核聚变100问(76):数据采集系统如何帮助EAST装置进行远程科学分析?

· 行业科普

EAST,作为全球首个全超导托卡马克实验装置,不仅包含其核心的超导托卡马克主机,还整合了众多子系统,如真空抽充气系统、高功率电源系统、低温系统、诊断测量系统以及各种加热系统。这些系统在实验过程中产生大量科学数据,科学家们通过对这些数据进行深入分析,以实时掌握EAST实验的动态。

EAST数据采集系统的主要任务便是收集和发布这些宝贵的科学数据。根据功能,数据采集可分为四大类:诊断数据采集、工程数据获取与显示、EAST实验数据的二级库建设,以及视频数据的存储与点播服务。

诊断数据采集

在EAST装置的运行中,对等离子体的性质和状态进行精确测量是实验研究的基础。等离子体的复杂性要求通过并行测量多种参数并综合分析相关因素(例如磁场变化、平衡状态、粒子速度分布等)来实现,这一过程称为“诊断”。

诊断数据的采集工作由专门的系统完成,能够根据不同需求,采用多种采集配置,覆盖从10KHz到60MHz的广泛采样率。科研人员可以通过Logbook网站获取关键信息,或利用WebScope查看信号曲线图,甚至远程访问数据以进行科学分析。随着EAST装置的持续升级,所需采集的信号数量也在增加。在2014年的实验中,EAST的数据采集系统处理了高达2490个信号,数据量达到80TB,平均传输速率为1GB/s。

数据采集机房,图片摘自Iter China
LogBook,图片摘自Iter China
WebScope,图片摘自Iter China

工程数据获取及显示

EAST装置的众多子系统,如真空、低温、水冷、电源等,在实验中需要同步、实时监控以确保实验顺利进行。工程专家通过实时获取关键工程数据,根据数据变化判断装置的运行状况。他们可以通过EAST实验工程数据显示网站查看实时数据,或使用WebScope分析数据变化曲线,以综合评估系统状态。

工程数据,图片摘自Iter China

EAST的二级数据库具备数据获取、自动处理、存储、格式转换和程序自动调用等功能,是连接诊断数据与分析程序的纽带,极大地提高了数据分析的效率。与原始数据不同,二级数据库主要包含经过二次处理和分析的数据,这些数据具有实际的物理意义,如密度和内能。科研人员不仅可以访问这些数据,还可以通过WebScope进行查看,对于EFIT磁面平衡结果,更可以使用EASTViewer软件进行深入分析。

EASTViewer,图片摘自Iter China

视频数据存储及点播

为了满足EAST诊断的需求,在真空室内安装了专业相机,所拍摄的视频数据被统一存储并管理。科研人员可以通过EAST Video网页点播实验视频,直观地了解实验情况。2014年,EAST的视频数据量达到了20TB。

视频点播,图片摘自Iter China

随着EAST实验的不断深入,其数据采集和处理系统展现出了强大的科学支撑能力。这些宝贵的数据不仅为科研人员提供了实时、精确的实验信息,而且通过高效的数据处理和分析,极大地推动了我们对核聚变科学认知的边界。EAST作为全超导托卡马克实验装置的先锋,其综合数据管理系统的完善和升级,预示着人类在探索清洁能源的道路上又迈出了坚实的一步。

 

参考链接:

  • https://www.iterchina.cn/jbzs/info/2015/12985.html