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Fast electron temperature inference in EAST based on tungsten spectroscopy and convolutional neural networks

Huajian Ji, Zichao Lin, Yongcai Shen, Bo Lyu, Hongming Zhang, Yang Yang, Shihan Huang, Bo Sun2026年10月Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Tungsten (W) spectral line emission from highly charged ions provides an important diagnostic for electron temperature in high-temperature fusion plasmas. In particular, W45+ spectral line intensity ratios exhibit strong sensitivity to electron temperature. However, conventional spectroscopic methods for electron temperature diagnostics typically rely on iterative spectral fitting or collisional-radiative modeling, which can be computationally expensive and limit their applicability for fast analysis. In this work, a new fast electron temperature diagnostic scheme is developed based on W45+ spectral line intensity ratios measured by the x-ray crystal spectrometer on EAST. The temperature dependence of the selected line ratios is validated using flexible atomic code and FLYCHK calculations, confirming their suitability for temperature diagnostics. A convolutional neural network is employed to establish a direct mapping from spectral features to electron temperature, enabling fast inference without iterative computation. The proposed method is validated against electron cyclotron emission measurements, showing good agreement with a coefficient of determination of R2 ≈0.92 in the temporal evolution. Compared with conventional approaches, the proposed method significantly reduces computational cost while maintaining high fidelity. These results demonstrate that W45+ spectral line ratios provide an effective and efficient observable for electron temperature diagnostics, with strong potential for near-real-time applications in fusion plasma diagnostics.

日本語訳

タングステン(W)の高電荷イオンからのスペクトル線放射は、高温核融合プラズマにおける電子温度の重要な診断手段を提供する。特に、W45+のスペクトル線強度比は電子温度に対して強い感度を示す。しかしながら、電子温度診断のための従来の分光法は、 typically 反復的なスペクトルフィッティングまたは衝突放射モデリングに依存しており、計算コストが高く、高速解析への適用が制限される可能性がある。本研究では、EASTのX線結晶分光器で測定されたW45+のスペクトル線強度比に基づく、新しい高速電子温度診断スキームを開発した。選択された線強度比の温度依存性は、flexible atomic codeおよびFLYCHK計算を用いて検証され、温度診断への適合性が確認された。畳み込みニューラルネットワークを用いて、スペクトル特徴から電子温度への直接マッピングを確立し、反復計算なしで高速推論を可能にした。提案手法は電子サイクロトロン放射測定に対して検証され、時間発展において決定係数R2≈0.92の良好な一致を示した。従来の手法と比較して、提案手法は高い忠実度を維持しながら計算コストを大幅に削減する。これらの結果は、W45+のスペクトル線強度比が電子温度診断のための効果的かつ効率的な観測量を提供し、核融合プラズマ診断における準リアルタイム応用への強い可能性を示すものである。

装置

east高精度(タイトル一致)

wiki

Fusion Advanced Studies TorusTungstenEASTNeural network

AIによる論文要約

タングステン分光と畳み込みニューラルネットワークに基づくEASTにおける高速電子温度推定
JA核融合プラズマ診断、分光計測、機械学習応用に関心のある学生・研究者。高速な電子温度推定やEASTの計測手法を学びたい人。#核融合 #プラズマ診断 #タングステン分光 #CNN #EAST
LLM向け: {"Title": "タングステン分光とCNNによるEASTの高速電子温度推定", "Authors": "記載なし", "Research Objective…

高温プラズマ中のタングステン多価イオンからのX線は電子温度の重要な手がかりです。本研究はEASTのX線結晶分光器で測ったW45+の輝線強度比と畳み込みニューラルネットワークを使い、反復計算なしで電子温度を高速推定する手法を開発しました。原子コードとFLYCHKで温度依存性を確認し、ECE測定と比較してR2≈0.92の一致を得ました。従来より計算コストを大幅に下げ、ほぼリアルタイムのプラズマ診断への応用が期待されます。

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