By employing Bayesian inference techniques, the full electron density profile from the plasma core to the edge of Wendelstein 7-X (W7-X) is inferred solely from neutral hydrogen beam and halo Balmer-α (Hα) emission data. The halo is a cloud of neutrals forming in the vicinity of the injected neutral beam due to multiple charge exchange reactions. W7-X is equipped with several neutral hydrogen beam heating sources and an Hα spectroscopy system that views these sources from different angles and penetration depths in the plasma. As the beam and halo emission form complex spectra for each spatial point that are non-linearly dependent on the plasma density profile and other parameters, a complete model from the neutral beam injection and halo formation through to the spectroscopic measurements is required. The model is used here to infer electron density profiles for a range of common W7-X plasma scenarios. The inferred profiles show good agreement with profiles determined by the Thomson scattering and interferometry diagnostics across a broad range of absolute densities without any changes to the input or fitting parameters. The time evolution of the density profile in a discharge with continuous core density peaking is successfully reconstructed, demonstrating sufficient spatial resolution to infer strongly shaped profiles. Furthermore, it is shown as a proof of concept that the model is also able to infer the main ion temperature profile using the same data set.
ベイズ推論手法を用いることにより、Wendelstein 7-X (W7-X) のプラズマ中心から周辺部までの完全な電子密度分布が、中性水素ビームおよびハロー・バルマーα (Hα) 発光データのみから推定される。ハローは、複数回の電荷交換反応により入射中性ビームの近傍に形成される中性粒子の雲である。W7-Xには複数の中性水素ビーム加熱源と、これらの光源をプラズマ中の異なる角度および侵入深さから観測するHα分光システムが備わっている。ビームとハローの発光は、各空間点において複雑なスペクトルを形成し、それらはプラズマ密度分布や他のパラメータに非線形に依存するため、中性ビーム入射とハロー形成から分光測定に至るまでの完全なモデルが必要である。このモデルはここで、一般的なW7-Xプラズマシナリオの範囲に対する電子密度分布を推定するために用いられる。推定された分布は、入力またはフィッティングパラメータを一切変更することなく、広範囲の絶対密度にわたってトムソン散乱および干渉計診断によって決定された分布と良く一致する。中心密度が連続的にピーキングする放電における密度分布の時間発展は首尾よく再構成され、強く成形された分布を推定するのに十分な空間分解能を示している。さらに、概念実証として、このモデルが同じデータセットを用いて主イオン温度分布も推定できることが示される。