物理学 > 等离子体物理
[提交于 2025年3月25日
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标题: EFIT-mini:一种嵌入式、多任务神经网络驱动的平衡反演算法
标题: EFIT-mini: An Embedded, Multi-task Neural Network-driven Equilibrium Inversion Algorithm
摘要: 平衡重构通过诊断和线圈电流数据推断托卡马克中的内部磁场、等离子体电流和压力分布,对于受控磁约束核聚变研究至关重要。 然而,传统数值方法由于计算耗时或迭代收敛问题,往往难以满足实时控制需求。 本文介绍了EFIT-mini,一种将机器学习与数值模拟相结合的新算法。 它采用多任务神经网络来替代数值平衡反演中的复杂步骤,如磁面边界识别,结合了两种方法的优势,同时减轻了各自的缺点。 神经网络处理线圈电流和磁测量数据,直接输出等离子体参数,包括$p'$和$ff'$的多项式系数,为后续的Picard迭代提供高精度初始值。 与现有的人工智能驱动方法相比,EFIT-mini引入了更多的物理先验条件(例如最小二乘约束),以提高反演精度。 在EXL-50U托卡马克放电数据上验证,EFIT-mini在最后闭合通量面面积上与传统方法的重叠度超过98%。 此外,EFIT-mini的神经网络和完整算法分别在129$\times$129分辨率下,仅需0.11ms和0.36ms计算单个时间片,速度提升了三个数量级。 这种创新方法利用了机器学习的速度和数值算法的可解释性,为实时等离子体形状控制提供了稳健的解决方案,并有望扩展到动力学平衡重构。 其高效性和通用性使EFIT-mini成为托卡马克实时监测和控制的有前途工具,以及为其他实时反演算法提供关键输入的工具。
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