通過(guò)反卷積，可以使原本被儀器函數(shù)卷積的譜線變窄，譜線擬合后的半高全寬精度提高，使得離子溫度的診斷精度提高。本文從模擬仿真和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面驗(yàn)證了使用貝葉斯方法可以有效扣除儀器函數(shù)的卷積影響。在EAST實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)貝葉斯反卷積，可以使得原本被儀器函數(shù)卷積的各條譜線大致分辨出來(lái)，與 EUV診斷數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以判斷出所測(cè)量譜線旁邊的干擾雜質(zhì)譜線種類(lèi)以及波長(zhǎng)。在扣除了這些譜線后，可使得CVI譜線擬合更加精確。

致謝感謝 NBI 課題組為CXRS診斷系統(tǒng)的運(yùn)行提供了基礎(chǔ)，同時(shí)感謝雜質(zhì)診斷組提供了放電過(guò)程中雜質(zhì)分布信息。

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Applications of Bayesian deconvolution to the charge exchange recombination spectroscopy on EAST tokamak

JIANG Di1,2LI Yingying2YIN Xianghui2,3FU Jia2ZHANG Ling2LYU Bo2XU Guosheng2GAO Xiang2

1(School of Physics and Materials Science, Anhui University, Hefei 230601, China)
2(Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China)
3(School of Nuclear Science and Technology, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China)

Background:Charge eXchange Recombination Spectroscopy (CXRS) is a routine diagnostic method for the measurement of plasma ion temperature and rotation velocity on nuclear fusion devices. The experimental spectrum can be obviously broadened by the instrument function (IF) convoluted, thus the deconvolution is needed for accurate data analysis.Purpose:This study aims to improve accuracy of data analysis by using the Bayesian deconvolution and impurity spectrum identification.Methods:The deconvoluted method utilizes the Bayesian

JIANG Di, male, born in 1991, graduated from Anqing Normal University in 2013, master student of Anhui University, focusing on plasma physics

LI Yingying, E-mail: liyy@ipp.ac.cn

condition probability formula. Standardized neon lamp is applied to get spectrometric IF for deconvolution processing. Finally, the impurity spectra is identify fast-time-response extreme ultraviolet (EUV) to further improve the analysis accuracy.Results:Experimental results on Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) confirmed the reliability of Bayesian deconvolution that was previously verified by simulation study.Conclusion:Bayesian deconvolution combined with fast-time-response EUV can be effectively applied to the edge CXRS analysis on tokamak.

Bayesian deconvolution, CXRS, IF, Impurity spectra identification

TL99

10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.030603

國(guó)家磁約束核聚變能發(fā)展研究專(zhuān)項(xiàng)(No.2015GB103001、No.2015GB101002)、國(guó)家自然科學(xué)基金(No.11405212、No.11535013)資助

江堤，男，1991年出生，2013年畢業(yè)于安慶師范大學(xué)，現(xiàn)為安徽大學(xué)碩士研究生，研究領(lǐng)域?yàn)榈入x子體物理

李穎穎，E-mail: liyy@ipp.ac.cn

2016-11-03，

2016-11-30

Supported by Nation Magnetic Confinement Fusion Science Program of China (No.2015GB103001, No.2015GB101002), National Natural Science Foundation of China (No.11405212, No.11535013)

Received date: 2016-11-03, accepted date: 2016-11-30