제4장

1단계: 데이터 형식 표준

모든 상호운용성의 기초. JSON 스키마 기반 표준 데이터 형식으로 전 세계 핵융합 시설의 플라즈마 데이터, 진단, 에너지 출력을 통일합니다.

표준화 이전의 혼란

상상해 보세요. KSTAR에서 "온도 10 keV"라고 보고하는 동안, JET은 "1억 1천 6백만 °C"라고 하고, DIII-D는 "100,000,000 K"라고 합니다. 모두 같은 값이지만 단위가 다릅니다. 밀도의 경우는 더 복잡합니다: 10²⁰/m³, 10¹⁴/cm³, 또는 그냥 "1.0"에 주석으로 단위를 적어놓습니다.

시간 표기도 문제입니다. KSTAR는 "샷 번호 23045", JET은 "펄스 #94701", ITER는 "방전 ID D-001"을 사용합니다. 타임스탬프는 로컬 시간인가요? UTC인가요? Unix epoch인가요?

WIA-FUSION JSON 스키마

WIA-FUSION 1단계는 JSON Schema를 사용하여 모든 핵융합 데이터를 표준화합니다. JSON은 다음과 같은 이유로 선택되었습니다:

• 범용성: 모든 프로그래밍 언어에서 지원
• 가독성: 사람이 읽고 편집 가능
• 검증: JSON Schema로 자동 유효성 검사
• 확장성: 새 필드 추가가 쉬움
• 도구: 풍부한 생태계 (validator, editor, converter)

핵심 데이터 구조

1. 플라즈마 상태 (Plasma State)

플라즈마 상태는 특정 시점의 플라즈마 조건을 완전히 설명합니다:

{
  "$schema": "https://wia.live/schemas/fusion/plasma-state-v1.0.0.json",
  "shot_id": "KSTAR-2023-12-15-24501",
  "timestamp": "2023-12-15T09:23:45.250Z",
  "facility": "KSTAR",

  "core_parameters": {
    "temperature_keV": {
      "ion": 8.6,
      "electron": 7.9,
      "measurement_location": "r/a = 0.3",
      "diagnostic": "Thomson scattering"
    },
    "density_m3": {
      "value": 0.85,
      "unit": "1e20/m3",
      "line_averaged": true
    },
    "confinement_time_s": 2.1,
    "triple_product": {
      "value": 34.3,
      "unit": "keV·s·1e20/m3"
    }
  },

  "performance": {
    "q_factor": 0,
    "fusion_power_mw": 0,
    "plasma_current_ma": 1.8,
    "beta_percent": 3.2,
    "beta_n": 2.8,
    "h_factor": 1.05
  },

  "geometry": {
    "major_radius_m": 1.8,
    "minor_radius_m": 0.5,
    "elongation": 1.9,
    "triangularity": 0.6,
    "safety_factor_95": 4.2
  },

  "stability": {
    "disruption_probability": 0.08,
    "elm_frequency_hz": 50,
    "mhd_modes": [
      {"m": 2, "n": 1, "amplitude": 0.02}
    ]
  }
}

2. 진단 데이터 (Diagnostic Data)

모든 진단 측정에는 메타데이터가 포함되어야 합니다:

{
  "diagnostic": {
    "name": "Thomson Scattering",
    "type": "temperature_density",
    "location": "KSTAR_TS_CORE",
    "calibration_date": "2023-12-01",
    "calibration_valid_until": "2024-06-01",
    "sampling_rate_hz": 100,
    "spatial_resolution_cm": 2.0,
    "temporal_resolution_ms": 10
  },

  "measurements": [
    {
      "timestamp": "2023-12-15T09:23:45.250Z",
      "temperature_keV": 8.6,
      "temperature_error_keV": 0.3,
      "density_1e20m3": 0.85,
      "density_error_1e20m3": 0.05,
      "quality_flag": "GOOD",
      "radial_position_m": 0.54
    }
  ],

  "quality_control": {
    "signal_to_noise_ratio": 45.2,
    "saturation_detected": false,
    "outliers_removed": 2,
    "data_gaps_ms": []
  }
}

KSTAR 데이터 형식 마이그레이션

국가핵융합연구소(KFE)는 2023년부터 KSTAR의 모든 데이터를 WIA-FUSION 형식으로 변환하고 있습니다. 이는 50년치 아카이브 데이터(1995-2023, 약 150,000 샷)와 실시간 데이터 스트림을 포함합니다.

표준 단위 체계

WIA-FUSION은 모든 물리량에 대해 명확한 단위를 정의합니다:

단위 변환 라이브러리

WIA-FUSION SDK는 자동 단위 변환을 제공합니다:

// TypeScript 예시
import { FusionUnits } from '@wia/fusion-sdk';

// 온도 변환
const tempKeV = 10;
const tempKelvin = FusionUnits.keV_to_Kelvin(tempKeV);
// 결과: 116,000,000 K

const tempCelsius = FusionUnits.keV_to_Celsius(tempKeV);
// 결과: 115,999,726.85 °C

// 밀도 변환
const density1e20 = 1.0;
const densityPerCm3 = FusionUnits.m3_to_cm3(density1e20);
// 결과: 1.0×10¹⁴ /cm³

// KSTAR 레거시 형식에서 WIA-FUSION으로 변환
const legacy = loadKSTARLegacyData("shot_23045.bin");
const standard = FusionUnits.convertToWIAFusion(legacy, {
  facility: "KSTAR",
  temperature_unit: "eV",  // 입력이 eV임을 명시
  density_unit: "1e19/m3"  // 입력이 10¹⁹/m³임을 명시
});
// 자동으로 keV와 10²⁰/m³로 변환됨

데이터 검증 및 품질 관리

모든 데이터는 수락 전에 JSON Schema에 대해 검증되어야 합니다. KSTAR는 실시간 데이터 파이프라인에서 이를 구현했습니다:

메타데이터와 추적성

과학적 재현성을 위해 모든 데이터는 풍부한 메타데이터를 포함해야 합니다:

한국 대학의 데이터 과학 기여

한국의 대학들은 WIA-FUSION 데이터 형식을 활용하여 고급 분석을 수행하고 있습니다:

ITER와의 호환성

ITER는 2025년부터 WIA-FUSION 형식을 공식 데이터 표준으로 채택할 예정입니다. 이는 한국을 포함한 모든 참여국이 동일한 형식으로 데이터를 제출하고 교환할 것임을 의미합니다.

ITER가 완전히 가동되면 하루에 약 2 TB의 WIA-FUSION 형식 데이터를 생성할 것으로 예상됩니다. 이 모든 데이터는 35개 참여국에서 동일한 형식으로 접근하고 분석할 수 있습니다.

弘益人間: 데이터 개방과 협력

데이터를 통한 인류의 이익

WIA-FUSION 데이터 표준은 弘益人間 정신을 다음과 같이 실천합니다:

• 개방 접근: 모든 표준 스키마는 오픈 소스 (MIT 라이선스)
• 무료 도구: 검증기, 변환기, 시각화 도구 무료 제공
• 교육 자원: 튜토리얼, 예제, 워크샵 자료 공개
• 글로벌 협력: 선진국과 개발도상국 모두 동등하게 참여
• 미래 지향: 차세대 과학자들을 위한 투자