39-EFT.WP.Plasma.Confinement v1.0 | 第15章 数据与复现（DataSpec / Methods.Repro）

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第15章 数据与复现（DataSpec / Methods.Repro）

I. 章节目标与结构

1. 目标：定义 Plasma Confinement 的数据契约、数据/管线卡与审计轨导出，锁定环境与等价性阈值，使 S20-/S30-/S40-/S50-/S60-/S70-/S80-/I10-/M10- 的平衡/稳定/波/导引中心/输运/边界层链路在统一数据口径下可复现、可审计、可发布。
2. 结构：数据契约 → 字段与模板 → 管线卡与环境锁 → 复现流程 → 审计轨与发布 → 可证伪准则 → 合规模板 → 跨章闭环。
3. 共享到达时两口径（等价，须显式路径/测度并记录 delta_form）：
   • 常量外提：T_arr = ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell )
   • 一般口径：T_arr = ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell )

II. 数据契约（Plasma 增量）

• 工件类型（最小集合）：
  geometry/coils/binding(I10-)、equilibrium{psi,q(ψ)}（S30-）、stability{δW_min,Δ',D_S,D_M}（S40-）、
  waves{n_eff(ω),rays,α_abs,P_dep(r),T_arr}（S50-）、gc_nc{D_nc,χ_nc,J_bs}（S60-）、
  transport{D,χ,Γ,Q,Π_ψ}（S70-）、edge_sol{profiles_1D,q_t,R,Y,L_z}（S80-）、
  diagnostics{H_blocks,windows,AF/PF}（M10-）、qa_gates、audit_manifest。
• 最小一致性：SI 单位；check_dim=pass；功率闭合、拓扑一致、稳定性门、两口径 T_arr 一致。
• 版本与校验：semver + 每文件 sha256；记录 created_at、toolchain 与 env_lock 指纹。

III. 数据集卡（Dataset Card v1.0，Plasma 字段）

最小模板（可直接粘贴）

dataset_card:

dataset_id: "PC-DS-001"

version: "1.0.0"

source: "simulation"

geometry_ref: "GEOM-COIL-0001"

binding_ref: "I10-PC-0001"

equilibrium:

psi: "/eq/psi.nc"

q: "/eq/q.nc"

metrics: "/eq/coords_boozer.nc"

stability:

deltaW_min_J: 2.6e3

DeltaPrime: -0.4

D_S_profile: "/stab/DS.tbl"

D_M_profile: "/stab/DM.tbl"

waves:

n_eff_tbl: "/waves/n_eff.tbl"

rays_json: "/waves/rays.json"

alpha_abs: "/waves/alpha.tbl"

P_dep_Wm3: "/waves/Pdep.nc"

arrival:

form: "n_over_c" # or "one_over_c_times_n"

gamma: "explicit"

measure: "d_ell"

c_ref: 299792458.0

Tarr_s: 3.08e-06

u_Tarr_s: 9.0e-08

delta_form: "n_over_c"

gc_nc:

D_nc_m2s: "/nc/Dnc.tbl"

chi_nc_m2s: "/nc/Chinc.tbl"

J_bs_Am2: "/nc/Jbs.tbl"

transport:

D_m2s: "/trans/D.nc"

chi_m2s: "/trans/chi.nc"

fluxes: "/trans/fluxes.nc" # Γ, Q, Π_ψ

edge_sol:

s_grid_m: "/edge/s.npy"

profiles_1D: "/edge/profiles.nc"

q_t_MWm2: 7.3

R: 0.94

Y_tbl: "/impurity/Y.tbl"

Lz_tbl: "/impurity/Lz.tbl"

diagnostics:

H_blocks: [ "ECE_transfer", "Reflect_phase", "Mag_inversion", "IR_heatflux" ]

windows: "/diag/windows.yaml"

AF: "/cal/AF_antenna.yaml"

PF: "/cal/PF_probe.yaml"

dt_sync_s: 1.0e-08

qa_gates:

check_dim: "pass"

power_closure: "pass"

topology: "pass"

stability: {deltaW_min:">0", DeltaPrime:"<=0"}

Tarr_dual: {diff_s: 2.0e-08, u_Tarr_s: 9.0e-08, pass: true}

hashes:

files:

- {path:"/eq/psi.nc", sha256:"..."}

- {path:"/waves/Pdep.nc", sha256:"..."}

created_at: "2025-09-16T10:00:00Z"

toolchain: {simstack_plasma:"1.0.0", kernels:"0.9.3"}

IV. 管线卡（Pipeline Card v1.0）与环境锁（Env-Lock v1.0）

• 标准阶段：build(I10) → GS(S30) → stability(S40) → waves(S50) → gc_nc(S60) → transport(S70) → edge_sol(S80) → synth_obs+assim(M10) → qa → export。
• 环境锁：记录 OS/解释器/依赖/容器摘要与硬件；统一单位；提供随机种子。

pipeline_card:

pipeline_id: "PC-PIPE-001"

version: "1.0.0"

steps:

- {id:"i10_build", cmd:"i10_bind --geom GEOM-COIL-0001 --out /artifacts/i10.yaml"}

- {id:"gs", cmd:"solve_gs --binding /artifacts/i10.yaml --out /eq"}

- {id:"stability", cmd:"stab_energy --eq /eq --out /stab"}

- {id:"waves", cmd:"waves_run --eq /eq --disp /cfg/disp.json --out /waves"}

- {id:"gc_nc", cmd:"neoclassical --eq /eq --out /nc"}

- {id:"transport", cmd:"transport_run --eq /eq --nc /nc --out /trans"}

- {id:"edge_sol", cmd:"edge_sol --geom /artifacts/i10.yaml --out /edge"}

- {id:"synth", cmd:"synth_obs --H /cfg/H.yaml --windows /diag/windows.yaml --out /obs"}

- {id:"assim", cmd:"assimilate --R /cov/R.h5 --B /cov/B.h5 --obs /obs --out /assim"}

- {id:"qa", cmd:"qa_check --dataset /assim/dataset_card.yaml"}

- {id:"export", cmd:"export_cards --out /release"}

env_lock:

os: {name:"Ubuntu", version:"22.04"}

interpreter: {name:"Python", version:"3.11.6"}

packages:

- {name:"numpy", version:"1.26.4", hash:"sha256:..."}

- {name:"scipy", version:"1.13.1", hash:"sha256:..."}

- {name:"netCDF4",version:"1.6.5", hash:"sha256:..."}

container: {image:"registry/pc-simstack:1.0.0", digest:"sha256:..."}

hardware: {cpu:"x86_64", gpu:"none", ram_GB:64}

seeds: {global: 20250916}

V. 复现流程（Methods.Repro，执行口径）

• 获取并校验：拉取 dataset_card/pipeline_card/env_lock，核对 sha256。
• 环境重建：按 env_lock 启动容器/虚拟环境。
• 执行管线：i10→GS→stability→waves→gc_nc→transport→edge_sol→synth→assim→qa；每阶段通过 check_dim 与阶段性 QA。
• 到达时一致：两口径计算 T_arr，验证 |Δ| ≤ u(T_arr)。
• 功率闭合与拓扑：验证 P_in = P_ref + P_rad + P_wall + ∫P_dep dV 与 q(ψ)/LCFS/X 一致。
• 稳定性门：δW_min > 0 ∧ Δ' ≤ 0 ∧ {D_S,D_M}>0。
• 输运/新古典比对：D,χ 与标度/表格比对；D_nc/χ_nc/J_bs 与 ν_* , q , ε 关系一致。
• 出具 QA 与发布卡：生成 qa_report.json 与 release_manifest。

VI. 审计轨与发布

audit_manifest:

run_id: "RUN-PC-2025-09-16-001"

toolchain: {simstack_plasma:"1.0.0", kernels:"0.9.3"}

diffs: {params_changed:["closure.table","AF_update"], reason:"calibration refresh"}

seeds: {global: 20250916}

qa:

check_dim: "pass"

power_closure: "pass"

topology: "pass"

stability: "pass"

Tarr_dual: "pass"

logs: "/logs/run_001.txt"

release_manifest:

normative_refs: ["EFT.WP.Core.DataSpec v1.0","Methods.Repro v1.0"]

artifacts:

- "/release/dataset_card.yaml"

- "/release/pipeline_card.yaml"

- "/release/env_lock.yaml"

- ["/release/audit_manifest.yaml","/release/qa_report.json"]

hashes:

dataset_card: "sha256:..."

pipeline_card: "sha256:..."

env_lock: "sha256:..."

audit: "sha256:..."

VII. 可证伪准则（Repro 对应）

1. R-PC-1（到达时不一致）：|T_arr(n_over_c) − T_arr(one_over_c_times_n)| > u(T_arr)。
2. R-PC-2（功率/拓扑/稳定性失败）：任一硬门未通过。
3. R-PC-3（等价性失败）：复现与发布的关键曲线偏差超阈：
   • ε_psi = max |psi^{rep} − psi^{pub}| / |psi^{pub}| > ε_psi_gate
   • ε_q = max |q^{rep} − q^{pub}| > ε_q_gate
   • ε_Pdep = |∫P_dep^{rep} − ∫P_dep^{pub}| / ∫P_dep^{pub} > ε_Pdep_gate
   • ε_Tarr = max |T_arr^{rep} − T_arr^{pub}| > ε_Tarr_gate
   • ε_Dχ = max |log(D,χ)^{rep} − log(D,χ)^{pub}| > ε_Dχ_gate
   • ε_qt = max |q_t^{rep} − q_t^{pub}| / q_t^{pub} > ε_qt_gate
4. R-PC-4（环境不可再现/审计缺失）：env_lock 不可重建或缺关键 hashes/logs。
5. R-PC-5（观测算子/协方差不一致）：H/R/B 版本或维度不匹配导致 QA 失败。

VIII. 合规模板（一次性粘贴）

# 1) 到达时两口径

T1 = (1/c_ref) * trapz(n_eff*dl)

T2 = trapz((n_eff/c_ref)*dl)

assert abs(T1 - T2) <= u_Tarr

# 2) 功率闭合

Pdep = integrate(P_dep_grid)

assert abs(P_in - P_ref - P_rad - P_wall - Pdep) <= u_power

# 3) 拓扑/稳定性

assert max_abs(q_rep - q_pub) <= q_gate and max_rel(psi_rep, psi_pub) <= eps_psi_gate

assert deltaW_min > 0 and DeltaPrime <= 0

# 4) 输运/新古典

assert r2_score(log(D_rep), log(D_pub)) >= R2_gate

assert r2_score(log(chi_rep), log(chi_pub)) >= R2_gate

# 5) Edge/SOL 靶面热流

assert max_rel(qt_rep, qt_pub) <= eps_qt_gate

阈值建议（可在数据卡细化）

equivalence_gates:

eps_psi_gate: 0.03 # 3% 相对误差

eps_q_gate: 0.05 # 绝对 q 偏差

eps_Pdep_gate: 0.05

eps_Tarr_gate: 0.05e-6 # s

eps_Dχ_gate: 0.10 # log-域

eps_qt_gate: 0.10

R2_gate: 0.85

u_power: 0.07*Pin # 7% 功率闭合带

IX. 跨章引用与闭环

• 依赖：第4章（S20-）、第5章（S30-）、第6章（S40-）、第7章（S50-）、第8章（S60-）、第9章（S70-）、第10章（S80-）、第11章（I10-）、第12章（M10-）、第14章（仿真栈）。
• 对接：第16章（设计规程与工程清单——将复现门与等价性阈值纳入签核）与《EFT.WP.Core.DataSpec / Methods.Repro》统一规范。