Ročesterio universiteto lazerio energetikos laboratorijoje (LLE) yra aprūpinta „Omega“ lazeriu, pirmaujančia pasaulyje akademiniu lazeriu. Iš pirmo žvilgsnio tai atrodo kaip įmantrus šviesos dalelių ir plazmos marmurinis takelis, galintis suskaidyti ir sustiprinti pluoštą, prieš sutelkiant dėmesį į mažą kryžminio kranto taikinį. Pagrindinė jos misija yra ištirti astrofizinius reiškinius, išbandyti medžiagas esant ekstremaliam atominio masto slėgiui ir siekiant skatinti žlugdančius sintezės tyrimus.
Dėl 503 mln. USD dotacijos iki 2024 m. Iš JAV Energetikos departamento (DOE) Nacionalinės branduolinio saugumo administracijos, „Rochester Laser“ laboratorija sukūrė idealias sąlygas šiems kritiniams tyrimams atlikti. Lazerio laboratorija kartą per mėnesį atlieka sudėtingus sintezės eksperimentus, o mokslininkai turi apie penkias galimybes iššauti lazerius ir įrašyti duomenis. Vykdydami daugiafizikos lauko kompiuterinį modeliavimą, mokslininkai gali giliau suprasti suliejimo plazmą, projektuoti eksperimentus ir interpretuoti rezultatus, nors šie modeliavimai negali visiškai atkurti visų eksperimentinių detalių.
Eksperimentas prasidėjo nuo plastikinės kapsulės, kurioje yra užšaldyto deuterio-tritiumo, kurio skersmuo yra tik milimetras, esant 20 laipsnių temperatūrai virš absoliutaus nulio “,-sakė LLE direktorius Christopheris Deeney. Tada milijardą sekundės, kapsulė suspausta iki a Skersmuo mažesnis už žmogaus plaukų sruogą, o temperatūra pakyla iki daugiau nei 30 milijonų laipsnių “. Šis procesas ne tik reikalauja gilių fizikos žinių, bet ir pažangūs diagnostikos metodai turi būti naudojami, kad būtų galima išsamiai įvertinti visus reiškinius, atsirandančius šiuo metu.
LLE mokslininkai, norėdami išnaudoti daugybę šių pažangių diagnostikos metodų surinktų duomenų ir pagreitinti JAV sintezės tyrimus, LLE mokslininkai kreipiasi į dirbtinį intelektą (AI) ir kitas pažangias skaičiavimo technologijas.
Daugiau nei 50 metų LLE aktyviai reklamavo ir sprendžia pagrindinius iššūkius inercinio gimdymo sintezės (ICF) srityje. ICF mokslo bendruomenėje yra plačiai pripažintas perspektyviausiu požiūriu į kontroliuojamą termobranduolinę sintezę ir yra perspektyvi švari, atsinaujinančios energijos technologija.
Christopheris Kananas, Ročesterio universiteto informatikos docentas, aiškina: „ICF iš esmės yra atvirkštinė fizikos problema, kai mokslininkams reikia pertvarkyti tikslias lazerio ir taikinio savybes“.
Pati „Omega“ nebuvo skirta uždegimui pasiekti, o siekiant padidinti lazeriu pagrįstą tiesioginio pavaros sintezę. Livermore nacionalinėje laboratorijoje Nacionalinėje uždegimo įrenginyje, kuris yra 60 kartų energingesnis nei Omega, rado atvirkštinės fizikos problemos sprendimą ir jau yra pasiekęs uždegimą 2022 m. užpildyti visiško fizikos supratimo spragas.
Žinių atotrūkis, egzistuojantis tarp modeliavimo ir eksperimentų, kyla iš fizikos sudėtingumo, matavimų apribojimų ir plačios tyrimų pastangų apimties, apimančios branduolinę fiziką, plazmos fiziką ir medžiagų mokslo tyrimus, atliktus ekstremaliomis sąlygomis, kurios iššūkis netgi iššūkiui netgi iššūkiui netgi iššūkiui netgi iššūkiui. Pažangiausi kompiuterių kodai.
Pirma, yra tikslo klausimas; Eksperimentas prasideda tuščiaviduriu plastikine sfera, kurią galima dėti ant kaiščio galiuko; LLE tyrėjai naudoja tikslius įrankius, kad sukurtų sferą ir užpildytų ją vandenilio izotopais, kurie vėliau atvėsinami iki beveik absoliutaus nulio. Užšalimo procesas paskatino vandenilį suformuoti ledo sluoksnį plastikinio apvalkalo viduje.
LLE tyrimų komanda ieško būdo, kaip tiksliai nustatyti duomenų niuansus ir modelius kaip priemonę, kaip vadovauti kompiuteriniam modeliavimui, kad būtų galima tiksliai numatyti. Tai pagerinta prognozuojama galimybė savo ruožtu patobulins sintezės eksperimentus ir paskatins naujos kartos sintezės tyrimus ir lazerio technologijas.
Dirbtinis intelektas, ypač jo mokymasis po polankste, gali padėti optimizuoti numatomą kompiuterinių kodų veiksmingumą ir pagerinti prognozes per patirtį. Mašinų mokymasis ne tik atlieka numatomą analizę, bet ir apdoroja duomenis, nustato ryšius ir taiko šias žinias savo funkcijoms.
Riccardo Betti, LLE vyriausias Mašinų mokymasis gali būti naudojamas ištaisyti modeliavimą ir nukreipti realaus laiko pakeitimus eksperimentams “.
Betti ir Kanano tiriamasis darbas yra pagrįstas naujausiais generatyvaus dirbtinio intelekto pažanga - AI technika, generuojančia duomenis ir kitas išvesties formas, tokias kaip tekstas ir vaizdo įrašas. Ročesterio universiteto tyrimų komanda naudoja šiuos pažengusius algoritmus, kad išspręstų atvirkštines fizikos problemas, kad pagerintų modeliavimo tikslumą. JAV energetikos departamento „Fusion Energy Sciences“ (FES) programa suteikė beveik 3 milijonų dolerių finansavimo paramą šiam tyrimui, kuris, tikimasi, bus baigtas iki 2026 m.
Riccardo Betti pridūrė: "Mūsų tikslas yra pagerinti modeliavimo prognozes naudojant generatyvinę AI ir tiksliai nustatyti lazerio ir tikslinės sąveikos savybes. Mes panaudojame AI galią, kad paspartintume sintezės technologijos ateitį."
Dr Varchas Gopalaswamy, LLE teorijos departamento mokslininkas ir mechanikos inžinerijos docentas, teigia: „Kai mes suvokiame neatitikimą tarp modeliavimo prognozių ir eksperimentinių rezultatų, mes galime pritaikyti mašinų mokymąsi, kad suderintume juosdu“. Jis taip pat paaiškina: „Jei kintamasis keičiasi eksperimente, ar modeliavimas gali atitinkamai reaguoti? Ar šis atsakymas atsispindės eksperimente? Tai patvirtins mūsų hipotezės tikslumą ir nustatys, ar galime atitinkamai pakoreguoti kintamąjį, ar atitinkamai sukurti švelninimo strategiją “. „Gopalaswamy“ pridūrė: „Atlikus„ Machine Learning “gilesnę duomenų modelių analizę, mes sugebėjome suformuluoti naujas hipotezes, ištirti įvairius fizinius reiškinius ir sukurti geresnius eksperimentus“.
„Gopalaswamy“ taip pat pažymėjo: „Vienas iš susidūrimo su ICF iššūkių yra tas, kad„ Fusion Experimental “duomenys, kuriuos mes naudojome mokyti AI, buvo palyginti ribotos, palyginti su didžiule kačių nuotraukų duomenų baze. Šiuo atveju ypač sudėtinga panaudoti turimus empirinius duomenis Norėdami užpildyti žinių spragą.
Amerikos fizikų draugija pripažino Betti, Gopalaswamy ir kitų LLE mokslininkų darbą, kuris buvo apdovanotas John Dawson apdovanojimu už kompetenciją atliekant fizikos fizikos tyrimus už savo novatoriškus pasiekimus prognozuojant, projektuojant ir analizuojant impulsijos eksperimentus su 30 kJ omega lazeriu.
Dirbtinio intelekto ir mašinų mokymosi tyrimai Ročesterio lazerio laboratorijoje taip pat prisidėjo prie daugelio atradimų, kuriuos Dustinas Froula, plazmos ir ypač kastosios lazerio mokslo ir inžinerijos skyriaus direktorius bei jo komanda. Per savo karjerą Froula ir jo komanda sukūrė įvairias technikas, įskaitant vieną, skirtą matuoti plazmos temperatūrą per Thomsono išsibarstymą, ir netgi sulaužė naują pagrindą „skraidymo-fokusavimo“ metoduose arba kontroliuojant lazerio intensyvumą dideliais atstumais. Mašinų mokymasis revoliucionuoja mūsų projektavimo būdus, leidžiančius mums kurti geresnius lazerius, kai įsivaizduojame naujos kartos įrenginius. “Jis toliau aiškina:„ Lazeriai buvo naudojami įvairiais būdais. Jis taip pat paaiškina: „Kelios spalvos lazerio spindulio spektre padės efektyviau skleisti plazmą per pluoštą, o AI padeda mums suprasti sudėtingą šių skirtingų spalvų ir plazmos sąveiką“.
Galiausiai, Energetikos departamento branduolinių sintezės tyrimų centro departamentas LLE suteikė Nacionalinio tyrimų centro, skirto inercinės suliejimo energijai (IFE), žymiai perspektyvios švarios energijos technologijos, kuri priklauso nuo sunkiųjų vandenilio (deuteriumo ir tritis) atomų suliejimo, paskyrimą. gaminti energiją.
Remdamasis Ročesterio universiteto tarpdisciplininių tyrimų stipriosiomis pusėmis, LLE sėkmingai įdarbino kelis studentus, kad pagerintų dirbtinio intelekto ir mašinų mokymosi taikymą atliekant konvergencinius tyrimus.
Anot „Gopalaswamy“, „Mūsų tikslas yra įkvėpti studentams nuolatinę aistrą mašinų mokymosi, siekiant dar labiau sustiprinti mūsų diagnostikos priemonių tikslumą. Iš tikrųjų mums reikia AI ekspertų. Tačiau fizikų vaidmuo yra būtinas siekiant užtikrinti, kad modeliai būtų teisingi. Be to, mums reikia moksliškai.
Jis pridūrė: „Kai tauta pereina į švarią energiją ir tvarią galią, AI taikymas sintezės tyrimuose yra perspektyvus ir gali tapti kylančia darbo jėgos sritimi“.
LLE teorijos skyriaus direktorius Valeri Goncharov, Mechanikos inžinerijos katedros tyrimų docentas, pažymėjo: „Dirbtinis intelektas yra svarbi priemonė, leidžianti vadovauti mūsų tyrimams. Optimizuodami šias priemones, mes galime patobulinti savo tyrimų rezultatus. Nors šios priemonės palengvina tyrimus , Varomoji jėga vis dar kyla iš mūsų intelekto.
