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DIAGNOSTICS & SENSING · KNOWLEDGE DOMAIN 04

诊断感知:让不可直接看见的聚变状态,成为可校准、可验证的决策证据。

聚变诊断不是传感器清单,也不等于“智能诊断”。它贯通仪器物理、计量标定、数据采集、反演与同化、 合成诊断、实时接口和工程健康,把真实装置与数字孪生放在同一时间、几何、配置和不确定度语境中。

97
项结构化工作
167
篇去重论文 / 来源
25
项关联官方直接代码
18
个装置证据档案
28
项达到 E4 在线 / 常规使用证据
聚变诊断与数字孪生参考架构:真实装置、测量链、状态反演、合成诊断、决策与证据治理
图 1|真实观测与模型预测通过配置、时钟、标定和不确定度连接。

00 / DOMAIN THESIS

数字孪生的本质不是“显示信号”,而是持续回答:装置此刻处于什么状态、我们为何相信它、误差有多大、模型与观测为何不一致,以及据此可以安全地做什么。

真实诊断给出带噪声、带选择效应的局部观测;集成反演把多诊断转化为带不确定度的状态;合成诊断把模型状态重新投影回仪器空间。只有两条路径在同一配置下闭合,模型校准才有物理含义。

面向电厂,诊断责任还必须覆盖磁体、结构、真空、低温、燃料/氚、冷却与能量转换设备。等离子体状态和工程健康不能继续作为两套相互孤立的数据产品。

01 / OBSERVATION–MODEL–DECISION LOOP

真实诊断与合成诊断构成“双向测量链”,不是单向数据管道。

点击节点查看它在闭环中的责任。实时决策只消费通过质量门的冻结数据产品;原始信号、标定与处理版本始终保留,支持回放、归因和再验证。

聚变诊断从传感器到可信状态和决策接口的测量链静态图交互图加载中…
  1. 真实装置状态经诊断仪器形成原始响应。
  2. 采集、计时与标定把原始信号转化为可追溯观测。
  3. 反演和数据同化输出带不确定度的状态。
  4. 数字孪生模型经合成诊断生成虚拟通道,并与真实通道形成残差。
  5. 状态与模型结果经过质量、证据和权限门后进入实时决策或工程健康。
交互图 1|观测形成后验状态,模型经合成诊断返回仪器空间,残差驱动校准、设计和决策。
01
计量可追溯

每个量值都能回到原始信号、单位、坐标、标定系数、有效期和几何版本。

02
观测算子显式化

视线、卷积、响应、噪声、采样和遮挡必须进入前向模型,不能把模型网格值直接当测量值。

03
不确定度随链传播

仪器误差、模型结构误差和反演后验要区分表达,并随决策产品传播。

04
安全职责分离

AI 可识别模式和编排分析,但不得越过质量门、权限、确定性控制器与独立保护。

02 / ONE FOUNDATION + ELEVEN TASKS

一个系统工程与计量底座,支撑十一类测量、反演和实时任务。

DG0 是跨域底座;DG1–DG8 按主要被测对象划分,DG9–DG11负责前向模型、联合反演与决策接口。一项工作只有一个主任务,但可以关联多个任务,避免重复计数。

聚变诊断任务分类静态图交互图加载中…
诊断任务研究覆盖
任务名称主任务工作数含关联工作数
DG0诊断系统工程、计量与健康835
DG1磁平衡、电流与位形519
DG2电子密度与电子温度528
DG3离子状态、流动、组分与中性粒子524
DG4辐射、杂质与功率损失428
DG5聚变产物、中子、伽马与高能粒子925
DG6MHD、波动与湍流625
DG7边界、SOL、偏滤器与等离子体面对部件728
DG8工程设备与电厂状态监测2134
DG9合成诊断与仪器前向模型1432
DG10集成反演、层析与数据同化1038
DG11实时诊断、AI 与决策接口340
交互图 2|97 项工作按主任务聚合;点击条形进入目录筛选。
DG0SYSTEMS ENGINEERING, METROLOGY & HEALTH8

诊断系统工程、计量与健康

管理需求、几何、标定、时钟、数据质量、环境适配、可维护性与诊断自身健康,是全部测量链的共同底座。

代表产品
配置 · 标定证书 · 时间基准 · 质量位 · 不确定度 · 健康状态
域角色
跨测量链能力
检索该类工作
DG1MAGNETIC EQUILIBRIUM, CURRENT & CONFIGURATION5

磁平衡、电流与位形

由磁探针、磁通环、Rogowski、抗磁与 MSE 等观测重建磁平衡、电流和等离子体位形。

代表产品
边界 · 轴位置 · 电流 · q / 磁剪切 · 磁能 · 环电压
域角色
被测对象与状态
检索该类工作
DG2ELECTRON DENSITY & TEMPERATURE5

电子密度与电子温度

以干涉、偏振、反射、Thomson scattering、ECE/ECEI 等获得电子密度与电子温度。

代表产品
ne · Te · 线积分 · 径向剖面 · 二维涨落
域角色
被测对象与状态
检索该类工作
DG3ION STATE, FLOW, COMPOSITION & NEUTRALS5

离子状态、流动、组分与中性粒子

由 CXRS/CER、XICS、可见/VUV 光谱与粒子分析测量离子状态、流动、组分和中性粒子。

代表产品
Ti · 转动 · 燃料比 · 杂质电荷态 · 中性粒子分布
域角色
被测对象与状态
检索该类工作
DG4RADIATION, IMPURITIES & POWER LOSS4

辐射、杂质与功率损失

以 bolometry、软/硬 X 射线和光谱观测总辐射、局部辐射、杂质与功率损失。

代表产品
Prad · Zeff · 杂质源 · 辐射分布 · 逃逸能量
域角色
被测对象与状态
检索该类工作
DG5FUSION PRODUCTS, NEUTRONS, GAMMA RAYS & ENERGETIC PARTICLES9

聚变产物、中子、伽马与高能粒子

覆盖中子、伽马、聚变产物和高能粒子的产额、谱、空间分布、约束与损失。

代表产品
中子率/谱 · 聚变功率代理 · 快离子分布 · 逃逸粒子
域角色
被测对象与状态
检索该类工作
DG6MHD, WAVES & TURBULENCE6

MHD、波动与湍流

以 Mirnov、BES、DBS、相关反射、PCI、ECEI、GPI 等识别 MHD、波动与湍流结构。

代表产品
模式频率/数 · 相位 · 相干性 · 湍流谱 · 模式位置
域角色
被测对象与状态
检索该类工作
DG7EDGE, SOL, DIVERTOR & PLASMA-FACING COMPONENTS7

边界、SOL、偏滤器与等离子体面对部件

诊断边界、SOL、偏滤器和面对等离子体部件的热流、侵蚀沉积、尘埃与壁状态。

代表产品
热流 · 表面温度 · 粒子通量 · 回收 · 侵蚀 · 热事件
域角色
被测对象与状态
检索该类工作
DG8ENGINEERING EQUIPMENT & PLANT CONDITION21

工程设备与电厂状态监测

把温度、力、位移、应变、振动、声学与光纤等传感扩展到磁体、结构、真空、低温、氚与电厂设备。

代表产品
温度 · 应力/应变 · 位移 · 振动 · 泄漏 · 绝缘 · 设备健康
域角色
被测对象与状态
检索该类工作
DG9SYNTHETIC DIAGNOSTICS & FORWARD MODELS14

合成诊断与仪器前向模型

用仪器几何、传递函数、噪声和采样模型,把物理/工程状态映射为可与真实信号比较的观测量。

代表产品
虚拟通道 · 仪器响应 · 可观测性 · 设计裕量 · 残差
域角色
跨测量链能力
检索该类工作
DG10INTEGRATED INVERSION, TOMOGRAPHY & DATA ASSIMILATION10

集成反演、层析与数据同化

联合多诊断开展 Bayesian/GP/滤波、层析与数据同化,输出带不确定度且相互一致的状态。

代表产品
后验状态 · 协方差 · 三维辐射/发射率 · 一致性残差
域角色
跨测量链能力
检索该类工作
DG11REAL-TIME DIAGNOSTICS, AI & DECISION INTERFACES3

实时诊断、AI 与决策接口

把已计时、可降级的实时特征、代理反演、异常检测和质量门接入 PCS、保护与人机界面。

代表产品
实时状态 · 置信度 · 质量门 · 告警 · 决策接口 · 审计回执
域角色
跨测量链能力
检索该类工作

03 / SEARCHABLE EVIDENCE ATLAS

按任务、技术、装置、证据和软件关系检索主要工作。

条目区分论文原代码、官方使能工具、社区复现、商业/受控软件和未公开代码。

DG0–DG11 任务(计入主任务与关联任务)

显示 25 / 97 项工作

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01DSI-001DG0
E3 · 装置数据 / 交叉验证D3 · 安装 / 联调 / 影子 / HIL

诊断系统工程、计量与健康 · 计算 / 反演 / AI

IMAS 接口数据结构与数据字典

IMAS Interface Data Structures and Data Dictionary
ITEREUROfusion devicesJETASDEX UpgradeWESTTCV
解决问题
跨装置、跨代码与跨诊断的数据命名、单位、坐标、时间、误差和血缘不一致,使联合分析与长期可复现性失效。
测量 / 推断路径
不直接测量;把原始、处理后和模拟数据映射到版本化 IDS,并用机器描述和数据字典规定结构、单位、坐标及关系。
验证证据
ITER 与 EUROfusion 的集成建模工作流持续使用;论文报告代码集成、数据核验和模型验证,2025 年基础设施与物理模型开放源代码。
数字孪生接口
是数字孪生最接近跨域数据契约的现成基础,但还需事件语义、在线质量状态、模型版本和不确定度传播的强制规则。
论文、代码、标定与局限

论文与原始来源

代码 / 软件关系

计量与推断

标定 / 漂移

契约可保存校准量、几何和误差,但校准算法与证书仍由各诊断负责;数据字典版本必须随结果固化。

反演 / 计算

schema validation;cross-code data mapping;integrated-workflow exchange

时空尺度

因装置、采集和分析链而异;原始来源未给出统一数值。由视线、几何和反演设定;原始来源未给出统一数值。

适用域与边界

被测量

signals · profiles · equilibrium · geometry · units · uncertainty · provenance

硬件

HDF5/MDSplus/UDA compatible backends · analysis servers

局限

IDS 语义覆盖不等于源诊断可比;时间基准、几何误差、校准证书、质量位和后验协方差在不同适配器中仍可能丢失。

02DSI-002DG0
E4 · 在线 / 常规使用D4 · 常规装置工作流

诊断系统工程、计量与健康 · 计算 / 反演 / AI

MDSplus 脉冲树、数据采集与时序数据管理

MDSplus Pulse Trees, Acquisition and Time-Series Data Management
Alcator C-ModRFX-modTCVDIII-DKSTAREAST
解决问题
聚变实验需要在一个可追溯脉冲上下文中配置采集硬件、并发写入高速时序并连接分析结果。
测量 / 推断路径
不改变传感器物理;以树节点保存配置、原始波形、时间基、表达式与派生结果,并支持分布式读写。
验证证据
自 1990 年代在多装置长期运行;MARTe/MDSplus 组合自 2012 年用于 RFX-mod 数据采集与实时控制。
数字孪生接口
提供数字孪生所需的放电回放、原始证据保全和事件对齐底座。
论文、代码、标定与局限

论文与原始来源

代码 / 软件关系

  • MDSplus官方直接实现项目官方源代码与语言接口。

计量与推断

标定 / 漂移

可把校准系数与表达式绑定到树节点;若缺少不可变证书、有效期与原始 ADC 保留,仍不能构成计量追溯。

反演 / 计算

on-demand expressions;pulse replay;analysis orchestration

时空尺度

因装置、采集和分析链而异;原始来源未给出统一数值。由视线、几何和反演设定;原始来源未给出统一数值。

适用域与边界

被测量

waveforms · events · configuration · timebase · processed products

硬件

DAQ servers · storage arrays · timing interfaces

局限

树结构灵活但跨装置语义不自动一致;复杂表达式和外部依赖的版本冻结、细粒度质量标志及大规模对象存储需额外治理。

03DSI-003DG0
E3 · 装置数据 / 交叉验证D3 · 安装 / 联调 / 影子 / HIL

诊断系统工程、计量与健康 · 计算 / 反演 / AI

UDA 统一数据访问层

Universal Data Access (UDA)
JETMAST UpgradeITER/IMAS workflowsUKAEA facilities
解决问题
分析软件面对 MDSplus、文件、数据库和远端服务时容易把设备专用访问逻辑写进物理算法。
测量 / 推断路径
通过插件把不同数据源转换为统一对象并经网络或本地客户端返回,不修改源测量。
验证证据
官方仓库提供 C/C++/Python 客户端、构建测试和 ITER 培训材料;公开来源支持软件实现与设施数据链使用,但本记录没有证明给定版本的持续在线服务等级。
数字孪生接口
把数字孪生服务与装置数据库解耦,是在线/离线共用数据入口,但需叠加契约、缓存和 SLA。
论文、代码、标定与局限

论文与原始来源

代码 / 软件关系

  • UDA官方直接实现UKAEA 维护的统一数据访问核心。
  • pyuda官方直接实现UDA 官方 Python 客户端发行包。

计量与推断

标定 / 漂移

只传递后端提供的校准和误差信息;统一 API 不会自动证明这些元数据完整。

反演 / 计算

data discovery;format abstraction;remote access

时空尺度

因装置、采集和分析链而异;原始来源未给出统一数值。由视线、几何和反演设定;原始来源未给出统一数值。

适用域与边界

被测量

arrays · scalars · metadata · errors · dimensions

硬件

data servers · network clients

局限

可用性取决于站点插件、授权、网络和数据语义;统一对象不等于统一诊断本体。

04DSI-004DG0
E2 · 实验室 / 标定D2 · 软件 / 实验室原型

诊断系统工程、计量与健康 · 计算 / 反演 / AI

OMAS:轻量 IMAS 兼容数据对象与装置映射

OMAS: Lightweight IMAS-Compatible Data Objects
DIII-DNSTX-UITER scenario studiesGA workflows
解决问题
研究者在没有完整 IMAS 安装的环境中仍需读写标准化 IDS、映射装置数据和搭建可测试工作流。
测量 / 推断路径
用 Python 对象实现 IMAS 数据结构和装置映射,支持一致路径、单位与格式转换。
验证证据
官方仓库包含持续测试和多种格式示例,已用于 GA/跨机构建模工作流。
数字孪生接口
适合孪生原型快速采用 IMAS 语义,也能作为源数据到正式 IDS 的过渡适配器。
论文、代码、标定与局限

论文与原始来源

代码 / 软件关系

  • OMAS官方直接实现General Atomics Fusion 官方开源实现。

计量与推断

标定 / 漂移

可承载校准后的数据与元数据;映射脚本必须单独进行通道、单位和时间验证。

反演 / 计算

schema checking;machine mapping;workflow exchange

时空尺度

因装置、采集和分析链而异;原始来源未给出统一数值。由视线、几何和反演设定;原始来源未给出统一数值。

适用域与边界

被测量

IDS fields · equilibrium · profiles · sources · diagnostics

硬件

CPU workstations

局限

不是实时总线或计量系统;部分 IDS 与机器映射覆盖随版本变化,需固定 schema 和映射提交。

05DSI-005DG0
E1 · 数值 / 合成D1 · 概念 / 需求

诊断系统工程、计量与健康 · 计算 / 反演 / AI

FAIR4Fusion 数据治理蓝图

FAIR4Fusion Data Governance Blueprint
EUROfusion facilitiesITER-adjacent research ecosystem
解决问题
聚变数据常缺少可发现元数据、许可、责任人、版本、保留期与跨设施访问规则。
测量 / 推断路径
以治理流程和元数据蓝图描述数据产品、访问等级、血缘及复用条件,不参与信号采集。
验证证据
项目发布蓝图和交付物,形成 open/embargo/restricted/closed 等访问分类;尚非统一生产平台。
数字孪生接口
补足数字孪生的责任体系和证据可追溯性,防止“可运行模型”与“可审计模型”混为一谈。
论文、代码、标定与局限

论文与原始来源

代码 / 软件关系

  • FAIR4Fusion production platform未公开项目公开交付物以蓝图和治理材料为主,未核验到一个可代表全项目的生产代码库。

计量与推断

标定 / 漂移

要求把校准和处理血缘纳入元数据,但不提供具体计量实现。

反演 / 计算

cataloguing;policy enforcement;reproducibility governance

时空尺度

因装置、采集和分析链而异;原始来源未给出统一数值。由视线、几何和反演设定;原始来源未给出统一数值。

适用域与边界

被测量

dataset metadata · access policy · provenance · persistent identifiers

硬件

catalog services · repositories

局限

偏治理和蓝图;设施落地、机器可执行数据契约、审计日志和长期经费仍不一致。

06DSI-008DG0
E2 · 实验室 / 标定D2 · 软件 / 实验室原型

诊断系统工程、计量与健康 · 工程传感

ITER 诊断 Plant I&C、CODAC 接口与中子计量校准治理

ITER Diagnostic Plant I&C, CODAC Interfaces and Neutron Metrology
ITER
解决问题
59 个诊断 plant 由多方交付且处于核环境,必须以统一状态机、网络、时间、保护边界和校准链获得可比且可维护的测量。
测量 / 推断路径
Plant I&C 遵循 CODAC 标准网络与运行状态;中子诊断用嵌入源、参考脉冲、原位中子源和诊断间交叉校准建立功率测量。
验证证据
接口架构来自 ITER Plant Control Design 方法;RNC 校准论文提出约 10% 功率精度、10 ms 时间分辨及 a/10 空间分辨目标,原位源校准仍属 ITER 建设/投运任务。
数字孪生接口
定义了孪生走向电厂时必须具备的状态机、时间权威、接口控制文件、校准证据和保护分区。
论文、代码、标定与局限

论文与原始来源

代码 / 软件关系

  • ITER CODAC core/configuration assets未公开生产 CODAC 与 Plant I&C 配置未作为一个可核验公共代码库开放。
  • OpenMC官方使能工具中子响应与校准场计算的开源蒙特卡洛工具;不是 ITER RNC 校准工作流本体。

计量与推断

标定 / 漂移

RNC 方案结合内置源、参考脉冲、裂变室/活化系统交叉校准与 MCNP/OpenMC 响应;需保存源证书、照射几何、衰变修正和不确定度预算。

反演 / 计算

neutron response unfolding;cross-calibration;plant-state orchestration

时空尺度

因装置、采集和分析链而异;原始来源未给出统一数值。由视线、几何和反演设定;原始来源未给出统一数值。

适用域与边界

被测量

fusion power · neutron rate · timestamp · plant state · quality/interlock state

硬件

RNC · fission chambers · activation systems · DAQ · CODAC networks · calibration neutron sources

局限

大部分端到端等离子体环境验证尚待 ITER 投运;辐照老化、漂移、端口集成和多诊断相关误差会破坏独立误差假设。

07DG3-013DG3
E3 · 装置数据 / 交叉验证D3 · 安装 / 联调 / 影子 / HIL

离子状态、流动、组分与中性粒子 · 核与粒子

中性粒子分析器:逃逸中性谱与离子分布

Neutral-particle analysis of escaping neutrals and ion distributions
ST40ITEREASTLHD
解决问题
从电荷交换逃逸中性约束离子能谱、燃料离子比例和快离子尾部。
测量 / 推断路径
离子电荷交换后成为不受磁场约束的中性粒子;能量/质量分析器测其谱。
验证证据
ST40给出装置谱;ITER样机以离子束和高通量台架验证。
数字孪生接口
应以带响应矩阵的观测算子接入快离子孪生,不能把能谱直接等同局部分布。
论文、代码、标定与局限

论文与原始来源

代码 / 软件关系

  • FIDASIM官方直接实现NPA/FIDA合成观测与中性响应。
  • 装置专有分析/标定软件未公开硬件控制和生产反演未公开。

计量与推断

标定 / 漂移

用单能离子束/源标定能量、质量、效率和几何因子;评估背景。

反演 / 计算

用响应矩阵反演能谱;定量分布需要中性密度、电荷交换截面和轨道前向模型。

时空尺度

因装置、采集和分析链而异;原始来源未给出统一数值。由视线、几何和反演设定;原始来源未给出统一数值。

适用域与边界

被测量

neutral energy spectrum · ion distribution · fuel ratio · fast-ion tail

硬件

electrostatic/magnetic analyzer · diamond/scintillator detectors · collimators · flight path

局限

强依赖未知中性密度;视线积分、再电离、饱和及中子/伽马背景限制绝对反演。

08DG3-014DG3
E3 · 装置数据 / 交叉验证D3 · 安装 / 联调 / 影子 / HIL

离子状态、流动、组分与中性粒子 · 光学 / 光谱 / 成像

主离子电荷交换谱:DIII-D氢同位素比例

Main-ion charge-exchange spectroscopy for isotope fraction
DIII-DJET relevanceITER relevance
解决问题
测量主离子Ti、流速及H/D比例,服务燃料控制和同位素输运。
测量 / 推断路径
主动Hα/Dα谱的同位素移位、宽度和强度由束—主离子电荷交换及原子模型决定。
验证证据
DIII-D通过改变注气/束组分扫描,并与其他燃料指标和合成谱比对。
数字孪生接口
为空间分辨燃料组成提供约束;原子数据和束状态必须可审计。
论文、代码、标定与局限

论文与原始来源

代码 / 软件关系

计量与推断

标定 / 漂移

标定波长、仪器函数和相对响应;束调制分离被动背景。

反演 / 计算

多同位素谱联合拟合,并用FIDASIM计算束组分、有限寿命和光子发射。

时空尺度

因装置、采集和分析链而异;原始来源未给出统一数值。由视线、几何和反演设定;原始来源未给出统一数值。

适用域与边界

被测量

main-ion temperature · main-ion rotation · isotope fraction

硬件

MICER spectrometer · neutral beam · high-resolution visible optics · fast CCD

局限

同位素线重叠、回收光和束组分不确定度导致模型依赖。

09DG3-015DG3
E2 · 实验室 / 标定D2 · 软件 / 实验室原型

离子状态、流动、组分与中性粒子 · 光学 / 光谱 / 成像

ITER诊断中性束与氦灰CXRS

ITER diagnostic neutral beam and helium-ash CXRS
ITERDIII-D/JET method heritage
解决问题
在燃烧等离子体测氦灰、杂质、Ti和转动。
测量 / 推断路径
专用中性束提供可控电荷交换靶;He/杂质复合谱结合束衰减和原子速率给密度。
验证证据
以束源试验、光学吞吐和合成信号评估;现役装置验证方法,但ITER氦灰闭环尚无运行证据。
数字孪生接口
将诊断束建模为带健康状态的执行器—传感器,是燃烧颗粒孪生关键。
论文、代码、标定与局限

论文与原始来源

代码 / 软件关系

  • FIDASIM官方使能工具束传播与CXRS合成信号;非ITER控制软件。
  • 装置专有分析/标定软件未公开ITER DNB控制/CXRS反演未公开。

计量与推断

标定 / 漂移

标定束能量/组分、视线几何和绝对光谱响应;束发射监控衰减。

反演 / 计算

分离主动/被动谱,联合束传播、halo中性、有限寿命和原子数据前向模型。

时空尺度

因装置、采集和分析链而异;原始来源未给出统一数值。由视线、几何和反演设定;原始来源未给出统一数值。

适用域与边界

被测量

helium-ash density · impurity density · ion temperature · rotation

硬件

diagnostic neutral beam · CXRS optics · high-etendue spectrometers · beam-emission monitor

局限

氦线弱、被动背景强;束衰减、辐照退化和端口可达性是风险。

10DG4-020DG5
E3 · 装置数据 / 交叉验证D3 · 安装 / 联调 / 影子 / HIL

聚变产物、中子、伽马与高能粒子 · 核与粒子

硬X射线:逃逸电子制动辐射监测

Hard-x-ray monitoring of runaway-electron bremsstrahlung
J-TEXTHL-2MSPARCITER
解决问题
探测逃逸电子产生、能谱和壁撞击,为破裂缓解与损伤评估提供证据。
测量 / 推断路径
相对论电子在离子/材料中制动产生HXR;闪烁体或半导体记录能谱和方向。
验证证据
J-TEXT以放电事件和磁扰动/壁损失相关性验证;SPARC/ITER用蒙特卡洛响应设计。
数字孪生接口
应作为高能风险事件证据,并与破裂、磁扰动和PFC热响应联动。
论文、代码、标定与局限

论文与原始来源

代码 / 软件关系

  • Geant4官方使能工具探测器响应/屏蔽/背景模型。
  • 装置专有分析/标定软件未公开在线事件逻辑和反演未公开。

计量与推断

标定 / 漂移

用放射源/加速器标定能量、效率、死时间和饱和;测中子/伽马本底。

反演 / 计算

脉冲高度去堆积/死时间修正,再用响应矩阵和制动前向模型约束电子分布。

时空尺度

因装置、采集和分析链而异;原始来源未给出统一数值。由视线、几何和反演设定;原始来源未给出统一数值。

适用域与边界

被测量

HXR spectrum · runaway onset · loss-location proxy

硬件

scintillators · CdTe/CZT/diamond · collimators · pulse-height electronics · shielding

局限

计数堆积、方向响应和中子/伽马串扰显著;电子相空间反演非唯一。

11DG5-021DG5
E1 · 数值 / 合成D2 · 软件 / 实验室原型

聚变产物、中子、伽马与高能粒子 · 核与粒子

微裂变室与中子通量监测:聚变功率基准

Micro-fission chambers and neutron-flux monitors for fusion power
ITERJETDIII-DEAST
解决问题
宽动态范围测总中子率和聚变功率,支撑燃烧控制与核计量。
测量 / 推断路径
中子在裂变层产生带电碎片;电离室脉冲/电流经响应模型映射为源强。
验证证据
两条直接来源均为 ITER 中子通量监视器的中子学分析、测量性能和在位标定规划;没有提供 ITER 真机运行或例行在线证据。
数字孪生接口
燃烧功率计量锚点;响应矩阵、燃耗和标定溯源应进入资产孪生。
论文、代码、标定与局限

论文与原始来源

代码 / 软件关系

  • MCNP受控访问响应/屏蔽/标定传递。
  • 装置专有分析/标定软件未公开在线计量数据库与控制接口未公开。

计量与推断

标定 / 漂移

用标定中子源/反应堆测效率,通过中子学模型传递到等离子体源;校准脉冲/电流模式重叠。

反演 / 计算

修正死时间/本底,结合响应矩阵估计源强,多探测器修正源分布变化。

时空尺度

因装置、采集和分析链而异;原始来源未给出统一数值。由视线、几何和反演设定;原始来源未给出统一数值。

适用域与边界

被测量

total neutron rate · fusion power · fluence

硬件

micro-fission chambers · neutron flux monitors · ionization electronics · shielding

局限

响应依赖源分布/能谱/屏蔽;燃耗、辐照与高计数饱和需全寿命管理。

12DG5-022DG5
E3 · 装置数据 / 交叉验证D3 · 安装 / 联调 / 影子 / HIL

聚变产物、中子、伽马与高能粒子 · 核与粒子

径向中子相机:聚变反应率剖面

Radial neutron camera for fusion-reaction-rate profiles
ITERJETDIII-D
解决问题
空间分辨聚变中子发射,约束反应率剖面、燃料分布和快离子行为。
测量 / 推断路径
屏蔽准直孔定义多条弦;探测器计数经中子输运响应和层析反演得到发射率。
验证证据
ITER RNC做详细中子学、原型和现场校准设计;JET中子相机与总中子率/谱仪交叉。
数字孪生接口
把总聚变功率扩展为空间状态;几何/屏蔽变更必须触发响应矩阵重算。
论文、代码、标定与局限

论文与原始来源

代码 / 软件关系

  • MCNP受控访问相机响应和散射串扰。
  • 装置专有分析/标定软件未公开RNC生产层析代码未公开。

计量与推断

标定 / 漂移

用中子源做绝对效率/串扰标定,并以MCNP建立每弦响应;现场校准验证安装偏差。

反演 / 计算

死时间/散射本底修正后做正则层析或参数化源拟合,传播响应矩阵误差。

时空尺度

因装置、采集和分析链而异;原始来源未给出统一数值。由视线、几何和反演设定;原始来源未给出统一数值。

适用域与边界

被测量

line-integrated neutron brightness · emissivity profile · source asymmetry

硬件

collimators · scintillators/fission chambers · fast electronics · massive shielding

局限

厚屏蔽、散射串扰和有限弦使层析分辨有限;响应对材料配置敏感。

DEVICE VIEW

从装置反查诊断能力、代表工作、实时接口与公开边界。

装置档案用于定位证据,不声称每套系统在所有实验周期同时可用。请展开卡片回到论文、数据平台或软件关系。

18 / 18 个装置
德国中型先进托卡马克

ASDEX Upgrade

Max Planck Institute for Plasma Physics

运行中的研究装置

AUG 的约七十类诊断与约一百五十个 DAQ 系统构成高度模块化生态,其中约二十套实时诊断向 DCS 提供输入。电子/离子剖面、辐射/杂质、快离子、MHD、边界与钨壁热状态均有成熟测量,shotfile、Diagnostic Control Center 与实时信号通信是其诊断数字线程特色。

DG0DG1DG2DG3DG4DG5DG6DG7DG10DG11
代表工作
约 20 套 rtDiags 与 DCS 低时延链路;ECE/Thomson/CXRS/Li-beam/干涉剖面;SXR/bolometer/光谱和钨杂质诊断;CTS/FIDA/INPA 等快离子诊断;shotfile + DCC 的集中配置和档案
实时接口
DCS signal network;real-time diagnostic clusters;DCC configuration and shotfile provenance
数据平台
systems: AUG shotfile system;DCC;distributed DAQ/archive;access: 装置合作权限;数据格式/架构论文公开;evidence: AUG DAQ and rtDiag primary papers
展开论文、软件与局限

论文 / 来源

代码 / 平台

  • AUG shotfile/rtDiag production stack未公开 · 论文 URL 已移入参考文献;架构公开,生产代码和数据未发现可核验公共仓库
  • AUG diagnostic datasets未公开 · 装置主页已移入参考来源;数据需装置合作流程,未发现可直接访问的公共数据 API

阅读边界

  • 多年代异构硬件与 Solaris/Linux/专用卡造成维护负担
  • shotfile/诊断程序接口并非跨装置标准
  • 实时信号可用不等于全链路 UQ 和故障容错已统一
美国先进托卡马克用户装置

DIII-D

General Atomics / US DOE Office of Science

运行中的用户设施

DIII-D 具有五十余套诊断和成熟 PCS,是平衡、MSE、电荷交换、ECE/ECEI、Thomson、反射计、BES、FIDA、中子、bolometry、SXR 和边界成像与控制耦合的代表装置。其优势是诊断密度、场景灵活性和大量控制实验;限制是原始 shot 数据及装置专用分析代码主要面向合作用户。

DG1DG2DG3DG4DG5DG6DG7DG10DG11
代表工作
三阵列 45 通道 MSE 电流剖面测量;Thomson/ECE/CER 与动力学平衡;BES/ECEI/磁阵列的 MHD 与湍流观测;FIDA/中子/快离子损失诊断;Diag2Diag 合成 Thomson 与多诊断恢复
实时接口
GA PCS;rtEFIT and real-time diagnostic nodes;quality/fault handling remains application-specific
数据平台
systems: MDSplus;PTDATA;OMFIT/OMAS adapters;access: facility user/collaboration access; selected figure data and repositories public;evidence: DOE facility page and GA data-management report
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论文 / 来源

代码 / 平台

  • OMAS官方使能工具 · 使能 DIII-D/IMAS 数据映射,不是诊断反演全集
  • Diag2Diag-SRTS官方直接实现 · 论文方法与 shot list 公开;原始 DIII-D 数据仍受设施规则约束
  • DIII-D experimental data受控访问 · 用户设施合作访问

阅读边界

  • 完整训练数据、标定数据库和生产 PCS/诊断代码不公开
  • 多诊断相关性在 OOD、坏道和硬件升级后会漂移
  • 研究装置冗余和端口条件不同于电厂
中国全超导长脉冲托卡马克

EAST

中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所

运行中的长脉冲研究装置

EAST 的诊断组合服务于稳态高约束、加热电流驱动、快离子、钨偏滤器和长脉冲设备健康:磁测量/POINT、Thomson、ECE/ECEI、反射计、FIDA、中子监测、光谱/SXR/bolometer、IR 与 Langmuir 探针。MDSplus 既归档物理诊断也支持技术诊断;长脉冲中标定漂移、冷却与数据连续性尤为重要。

DG0DG1DG2DG3DG4DG5DG6DG7DG8DG11
代表工作
POINT 偏振干涉约束实时电流剖面;ECE 频段升级与 ECEI 合成诊断;双视向 FIDA 与中子谱/相机;钨偏滤器 IR/探针/光谱;超导线圈温度技术诊断与联锁
实时接口
PCS/P-EFIT/POINT;MDSplus 实时/脉冲归档;TDS 到 cryogenic system 与 safety interlock
数据平台
systems: MDSplus;MySQL for selected engineering metadata;EAST DAQ;access: 数据主要通过合作;DAQ论文和部分接口材料公开;evidence: EAST DAQ/TDS primary papers
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论文 / 来源

代码 / 平台

  • EAST MDSplus/DAQ未公开 · 论文公开架构;论文 URL 已移入参考文献,未发现匿名开放 shot server 或可核验的 EAST 专用公共实现
  • EAST diagnostic production code未公开 · 未发现可核验的完整公共仓库

阅读边界

  • 各诊断标定、数据质量位和生产算法开放度有限
  • 长期稳态放大了积分漂移、热漂移、通道退化与数据吞吐风险
  • 技术诊断联锁证据不等于核安全资格
中国高场球形环 / p-11B 研究平台(设计建设阶段)

EHL-2

新奥能源研究院 / ENN

物理与工程设计/建设推进;尚无 EHL-2 plasma data

EHL-2 的公开论文聚焦高场、高离子温度和 p-11B 物理/工程设计,尚未发现可核验的完整诊断基线、接口控制文件或生产代码。合理需求包括磁与平衡、电子/离子剖面、组分与硼谱、硬 X 射线/逃逸电子、聚变产物(尤其带电粒子与伴随辐射)、PFC 热监测以及磁体/低温/结构/真空状态,但报告不得把需求写成已安装能力。

DG0DG1DG2DG3DG4DG5DG7DG8DG9DG11
代表工作
FEC 2025 physics-design paper/poster;ENN official project page;diagnostic requirements and port/harsh-environment co-design gap
实时接口
应建立 diagnostic-to-PCS/protection/data ICD;尚无公开生产接口证据
数据平台
systems: not publicly specified;access: 无公开 shot data(装置尚未运行);evidence: official project and IAEA design papers
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论文 / 来源

代码 / 平台

  • EHL-2 diagnostic code/data未公开 · 未发现可核验的诊断生产仓库或实验数据

阅读边界

  • 当前只能形成需求和协同设计路线,不能评价装置测量效果
  • p-11B 带电聚变产物、强硬 X 射线/高能电子和有限端口会改变诊断选择
  • 需要项目方提供端口、辐射/热/磁环境、量程、精度、延迟、校准与维护 ICD
中国带中心螺线管辅助的球形托卡马克 / p-11B 研究装置

EXL-50U

新奥能源研究院 / ENN

EXL-50U 自 2024 年运行;它是 EXL-50 的升级装置,但磁体、真空室、位形能力与诊断配置均须按 EXL-50U 基线独立版本化

EXL-50 是无中心螺线管装置;EXL-50U 则安装了中心螺线管,并以 ECRH 非感应启动、中心螺线管辅助爬升。公开 EXL-50 综述列出磁测量、可见/红外、微波与 HCN FIR 干涉、Thomson、Hα/杂质光谱、杂散 EC 波监测、ECE、AXUV、软/硬 X 射线和 Langmuir 探针,这只能作为 EXL-50U 的候选继承基线,不能直接等同于 EXL-50U 已安装、已标定或已接入实时链路的清单。EXL-50U 公开工作还直接证明了中心螺线管辅助放电及 FOCS 涡流测量;每套诊断仍需按装置配置、几何和标定版本确认。

DG0DG1DG2DG3DG4DG5DG6DG7DG10DG11
代表工作
EXL-50 diagnostics layout and research overview;磁/可见/IR/干涉/Thomson/ECE/X-ray/AXUV/探针组合;高能电子与多流体平衡交叉解释;EXL-50U 中心螺线管辅助放电、位置/平衡/控制与 FOCS 涡流测量的公开论文线索
实时接口
device PCS and equilibrium reconstruction;public detail insufficient for a complete ICD;control papers should not be read as full diagnostic qualification
数据平台
systems: ENN device acquisition/archive (public implementation detail limited);access: 未发现匿名开放 shot repository;合作获取;evidence: EXL overview and ENN/IAEA papers
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论文 / 来源

代码 / 平台

  • EXL-50/50U diagnostic data and production code未公开 · 未发现可核验的全量公共仓库或 shot API

阅读边界

  • EXL-50 是无中心螺线管装置,而 EXL-50U 安装中心螺线管;两者的硬件、几何、标定与信号命名不得混用
  • 高能电子导致单流体平衡、温度与电流解释具有特殊性
  • 公开资料不足以确认每套诊断的采样、延迟、标定、质量位和 PCS 接口
中国偏滤器托卡马克 / 新一代中型托卡马克

HL-2A / HL-2M(HL-3)

核工业西南物理研究院

HL-2M/HL-3 运行与诊断分阶段扩展;HL-2A 提供历史方法和数据

HL-2M 首等离子体阶段完成约 16 套基础系统,包括磁、宽视场成像、快电离规、高速 VUV、固态 THz 干涉和 CO2 色散干涉;公开计划为约五年扩展至约七十套。随后发展的宽谱光谱、Cherenkov 逃逸电子、TOF 中子、边界探针和高级剖面诊断成熟度各异,不能把概念设计统一标成部署。

DG0DG1DG2DG3DG4DG5DG6DG7DG11
代表工作
首等离子体 16 套基础诊断;宽谱段光谱;HL-2M Cherenkov 逃逸电子首批结果;双环中子 TOF 设计/样机;重离子束探针概念/开发
实时接口
HL-2M central timing/control and PCS;EPICS-based central control;diagnostic acquisition synchronized to experiment
数据平台
systems: HL-2M central DAQ/control archive;access: 主要通过 SWIP collaboration;论文公开;evidence: central-control and diagnostic-development primary papers
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论文 / 来源

代码 / 平台

  • HL-2A/HL-2M diagnostic code/data未公开 · 未找到完整公共数据或生产代码仓库
  • HL-2M diagnostic papers未公开 · 论文/演示材料只作为参考证据;未发现可执行诊断生产代码仓库

阅读边界

  • 约七十套是发展计划,不是同一时点的已验收清单
  • 中文/会议材料中的系统状态需逐 campaign 复核
  • HL-2A 方法继承不等于 HL-2M 标定和接口已完成
国际 / 法国大型燃烧等离子体托卡马克(在建)

ITER

ITER Organization

建设、装配和分系统集成;尚无 ITER 等离子体实验数据

ITER 规划约四十套大型诊断,覆盖磁、光学、微波、辐射、中子/伽马、粒子与边界测量。其核心挑战不是再复制研究装置诊断,而是在中子、伽马、热、真空、氚包容、远程维护和有限端口条件下向保护、PCS 和物理研究持续提供带质量标志的测量。

DG0DG1DG2DG3DG4DG5DG7DG9DG11
代表工作
磁诊断约 2000 个、19 类传感器的设计与资格试验;中子相机、通量监视、活化系统和伽马谱的燃烧等离子体测量链;DRGA 对燃料比、氦灰和杂质的样机开发;诊断端口、第一镜、辐照与远程维护工程集成
实时接口
PCS 将消费相当一部分诊断参数;CODAC/plant I&C 提供采集、时间同步和归档;中央联锁、机器保护和人员/核安全职责必须与诊断/PCS 分离
数据平台
systems: CODAC Core System;EPICS;IMAS;access: CODAC 发行与完整配置受项目/贡献者权限约束;IMAS-Python 公开不等于 ITER 诊断数据公开;evidence: 官方 CODAC/IMAS 文档与仓库
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论文 / 来源

代码 / 平台

阅读边界

  • 所有 ITER plasma 性能、可用率和长期辐照漂移均尚无本机证据
  • 端口、第一镜污染、辐射诱导效应、远程标定与替换是主要风险
  • 外部装置验证不能替代 ITER 环境资格与端到端验收
中国中型托卡马克

J-TEXT

华中科技大学

运行中的研究装置

J-TEXT 长期服务于 MHD、破裂、逃逸电子和边界研究,拥有磁阵列、软/硬 X 射线、干涉/偏振、ECE/ECEI、Thomson、可见/高速成像、光谱和边界探针。其 Web 全栈 DAQ 把 HDF5、MDSplus、EPICS 与 REST API 统一起来,适合作为较小规模的诊断数据接口实验场。

DG0DG1DG2DG4DG5DG6DG7DG11
代表工作
15+ 类诊断、700+ DAQ 通道的统一时序;ECEI Web-based DAQ;HDF5/MDSplus/EPICS 的 RESTful unified access;高场侧偏滤器 Langmuir probe 升级;磁振动污染分析
实时接口
J-TEXT CODAC/EPICS;central timing;REST API for control/status/data;MDSplus/HDF5 archive
数据平台
systems: J-TEXTDB/Web DAQ;HDF5;MDSplus;EPICS;access: 架构论文公开;装置数据服务访问规则需团队确认;evidence: peer-reviewed operational infrastructure papers
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论文 / 来源

代码 / 平台

  • J-TEXT Web DAQ未公开 · 接口和基准公开;未确认持续维护的公共生产仓库
  • MDSplus/EPICS/HDF5官方使能工具 · 公共依赖,不等于 J-TEXT configuration

阅读边界

  • 论文描述的 deployed stack 仍需版本、认证、API 和权限审计
  • 诊断几何/标定与 REST 元数据契约未完整公开
  • 单机短脉冲数据模式到长脉冲/电厂需重新设计
欧洲 / 英国大型 D-T 托卡马克(已结束实验运行)

JET

UKAEA for EUROfusion(历史运行)

2023 年结束实验;进入退役准备与数据再利用阶段

JET 的价值在于经过 D-T、ITER-like wall 和高功率场景考验的多诊断链:磁平衡、LIDAR/高分辨 Thomson、ECE、反射计、CXRS、可见/UV/X 射线、bolometer、质量谱以及中子相机/谱仪。当前应把它作为有氚运行、跨诊断校核和数据治理的历史基准,而非在线设施。

DG1DG2DG3DG4DG5DG6DG7DG10
代表工作
LIDAR Thomson 与 HR-TS/ECE/reflectometer 交叉一致性;D-T 中子相机、谱仪、活化与总产额监视;CXRS、bolometry、bremsstrahlung 与质量谱联合解释;实时数据网络和保护诊断
实时接口
JET real-time data network;PPCC/RTCC/RTPS/WALLS 历史接口;装置已停机,实时能力是历史证据
数据平台
systems: JET PPF;MDSplus gateways;TRANSP netCDF/MDSplus trees;access: EUROfusion/项目权限为主;部分论文数据和接口文档公开;evidence: JET TRANSP 官方文档和 MDSplus gateway 文档
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论文 / 来源

代码 / 平台

阅读边界

  • 停机后的可复现依赖档案、软件和专家知识保全
  • 诊断算法、标定和生产分支多数未公开
  • 历史 D-T 成功不等于未来电厂辐照寿命或安全资格
日本 / 欧洲大型超导托卡马克 / 历史前身

JT-60SA / JT-60U

QST / Fusion for Energy

JT-60SA 完成首等离子体后处于维护增强和后续运行准备;JT-60U 为历史数据来源

JT-60SA 研究计划把磁、Thomson、ECE、干涉/偏振、CXRS、MSE、反射计、SXR/bolometer、光谱、中子/快离子和偏滤器诊断分阶段部署;JT-60U 的 MSE、ECE、快离子、中子与剖面数据提供方法继承。当前必须区分规划清单、已安装 commissioning 与 JT-60U 历史能力。

DG0DG1DG2DG3DG4DG5DG6DG7DG11
代表工作
JT-60SA Research Plan 的分阶段诊断矩阵;首等离子体磁/成像/基础剖面链;JT-60U MSE/ECE/fast-ion legacy;Doppler reflectometry 可行性设计
实时接口
JT-60SA central control and real-time plasma control;central timing/data acquisition;interlock and diagnostic status
数据平台
systems: JT-60SA central data system;JT-60U/JT-60 data archive;access: experiment-team/collaboration; Research Plan public;evidence: QST/JT-60SA official plans and calls
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论文 / 来源

代码 / 平台

  • JT-60SA/JT-60U diagnostic data未公开 · 运行主页不是数据 API;未发现全量匿名公共 shot API
  • JT-60SA diagnostic production code未公开 · 研究计划公开,生产实现未公开

阅读边界

  • 规划清单不能标为已运行
  • JT-60U 几何、壁与硬件经验不能无条件迁移
  • JT-60SA 装置状态和 diagnostic commissioning 必须按 campaign 更新
韩国全超导长脉冲托卡马克

KSTAR

Korea Institute of Fusion Energy

运行中的长脉冲研究装置

KSTAR 从首等离子体时期的磁、干涉、ECE、可见光谱与成像,扩展到 Thomson、ECEI、MSE、CXRS、反射计、SXR/bolometer、边界/快离子诊断。诊断 DAQ 通过 EPICS 与中央控制集成,脉冲数据进入 MDSplus;实时诊断和 PCS 的耦合已用于平衡、剖面与高性能场景研究。

DG0DG1DG2DG3DG4DG5DG6DG7DG11
代表工作
ECEI 二维电子温度波动/MHD;MSE 电流剖面约束;Thomson 与 ECE/干涉交叉;EPICS+MDSplus 异构诊断 DAQ;实时诊断接入 PCS
实时接口
KSTAR PCS;EPICS central control;timing network;MDSplus archive
数据平台
systems: MDSplus;EPICS Channel Archiver;relational logs/KDIS;access: 主要是 KSTAR collaboration;架构论文公开;evidence: KSTAR diagnostic DAQ papers
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论文 / 来源

代码 / 平台

  • KSTAR MDSplus/EPICS DAQ未公开 · 论文 URL 已移入参考文献;MDSplus/EPICS 是通用使能平台,KSTAR 配置和数据受合作规则约束
  • KSTAR diagnostic analysis未公开 · 未发现完整公共生产仓库

阅读边界

  • 首等离子体 DAQ 论文不能代表当前全部诊断清单和性能
  • 生产配置、数据、标定与质量状态不公开
  • 长脉冲和钨环境需要持续再标定和健康管理
日本大型超导螺旋装置(非托卡马克参照)

Large Helical Device (LHD)

National Institute for Fusion Science

LHD 项目实验运行已完成;作为学术研究平台开放数据和诊断资源

LHD 在电子/离子剖面、ECE、干涉、重离子束探针、光谱、bolometer/SXR、中子/快离子、磁和边界成像方面积累丰富,最突出的数字孪生资产是官方 Fusion Diagnostic Data Repository:可按 shot/diagnostic 检索 raw/primarily processed/analyzed products,并有明确权利、联系人和引用 DOI。

DG0DG2DG3DG4DG5DG6DG7DG10
代表工作
按诊断名/shot 检索的开放 repository;Retrieve/dbStore/paraStore 数据链;数据在放电后小时级进入仓库;明确仪器人员协作、caveat 和引用规则
实时接口
LABCOM timing/DAQ;Retrieve API/tools;repository product pipeline
数据平台
systems: LHD Fusion Diagnostic Data Repository;LHD Analyzed Data Repository;LABCOM Retrieve/dbStore;access: public search/retrieval subject to rights and collaboration rules;evidence: NIFS official repository and terms
展开论文、软件与局限

论文 / 来源

代码 / 平台

阅读边界

  • 开放不等于无条件再发布,论文使用需与仪器负责人沟通
  • 不同 campaign/诊断参数和格式版本不一
  • LHD 三维磁构型和非 D-T 环境限制向托卡马克电厂直接迁移
英国球形托卡马克

MAST Upgrade

UKAEA

运行中的研究装置

MAST-U 诊断围绕 Super-X/先进偏滤器、球形环 MHD、快离子和高空间分辨剖面展开。磁诊断在升级后重建并完成 in-situ 标定;foil bolometer 使用 FPGA 采集并以合成诊断评估二维反演;Thomson、BES、CXRS、IR/可见、光谱和边界探针构成主要物理链。

DG0DG1DG2DG3DG4DG5DG6DG7DG9DG11
代表工作
102 个 flux loops 与 pickup/Rogowski 的磁诊断重建和不确定度标定;main-chamber/divertor foil bolometers + FPGA;bolometer synthetic diagnostic 与 2D reconstruction UQ;Super-X 辐射前沿、光谱、IR 和探针
实时接口
GA PCS branch and MAST-U control;FPGA bolometer processing;UDA/MDSplus-like multi-machine access through collaboration
数据平台
systems: UDA;MAST-U facility archive;access: UKAEA collaboration; selected papers/data products public;evidence: UKAEA publications and research plan
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论文 / 来源

代码 / 平台

  • MAST-U diagnostic and synthetic-bolometer code未公开 · 论文已在参考文献列出;未找到持续公共生产仓库
  • MAST-U data未公开 · 设施主页不是数据 API;需通过 UKAEA/实验团队合作获取

阅读边界

  • 第一轮运行暴露 bolometer 电噪声和探测器失效机制
  • 磁标定不确定度必须随硬件/维修版本保留
  • 先进偏滤器诊断变量与反应堆尺度热通量间仍需模型外推
美国球形托卡马克

NSTX-U

Princeton Plasma Physics Laboratory / US DOE

升级装置的调试与研究恢复阶段;具体 campaign 状态应查当期官方计划

NSTX/NSTX-U 形成了磁、Thomson、CHERS、MSE、reflectometry、BES、SXR、bolometer、中性粒子/快离子、IR/可见与边界探针数据体系。其突出价值是 MDSplus 同时组织原始、约化、分析和工程数据,并公开数据管理规则与 Web 工具;装置升级后各诊断的 commissioning 状态必须逐项核验。

DG0DG1DG2DG3DG4DG5DG6DG7DG10DG11
代表工作
MDSplus physics/engineering trees and Web Tools;raw-reduced-analyzed data治理与诊断负责人制度;Thomson/CHERS/MSE 和 TRANSP/NUBEAM 集成;fast camera CAMDATA 与 3D 时变影像
实时接口
NSTX-U PCS;MDSplus action nodes/shot cycle;EPICS archiver for engineering operations
数据平台
systems: MDSplus;EPICS archiver;CAMDATA;NSTX-U Web Tools;Princeton Data Commons for selected publication data;access: team sharing plus public web tools/selected analyzed data; not all raw data anonymous;evidence: official NSTX-U data management plan
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论文 / 来源

代码 / 平台

  • NSTX-U Web Tools官方使能工具 · 公开入口;后端数据权限因工具/数据级别而异
  • MDSplus官方使能工具 · 公共平台,不含 NSTX-U 全量数据和诊断算法

阅读边界

  • NSTX 历史成熟度不能自动转移到 NSTX-U 新硬件
  • 不同数据级别的验证责任和共享条件不同
  • fast-camera 数据采用独立仓库,跨模态时钟/几何/元数据需额外治理
美国高场紧凑 D-T 托卡马克(在建)

SPARC

Commonwealth Fusion Systems / MIT collaboration

建设、诊断制造与样机验证;尚无 SPARC plasma data

SPARC 以约五十套目标诊断支撑早期 Qfus>1、机器保护和 ARC 降风险。公开细节包括三类 X 射线系统、约四类中子系统、磁、干涉、ECE、光谱、可见/IR、粒子和工程传感;设计强调 12 T 磁场、D-T 中子、混凝土屏蔽、真空/氚边界和远距电子学。

DG0DG1DG2DG3DG4DG5DG6DG7DG8DG9DG11
代表工作
early-campaign diagnostics systems engineering;in-vessel SXR tomography + ex-vessel HXR + XICS;neutron flux/activation/camera/MPR spectrometer;OpenMC diagnostic scoping;radiation/magnetic/thermal/vacuum prototype qualification
实时接口
planned SPARC PCS/neutrino framework;diagnostic labs behind shielding;machine protection inputs;no SPARC plasma closed-loop evidence yet
数据平台
systems: CFS plant/data stack (not public);publication datasets and modeling repositories;access: production data/configuration private; papers and selected model artifacts public;evidence: SPARC diagnostic overview papers
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论文 / 来源

代码 / 平台

  • OpenMC官方使能工具 · SPARC 诊断 scoping 使用的通用代码;SPARC detailed model may be controlled
  • SPARC diagnostic production stack/data未公开 · 未发现生产诊断与数据平台公共仓库

阅读边界

  • 所有 SPARC plasma 诊断性能仍待首机验证
  • 强场、D-T 中子、屏蔽和长电缆会改变噪声、增益和维护性
  • 目标时间/空间/精度是设计要求,不是已实现统计
瑞士高灵活位形托卡马克

TCV

EPFL Swiss Plasma Center

运行中的研究装置

TCV 有四十余套诊断,突出灵活端口、快速维护和与控制的紧耦合。两百余磁探针/磁通环、FIR、实时 Thomson、ECE、MPX、RADCAM/MANTIS、CXRS、DNBI、FIDA、边界探针和高速成像共同支持位形、剖面和先进偏滤器研究。

DG1DG2DG3DG4DG5DG6DG7DG10DG11
代表工作
200+ 磁测量用于形状和 MHD;14 弦 FIR 快速密度;百余 polychromator Thomson、分析延迟低于 0.5 ms;RADCAM/MANTIS 辐射/偏滤器成像;诊断输入 RAPTOR/RAPDENS
实时接口
MARTe2-based TCV control;RAPTOR/RAPDENS observers;MDSplus shot and real-time trees
数据平台
systems: MDSplus;TCV real-time trees;EPFL analysis routines;access: 合作/教学案例可访问;未发现全量匿名 shot repository;evidence: EPFL official diagnostics/control pages
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论文 / 来源

代码 / 平台

  • MARTe2官方使能工具 · 运行框架,不包含完整 TCV 诊断配置
  • TCV data and diagnostics routines未公开 · 官方系统介绍页已移入参考来源;生产数据/代码需合作且未发现统一公共仓库

阅读边界

  • 灵活研究装置端口与维护条件优于电厂
  • 实时诊断的延迟数字不能外推到所有系统
  • CTS 等系统仍是开发状态,不能写成例行能力
德国优化仿星器(非托卡马克参照)

Wendelstein 7-X

Max Planck Institute for Plasma Physics

长脉冲实验、维护与后续 campaign 准备

W7-X 约四十五套诊断利用大量端口和三维磁构型,强调冗余物理原理、长脉冲连续采集和热事件自动识别。磁、Thomson、ECE、干涉、XICS/CXRS、bolometry、SXR、反射计、快离子、IR/visible/EDICAM 与边界探针共同构成长稳态参照;其 ArchiveDB/日志和 Web live monitoring 对数字孪生很有价值。

DG0DG2DG3DG4DG5DG6DG7DG8DG10DG11
代表工作
约 45 套诊断、同参数多原理冗余;长脉冲 IR thermography 自动热事件检测;Web-based live data/state/video monitoring;ArchiveDB/连续 DAQ;三维合成诊断/磁构型映射
实时接口
W7-X control/safety systems;continuous DAQ and ArchiveDB;web live monitoring;thermal-event algorithms
数据平台
systems: W7-X ArchiveDB;WebAPI/live monitoring;experiment programs/logbook;access: public APIs/selected datasets and collaboration access; exact product availability varies;evidence: official W7-X and peer-reviewed data-system papers
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论文 / 来源

代码 / 平台

  • W7-X ArchiveDB Web API官方使能工具 · 公开接口;数据产品和语义需按文档/合作规则解释
  • W7-X diagnostic production code未公开 · 系统介绍页不是源码;完整生产代码未发现统一公共仓库

阅读边界

  • 三维几何使视线和磁面映射比轴对称托卡马克更复杂
  • 长脉冲连续数据要求时间窗、状态段和标定事件可查询
  • W7-X 无 D-T 中子环境,不能替代燃烧电厂诊断辐照验证
法国长脉冲钨环境托卡马克

WEST

CEA-IRFM / EUROfusion

运行中的长脉冲研究装置

WEST 的诊断重点是主动冷却钨偏滤器、长脉冲壁状态和稳态场景。红外壁监视、超高分辨率热成像、FBG/热电偶、可见/X 射线、ECEI、磁与核心剖面诊断一方面服务物理分析,另一方面通过 Wall Monitoring System 进入实时保护/功率退让。

DG0DG1DG2DG4DG6DG7DG8DG9DG11
代表工作
红外 Wall Monitoring System 与 RF 退让;100 µm 级高分辨率 divertor thermography;FBG 在下偏滤器超过 2600 炮的温度数据库;CIVA/IR synthetic diagnostic 支持视线、遮挡和温度反演
实时接口
WMS to central PCS;shared-memory/real-time imaging chain;verified RF command path for thermal protection
数据平台
systems: WEST facility archive;real-time WMS streams;access: collaboration access; papers/selected data public;evidence: CEA/IRFM primary reports and papers
展开论文、软件与局限

论文 / 来源

代码 / 平台

阅读边界

  • IR 温度受发射率、反射、沉积、遮挡和几何映射影响
  • FBG 需区分温度/应变交叉敏感与高温漂移
  • 特定热保护统计不能代表全机可用率或安全等级

04 / EVIDENCE ≠ DEPLOYMENT

科学证据 E 与工程部署 D 是两条独立坐标轴。

E4 只说明曾进入真实装置在线、实时或常规工作流,不自动推导为 D5 安全资格。任何 D5 声明必须有审批、配置责任、测试、变更和生命周期证据。

诊断工作科学证据与部署责任矩阵
证据 / 部署D1D2D3D4D5
E010000
E116000
E2020100
E30162400
E4000280
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诊断工作科学证据与部署责任矩阵
科学证据D1 · 概念 / 需求D2 · 软件 / 实验室原型D3 · 安装 / 联调 / 影子 / HILD4 · 常规装置工作流D5 · 经批准的安全关键用途
E0 · 需求 / 概念10000
E1 · 数值 / 合成16000
E2 · 实验室 / 标定020100
E3 · 装置数据 / 交叉验证0162400
E4 · 在线 / 常规使用000280
交互图 3|工作按 E0–E4 与 D1–D5 交叉聚合;点击单元格进入目录筛选。

E · 科学与运行证据

E0
需求 / 概念

只有需求、架构或原理描述,尚无足够动态结果。

E1
数值 / 合成验证

在数值模型或合成数据上验证,不代表仪器已完成标定。

E2
实验室 / 原型 / 标定

在标定台、实验室或受控部件上形成可重复证据。

E3
装置数据 / 交叉验证

使用真实装置数据离线分析、安装调试或与独立诊断交叉验证。

E4
装置在线 / 常规使用

进入真实装置在线、实时或常规实验流程;不自动等同安全资格。

D · 部署责任等级

D1
概念 / 需求
D2
软件或实验室原型
D3
安装、联调、回放、影子或 HIL
D4
常规装置工作流
D5
经治理批准的安全 / 保护关键用途

05 / SCIENTIFIC VIEWS

从时间尺度、装置覆盖到反演与实时链:五张视图解释同一系统。

图中数量级和关系与目录中的原始来源、标定和误差信息对应。

聚变诊断从微秒快事件到全生命周期的时间尺度静态图交互图加载中…
聚变诊断典型时间尺度
类别下限(秒)上限(秒)
高频磁 / Mirnov / 快事件0.0000010.01
反射计 / ECE / 波动成像0.000010.1
平衡 / 位形 / 实时状态0.00011
光谱 / 辐射 / 热负荷0.000131.622776601683793
Thomson / 剖面产品0.00110
燃料循环 / 真空 / 低温0.31622776601683794316227.7660168379
标定漂移 / 维护趋势1000100000000
材料损伤 / 寿命 / 退役31622.7766016837921000000000
交互图 4|快速保护、实时状态、炮内演化、炮间校准与全生命周期健康对应不同数据链和验证方法。
主要聚变装置与诊断任务公开证据覆盖静态矩阵交互图加载中…
装置与诊断任务公开证据索引
装置DG0DG1DG2DG3DG4DG5DG6DG7DG8DG9DG10DG11
ASDEX Upgrade有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认本版未确认有关联证据有关联证据
DIII-D本版未确认有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认本版未确认有关联证据有关联证据
EAST有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认本版未确认有关联证据
EHL-2有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认有关联证据
EXL-50U有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认本版未确认有关联证据有关联证据
HL-2A / HL-2M(HL-3)有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认本版未确认本版未确认有关联证据
ITER有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认有关联证据本版未确认有关联证据本版未确认有关联证据
J-TEXT有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认本版未确认本版未确认有关联证据
JET本版未确认有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认本版未确认有关联证据本版未确认
JT-60SA / JT-60U有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认本版未确认本版未确认有关联证据
KSTAR有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认本版未确认本版未确认有关联证据
Large Helical Device (LHD)有关联证据本版未确认有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认本版未确认有关联证据本版未确认
MAST Upgrade有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认有关联证据本版未确认有关联证据
NSTX-U有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认本版未确认有关联证据有关联证据
SPARC有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认有关联证据
TCV本版未确认有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认本版未确认有关联证据有关联证据
Wendelstein 7-X有关联证据本版未确认有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认有关联证据有关联证据
WEST有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认有关联证据本版未确认有关联证据有关联证据有关联证据有关联证据本版未确认有关联证据
交互图 5|按任务、数据开放度、实时接口和验证环境索引装置证据。
真实诊断与合成诊断残差闭环图
图 7|合成诊断闭环:模型经过仪器前向算子后再与原始观测比较,残差用于定位物理、几何、校准或噪声模型偏差。
多诊断联合反演和不确定度传播图
图 8|集成反演:联合多个互补观测,显式表达先验、似然、空间几何和后验不确定度,避免各诊断各自产生互不一致的状态。
实时诊断、人工智能、质量门和安全接口图
图 9|实时链:输入质量、最坏时延、OOD 和降级状态决定输出进入 PCS、保护或人机界面的路径。

06 / GAP TO A DIGITAL TWIN

距离数字孪生,缺口不在“再加一个模型”,而在观测、状态、证据与责任能否连续闭合。

G1

观测不是状态

多数诊断输出局部或线积分信号;数字孪生还需要联合反演、可观测性分析和跨域一致状态。

G2

标定尚未数字线程化

几何、时钟、响应函数、校准证书、有效期、漂移和维修事件必须随每个数据产品可查询。

G3

合成—真实残差未闭环

前向模型不能只做论文后处理;需要与原始通道持续对齐,并把残差反馈给模型、仪器和不确定度。

G4

质量与失效缺少在线语义

缺数、饱和、污染、辐照漂移、时间错位和算法失效要形成机器可读质量位与降级策略。

G5

等离子体与工程健康割裂

位形、热流与中子源应能关联温度、力、位移、应变及辅机状态,支撑故障传播和寿命判断。

G6

实时不等于可信控制

低平均延迟不足以进入闭环;还需要最坏时延、故障注入、HIL、权限、回退和独立保护证据。

G7

跨装置语义仍不统一

通道名、坐标、单位、配置和处理版本差异阻碍迁移;IMAS/OMAS 等契约仍需站点适配与审计。

G8

生命周期证据不足

长脉冲、辐照老化、维护后再标定、备件替换和软件升级必须进入同一配置与责任体系。

07 / FUSIONDIGITAL ROADMAP

从炮次级证据链切入,逐步形成电厂级持续观测与可信决策。

每一阶段以可回放、可对比、可降级为验收门,节奏取决于 EXL-50U / EHL-2 的仪器配置、数据权限与实验计划。

FusionDigital 聚变诊断数字孪生建议路线静态甘特图交互图加载中…
FusionDigital 聚变诊断建议路线
阶段名称开始月结束月证据门
R0配置与磁诊断基线012几何 / 标定 / 时钟 / MEQ–DINA 回放
R1合成诊断与独立观测1224干涉 / ECE / TS / IR / bolometry 观测闭环
R2多诊断状态服务1836联合反演 · UQ · 残差 · 质量门
R3诊断系统 SIL / HIL3048真实采集 / 网络 / PCS / 故障注入
R4受治理在线能力4260影子 → 只读 → 有限闭环 · 可回滚
R5整厂诊断孪生4896设备健康 · RAMI · 寿命 · 维护优化
交互图 6|阶段允许并行,并按证据门推进。
R0近期 · 可立即实施

测量资产与计量底座

盘点通道、视线、采样、时钟、标定、误差、依赖和责任人;保留原始 ADC 与不可变配置快照。

配置基线 → 验证记录 → 责任批准 → 可回退发布
R1近期 → 中期

回放与合成诊断闭环

统一炮次回放接口;让 DINA / MEQ、输运与工程模型生成虚拟通道,并以残差和交叉诊断验证。

配置基线 → 验证记录 → 责任批准 → 可回退发布
R2中期

多诊断状态与影子运行

构建带 UQ 的集成反演和数据同化,在影子模式验证时延、漂移、缺失通道与异常工况。

配置基线 → 验证记录 → 责任批准 → 可回退发布
R3中期 → 远期

控制与工程健康联动

把可信状态、热流和载荷接入场景规划、保护建议、预测维护与实验协同;所有动作经过确定性门。

配置基线 → 验证记录 → 责任批准 → 可回退发布
R4远期

电厂级持续可信运行

形成跨班次、跨维护周期、跨软件版本的证据链,覆盖降级、再标定、老化、网络安全与安全论证。

配置基线 → 验证记录 → 责任批准 → 可回退发布