A Bayesian model to infer edge electron density profiles is developed for the JET lithium beam emission spectroscopy (Li-BES) system, measuring Li I (2p-2s) line radiation using 26 channels with ∼1 cm spatial resolution and ms temporal resolution. The density profile is modelled using a Gaussian process prior, and the uncertainty of the density profile is calculated by a Markov Chain Monte Carlo (MCMC) scheme. From the spectra measured by the transmission grating spectrometer, the Li I line intensities are extracted, and modelled as a function of the plasma density by a multi-state model which describes the relevant processes between neutral lithium beam atoms and plasma particles. The spectral model fully takes into account interference filter and instrument effects, that are separately estimated, again using Gaussian processes. The line intensities are inferred based on a spectral model consistent with the measured spectra within their uncertainties, which includes photon statistics and electronic noise. Our newly developed method to infer JET edge electron density profiles has the following advantages in comparison to the conventional method: (i) providing full posterior distributions of edge density profiles, including their associated uncertainties, (ii) the available radial range for density profiles is increased to the full observation range (∼26 cm), (iii) an assumption of monotonic electron density profile is not necessary, (iv) the absolute calibration factor of the diagnostic system is automatically estimated overcoming the limitation of the conventional technique and allowing us to infer the electron density profiles for all pulses without preprocessing the data or an additional boundary condition, and (v) since the full spectrum is modelled, the procedure of modulating the beam to measure the background signal is only necessary for the case of overlapping of the Li I line with impurity lines.
JETリチウムビーム発光分光(Li-BES)システムのために、端部電子密度分布を推定するベイズモデルを開発した。このシステムは、約1cmの空間分解能とミリ秒の時間分解能を持つ26チャンネルを用いてLi I (2p-2s)線放射を測定する。密度分布はガウス過程事前分布を用いてモデル化され、密度分布の不確実性はマルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)スキームによって計算される。透過型グレーティング分光器で測定されたスペクトルから、Li I線強度が抽出され、中性リチウムビーム原子とプラズマ粒子との間の関連する過程を記述する多状態モデルによってプラズマ密度の関数としてモデル化される。スペクトルモデルは、干渉フィルタと装置の効果を完全に考慮しており、これらは再びガウス過程を用いて別個に推定される。線強度は、光子統計と電子ノイズを含むそれらの不確実性の範囲内で測定スペクトルと一致するスペクトルモデルに基づいて推定される。JET端部電子密度分布を推定するために新たに開発した手法は、従来法と比較して以下の利点を有する：(i) 端部密度分布の完全な事後分布を、関連する不確実性とともに提供すること、(ii) 密度分布に利用可能な動径範囲が全観測範囲(∼26 cm)に拡大されること、(iii) 単調な電子密度分布の仮定が不要であること、(iv) 診断システムの絶対較正係数が自動的に推定され、従来手法の限界を克服し、データの前処理や追加の境界条件なしに全パルスについて電子密度分布を推定できること、(v) 全スペクトルがモデル化されるため、背景信号を測定するためのビーム変調手順は、Li I線が不純物線と重なる場合にのみ必要であること。