A tomography algorithm to maximize the entropy of image using lagrangian multiplier technique and conjugate direction line minimization method was used for the reconstruction of 2D spatial distribution of intense neutral beams of KSTAR NBI (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research Neutral Beam Injector). A possible detection system was modeled by system geometry parameters and numerical simulations were done to test the reconstruction fidelity of simulated beam profiles. First of all, we simulated with changes of number of cameras and 11 cameras were adopted from this simulation. The simulations with changes of noises, horizontal divergences, and power rates were also done and their relationships with reconstruction fidelity were shown.
중성입자입사가열장치에 있어서, 빔 파워의 공간적분포, 즉 빔 프로파일의 측정은, 입사조건의 최적화에 있어서 매우 중요하다. 그런데, KSTAR NBI와 같이 빔 파워 밀도가 높은 경우에는 주입식 방법은 불가능하고 광학적 방법을 사용하여야 한다.
이 논문에서는 광학적 방법을 사용하는 토모그라피 계측시스템을 구상하고 모델링하였다. 그리고 프로젝션 데이터(projection data)로부터 빔의 공간적 분포를 재구성(reconstruct)하기 위하여 엔트로피 최대화 알고리즘을 구현하였다. 재구성 해상도는 계측시스템과 알고리즘에 의해 제한되는데, 넓이 460mm, 높이 580mm의 영역을 20mm의 해상도로 복원하기 위해서는, 이상적으로 16개 이상의 카메라가 필요하다는 결과를 얻었다. 그러나, 공간적 경제적인 이유로 카메라의 개수는 적을수록 바람직하므로 시뮬레이션에 의해 11개 정도가 적당하다고 결론을 내렸다. 알고리즘의 성능을 시험해 보이기 위해, 잡음(noise)에 따른 재구성, 빔의 수평 발산각에 따른 재구성, 빔파워 비에 대한 시뮬레이션도 수행하였다. 잡음은 프로젝션 데이터 중에서 가장 큰 신호보다 약 400분의 1보다 작을 때 수렴하였다. 발산각이 작을수록 11개의 카메라로는 재구성 영상의 비대칭성이 심해졌다. 그래서 이런 경우에는 카메라 하나가 더 필요하다는 생각을 해볼 수가 있었다. 파워 발생비는 가운데 것이 크고 주위의 것이 낮을수록 재구성이 잘 되었다.
이러한 데이터는 앞으로 토모그라피 계측시스템을 더욱 최적화하고 개선하는데 사용되어질 수 있을 것으로 생각한다.
