基于LightGBM的EAST杂质破裂预警

对全超导托卡马克核聚变实验装置东方超环(EAST)运行放电期间发生的杂质破裂进行预测对未来的聚变装置的长脉冲稳态放电有重要意义. 根据杂质破裂的物理特性筛选出的2018年的334炮杂质破裂炮数据以及2021年的1628炮非破裂炮作为训练炮, 再由等离子体平衡、密度、电流以及辐射等8种诊断信号组成的训练样本以LightGBM算法训练出杂质破裂预测模型. 实验结果表明LightGBM算法模型可以对杂质破裂进行准确预测(成功预测率96.29%), 非破裂炮的误判率6.87%. 研究结果证明利用LightGBM进行EAST等离子体杂质破裂预警是可行的方案.     

基于Java的EAST实验数据可视化系统

为了满足对全超导托卡马克实验(EAST)中等离子体状态变化进行查看和分析的要求,设计了基于Java开源架构、C/S结构的可视化方案.该方案通过同步显示等离子体放电视频图像,等离子体边界位形和等离子体电流,使EAST实验相关人员可随时查看和分析等离子体放电的内部视图和状态变化,为EAST实验人员分析和交流提供了便利.     

EAST PCS异常事件处理算法

随着EAST实验装置的不断升级和等离子体放电参数的不断提高,获得的等离子体电流也在不断提高.高能量等离子体一旦破裂,将直接作用在实验装置的第一壁上面,带来毁灭性的灾害.本文研究了针对放电过程中出现的异常事件的处理,并且通过代码实现了控制等离子体电流在异常状态下斜率下降的算法.通过主动反馈控制的方法对发生异常的等离子体进行控制,达到对于电流的斜率下降.这个方法的有效性已经采用带圆等离子体模型的simulation server验证过了.     

EAST等离子体剖面数据可视化

EAST已经初步建立较为完善的分析数据数据库,相较于存储原始采集信号的一级数据库,科研人员称这个包含EAST各个子系统（诊断、加热、加料等）具体物理信息的数据库为EAST二级数据库.为了便于科研人员从EAST二级库中查看和分析等离子体剖面数据,采用Python及PyQt开发了数据可视化图形用户软件.它可以分析比较来自不同诊断系统的剖面数据,具有将剖面数据用图形表示出来并改变图形属性等功能.同时在等离子体放电实验期间,提供了炮间分析等离子体剖面数据可视化的功能.本文介绍了EAST剖面数据可视化系统的设计方案与实现方法,同时也给出了系统的初步测试结果.     

炮号显示模块在EAST超导TOKAMAK中的应用

EAST超导托克马克装置是一种利用磁场来约束等离子体的受控热核聚变物理实验装置;炮号显示模块是EAST装置总控系统的组成部分之一,用来为给子系统提供当前的炮号及放电长度等信息,是以AVR系列单片机atm ega128为核心,基于NUT/OS嵌入式实时操作系统完成了该显示模块的基本设计,给出了该模块的硬件和嵌入式软件的设计方案与实现方法;该模块已成功投入到2006年12月EAST超导托卡马克核聚变装置的放电试验中,实验结果表明,该模块运行稳定可靠,符合预定的设计目标。     

基于Web的EAST实时视频点播系统

基于Web的EAST（全超导托卡马克）实时视频点播系统是在原视频点播系统的基础上进行优化和改进实现的,具有实时点播EAST实验中的等离子体放电视频、搜索视频、下载视频以及逐帧分析视频等功能.该系统主要由视频合成应用程序和视频点播网站两个部分组成,视频合成程序采用socket TCP通讯的方式接收炮号信息,通过共享目录转移视频帧文件,最后利用ffmpeg将视频帧文件合成flv视频.视频点播采用B/S（浏览器/服务器）结构框架实现,通过JSP从数据库读取炮号信息实现点播功能,结合XML和JavaScript实现逐帧分析.目前本系统已经在EAST实验中投入使用,为EAST实验人员提供了极大的便利.     

基于神经网络的EAST密度极限破裂预测

为了对全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)密度极限破裂进行预测, 根据密度极限破裂的基本特征从2014到2019年放电数据中筛选出972炮密度极限破裂炮, 选取了13种诊断信号为特征作为输入, 分别由多层感知机(MLP)和长短时记忆网络(LSTM)为模型、以破裂概率为模型输出建立破裂预测器对密度极限破裂进行预测实验. 结果表明: 对密度极限破裂炮, 在不同的预警时间下, LSTM的成功预测率(95%)均高于MLP的成功预测率(85%); 而对于非破裂炮, LSTM和MLP的错误预测率相近(8%). LSTM对密度极限破裂的预测性能较MLP有较大的提高. 说明利用神经网络进行EAST密度极限破裂预测以及提高破裂避免和缓解系统响应性能的可行性.     

EAST工程数据可视化系统

EAST装置由多个子系统组成,只有当各个子系统运行参数满足条件时,才能进行等离子体放电实验。在放电实验过程中,远程实时监视装置运行状态,确保装置的正常安全运行尤为重要。本文根据EAST实验的需求,并依据EAST的网络结构,设计了B/S模式与C/S模式相结合的数据可视化系统。该系统可以使实验人员在放电时及时掌握各子系统的运行状态,能够对实验数据进行在线分析处理,及时做出判断和决策,以保证装置和实验的正常运行。     

EAST等离子体击穿计算

关于等离子体放电优化控制问题,由于在托卡马克等离子体放电中,等离子体击穿的条件是获得合适的环电压以及尽可能大的零场区。较好的零场只有通过调节极向场线圈电流才能实现,同时EAST极向场系统采用了一体化的设计,但还没有专门的补偿线圈来控制放电初期有较好的零场,根据要求计算零场区结果应与实际实验结果相符。为解决上述问题,提出调节极向场线圈电流以获得较好的零场区,使等离子体顺利击穿。根据提出的磁通环、磁探针等测量信号,计算出了等离子体击穿的零场区、击穿前后的涡流变化及分布,并利用高速CCD记录等离子体放电的击穿过程来验证结果的准确性,取得了与实验一致的结果,为EAST正常放电提供了很好的参考价值。     

基于HL-2M 装置的等离子体可见光成像诊断系统的研制

HL-2M 托卡马克初始等离子体放电实验对等离子体可视化诊断有一定的需求,其中可见光成像系统为关键诊断之一,对初始等离子体放电有着十分重要的作用。本研究以HL-2M为平台设计研发了一套可见光成像诊断采集系统,本系统具有切向与广角两套成像诊断,可以直观准确地分析放电过程中的等离子体演化,包括等离子体击穿、维持、破裂和等离子体与壁相互作用等物理现象。系统的两套诊断通过镜头与传像光纤束进行等离子体可见光辐射的成像与传输,并以Lumenera Lt425C相机为采集和控制核心。以远程服务器控制本地并传输至数据库为控制模式,控制软件采用了VC++的多线程技术以及OpenCV软件库的图像处理技术,能够进行实时的可见光图像采集,并在放电结束后进行图像回放,同时系统具备色彩校准标定可以在装置复杂情况还原装置真实运行状态,系统具备参数配置功能,支持炮间更改参数,适应各种情况的物理实验,并有着一定的可移植性。本系统的开发研制可以满足HL-2M 装置初始等离子体放电期间的运行基本要求,在HL-2M初始等离子体放电期间取得了良好的效果,为后续推广至其他的装置提供了解决方法。     

EAST电源数据采集控制系统的设计与实现

随着EAST装置不断升级,现有的电源数据采集及其控制系统已不能满足等离子体长时间放电要求,需设计新型EAST电源数据采集控制系统.该控制系统采用LAMP架构,对采集参数管理加入多种安全验证,实现了数据采集系统的远程启动、实时监测、异常检测、故障恢复和日志管理,解决了原有系统移植性差和安全性弱等问题;此外通过对实验数据进行有效性分析,并对有效实验数据的关键参数进行统计,实现了基于数据内容的检索.实验结果表明,该系统能够稳定运行,可有效降低人为故障,缩短异常处理时间,具备良好的扩展性和移植性,对EAST其他子装置的数据采集及其控制系统的升级有很好的参考价值.     

EAST快控电源远程监控系统的实现

EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)等离子体垂直位移快速控制电源(简称:EAST快控电源),是EAST高功率电源系统的组成部分之一,是一个大容量的AC/DC/AC单相逆变电源——具有电流源特性的电压源型逆变器。本文设计并实现了远程监控系统。该系统远程监控计算机使用力控V6.0组态软件调用实时数据实现界面显示、远程操作与故障报警。这一监控系统的实现保证了EAST快控系统安全可靠的运行。     

Equivalent circuit model and characteristic parameters for AC PDP discharge cells

In this paper, an equivalent circuit model for discharge cells of alternating current plasma display panel (AC PDP) is developed. In this model, a voltage controlled switch is introduced to describe the breakdown process of the gas discharge. And two zener diodes are introduced to describe the sustain process of the gas discharge. Three internal discharge characteristic parameters, the breakdown voltage of discharge gap, the minimum sustain voltage of discharge gap and the discharge cell capacitance ratio, are proposed. The formulas for expressing external discharge characteristic parameters by internal discharge characteristic parameters are derived. The experimental method for measuring internal characteristic parameters is developed and the measurement results for a macro discharge cell are presented.     

基于MDSplus的EAST工程数据获取及显示

EAST聚变放电实验需要同步显示电磁测量诊断数据和各个工程装置运行状态的实验数据,以前的系统只是单纯的显示工程装置运行状态数据,并不能显示放电期间工程装置运行状态的实验数据变化波形。基于MDSplus设计和实现了EAST工程实验数据在线获取及可视化分析显示系统。系统已应用于2009年的EAST春季实验。实验结果表明,系统设计方案合理、运行稳定,具有很好的应用前景。