Il-Laboratorju tal-Università ta 'Rochester għall-Enerġetika tal-Laser (LLE) huwa mgħammar bil-Laser Omega, l-installazzjoni akkademika tal-lejżer akkademika fid-dinja. Daqqa t'għajn, jidher qisu runway tal-irħam elaborat ta 'partiċelli ħfief u plażma, li kapaċi jaqsam u jamplifika raġġ qabel ma jiffokah fuq mira żgħira ta' crosshair. Il-missjoni ewlenija tagħha hija li tesplora fenomeni astrofiżiċi, materjali tat-test fuq pressjonijiet fuq skala atomika estrema, u taħdem biex tavvanza riċerka ta 'fużjoni ta' tfixkil.
Bis-saħħa ta 'għotja ta' $ 503 miljun sal-2024 mill-Amministrazzjoni Nazzjonali tas-Sigurtà Nukleari tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti (DOE), il-Laboratorju tal-Laser Rochester ħoloq kundizzjonijiet ideali biex isiru dawn l-istudji kritiċi. Il-laboratorju tal-lejżer iwettaq esperimenti kumplessi ta 'fużjoni darba fix-xahar, u x-xjenzati għandhom madwar ħames opportunitajiet biex iqabbdu l-lejżers u jirreġistraw id-dejta. Permezz ta 'simulazzjonijiet tal-kompjuter multi-fiżika, ix-xjentisti jistgħu jiksbu għarfien aktar fil-fond tal-plażma ta' fużjoni, jiddisinjaw esperimenti u jinterpretaw ir-riżultati, minkejja li dawn is-simulazzjonijiet ma jistgħux jirriproduċu kompletament id-dettalji sperimentali kollha.
L-esperiment beda b'kapsula tal-plastik li fiha d-deuterju ffriżat, biss millimetri fid-dijametru, f'temperatura ta '20 grad 'il fuq minn żero assolut, "qal id-direttur LLE Christopher Deeney. Imbagħad, fil-biljun ta' sekonda, il-kapsula hija kkompressata għal Dijametru iżgħar minn linja tax-xagħar uman u t-temperatura titla 'għal aktar minn 30 miljun grad. " Dan il-proċess mhux biss jeħtieġ għarfien profond tal-fiżika, iżda tekniki dijanjostiċi avvanzati għandhom ukoll jintużaw biex jitkejlu fid-dettall il-fenomeni kollha li jseħħu f'dan il-mument.
Biex tikkapitalizza fuq il-ġid ta 'dejta miġbura minn dawn it-tekniki dijanjostiċi avvanzati u biex tħaffef ir-riċerka dwar il-fużjoni ta' l-Istati Uniti b'mod aktar wiesa ', ix-xjenzati LLE qed iduru għall-intelliġenza artifiċjali (AI) u teknoloġiji oħra tal-komputazzjoni avvanzati.
Għal aktar minn 50 sena, LLE ilu jippromwovi u jindirizza b'mod attiv l-isfidi ewlenin fil-qasam tal-fużjoni ta 'restrizzjoni inerzjali (ICF). L-ICF hija rikonoxxuta b'mod wiesa 'fil-komunità xjentifika bħala l-aktar approċċ promettenti biex tinkiseb fużjoni termonukleari kkontrollata u tirrappreżenta teknoloġija promettenti ta' enerġija rinnovabbli.
Christopher Kanan, professur assoċjat tax-xjenza tal-kompjuter fl-Università ta 'Rochester, jispjega, "L-ICF hija essenzjalment problema tal-fiżika inversa, fejn ix-xjenzati għandhom bżonn inversaw il-proprjetajiet preċiżi tal-lejżer u l-mira."
Omega nnifisha ma kinitx iddisinjata biex tikseb tqabbid, iżda biex tavvanza l-għarfien tal-fużjoni diretta mmexxija mill-lejżer. Il-Faċilità Nazzjonali tal-Ignition fil-Laboratorju Nazzjonali ta 'Livermore, li huwa 60 darba aktar enerġetiku minn Omega, sab soluzzjoni għall-problema tal-fiżika inversa u diġà kiseb ignition fl-2022. Kemm il-progress li sar f'Omega kif ukoll il-kisba ta' tqabbid jiddependu fuq l-immudellar statistiku Biex timla l-lakuni fil-fehim sħiħ tagħna tal-fiżika.
Id-differenza fl-għarfien li teżisti bejn simulazzjonijiet u esperimenti toħroġ mill-kumplessità tal-fiżika, il-limitazzjonijiet tal-kejl, u l-ambitu wiesa 'tal-isforz ta' riċerka, li jinkludi l-fiżika nukleari, il-fiżika fil-plażma, u r-riċerka tax-xjenza tal-materjali mwettqa taħt kundizzjonijiet estremi li jisfidaw anke l-iktar kodiċi tal-kompjuter avvanzati.
L-ewwel, hemm il-kwistjoni tal-mira; L-esperiment jibda bi sfera vojta tal-plastik li tista 'titpoġġa fuq il-ponta ta' pin; Ir-riċerkaturi LLE jużaw għodod ta 'preċiżjoni biex joħolqu l-isfera u jimlewha bl-iżotopi tal-idroġenu, li mbagħad jitkessħu għal kważi żero assolut. Il-proċess tal-iffriżar ikkawża li l-idroġenu jifforma saff ta 'silġ ġewwa l-qoxra tal-plastik.
It-tim ta 'riċerka LLE qed ifittex mod kif jindividwaw b'mod preċiż sfumaturi u xejriet fid-dejta bħala mezz biex jiggwidaw simulazzjonijiet tal-kompjuter biex jipproduċu tbassir aktar preċiż. Din il-kapaċità ta 'tbassir imtejba mbagħad tirfina esperimenti ta' fużjoni u tmexxi l-ġenerazzjoni li jmiss ta 'riċerka dwar il-fużjoni u teknoloġija tal-lejżer.
L-intelliġenza artifiċjali, u b'mod partikolari t-tagħlim tal-magni subfield tagħha, jistgħu jgħinu biex jottimizzaw l-effikaċja ta 'tbassir tal-kodiċi tal-kompjuter u jtejbu t-tbassir permezz tal-esperjenza. It-tagħlim bil-magni mhux biss iwettaq analitiċi ta 'tbassir, iżda wkoll jipproċessa data, iwaqqaf ir-relazzjonijiet, u japplika dan l-għarfien għall-funzjonijiet tiegħu.
Riccardo Betti, xjenzat kap ta 'LLE u l-professur Robert L. McCrory fid-Dipartiment tal-Inġinerija Mekkanika u d-Dipartiment tal-Fiżika u l-Astronomija fl-Università ta' Rochester, innota, "Issa għandna ammont kbir ta 'dejta sperimentali li, bl-għajnuna ta' It-tagħlim bil-magni, jista 'jintuża biex jikkoreġi simulazzjonijiet u jiggwida aġġustamenti f'ħin reali għall-esperimenti. "
Ix-xogħol ta 'riċerka ta' Betti u Kanan huwa bbażat fuq avvanzi riċenti fl-intelliġenza artifiċjali ġenerattiva, teknika AI li tiġġenera dejta u forom oħra ta 'produzzjoni, bħal test u vidjow. It-tim ta 'riċerka tal-Università ta' Rochester qed juża dawn l-algoritmi avvanzati biex isolvu problemi tal-fiżika inversa biex itejbu l-eżattezza tas-simulazzjonijiet. Il-programm tad-Dipartiment ta 'l-Enerġija ta' l-Enerġija ta 'l-Enerġija ta' l-Enerġija (FES) ipprovda kważi $ 3 miljun f'appoġġ għall-finanzjament għal din ir-riċerka, li huwa mistenni li jitlesta sal-2026.
Riccardo Betti żied jgħid: "L-għan tagħna huwa li ntejbu l-previżjonijiet ta 'simulazzjoni bl-għajnuna ta' AI ġenerattiva u li niddeduċu b'mod preċiż il-proprjetajiet ta 'interazzjonijiet bil-laser-mira. Aħna qed nħaddnu l-poter ta' l-AI biex iħaffu l-futur tat-teknoloġija tal-fużjoni."
Dr Varchas Gopalaswamy, xjenzat fid-dipartiment tat-teorija ta 'LLE u professur assistent ta' l-inġinerija mekkanika, jiddikjara, "ladarba naraw diskrepanza bejn it-tbassir ta 'simulazzjoni u r-riżultati sperimentali, aħna kapaċi napplikaw tagħlim tal-magni biex nirrikonċiljaw it-tnejn." Huwa jkompli jispjega, "Jekk varjabbli jinbidel fl-esperiment, is-simulazzjoni tista 'tirrispondi kif xieraq? Din ir-rispons se jkun rifless fl-esperiment? Dan jivvalida l-eżattezza tal-ipoteżi tagħna u jiddetermina jekk nistgħux naġġustaw il-varjabbli jew niżviluppaw strateġija ta' mitigazzjoni kif xieraq . " Gopalaswamy żied jgħid, "Bl-analiżi aktar profonda ta 'Machine Learning fid-dejta, stajna nifformulaw ipoteżi ġodda, nesploraw fenomeni fiżiċi differenti, u niddisinjaw esperimenti aħjar."
Gopalaswamy innota wkoll, "Waħda mill-isfidi li niffaċċjaw l-ICF hija li d-dejta sperimentali tal-fużjoni li użajna biex tħarreġ l-AI kienet relattivament limitata meta mqabbla mad-database enormi ta 'stampi tal-qtates. F'dan il-każ, huwa partikolarment ta' sfida li tuża d-dejta empirika disponibbli Biex tnaqqas id-distakk fl-għarfien. Dan huwa eżattament għaliex għandna bżonn sistema robusta biex tintegra għarfien teoretiku mar-realtà sperimentali biex tgħinna nieħdu deċiżjonijiet aktar infurmati. "
Is-Soċjetà Fiżika Amerikana għarfet ix-xogħol ta 'Betti, Gopalaswamy, u xjenzati oħra LLE mal-Premju John Dawson għall-Eċċellenza fir-Riċerka tal-Fiżika fil-Plasma għall-kisbiet pijunieri tagħhom fit-tbassir, id-disinn, u l-analiżi ta' esperimenti ta 'implosjoni mat-30 KJ Omega Laser.
Ir-riċerka dwar l-intelliġenza artifiċjali u t-tagħlim tal-magni fil-Laboratorju tal-Laser Rochester ikkontribwixxiet ukoll għal numru ta 'skoperti minn Dustin Foula, direttur tad-diviżjoni tax-Xjenza u l-Inġinerija tal-Laser Plasma u Ultrafast, u t-tim tiegħu. Matul il-karriera tiegħu, Froula u t-tim tiegħu żviluppaw varjetà ta 'tekniki, inkluża waħda għall-kejl tat-temperatura tal-plażma permezz ta' tifrix ta 'Thomson, u saħansitra kisru art ġdida fit-tekniki ta' "fly-focus" jew jikkontrollaw l-intensità tal-lejżer fuq distanzi twal. U t-tagħlim bil-magni qed jirrevoluzzjona l-mod kif niddisinjaw esperimenti, li jippermettilna nibnu lejżers aħjar hekk kif nistgħu nipprevedu l-faċilitajiet tal-ġenerazzjoni li jmiss. "Huwa jkompli jispjega," il-lejżers intużaw f'varjetà ta 'modi. Huwa jkompli jispjega, "Kuluri multipli fl-ispettru tar-raġġ tal-lejżer se jgħinu lill-plażma tinfirex permezz tar-raġġ b'mod aktar effiċjenti, u l-AI tgħinna nifhmu l-interazzjonijiet kumplessi bejn dawn il-kuluri differenti u l-plażma."
Fl-aħħarnett, iċ-Ċentru tad-Dipartiment ta 'l-Enerġija għar-Riċerka dwar il-Fużjoni Nukleari ta lil LLE l-indikazzjoni ta' ċentru ta 'riċerka nazzjonali ddisinjat biex javvanza l-enerġija tal-fużjoni inerzjali (IFE), teknoloġija promettenti ta' enerġija nadifa li tiddependi fuq il-fużjoni ta 'atomi ta' idroġenu tqil (Deuterium u Tritium) biex tipproduċi enerġija.
Waqt li bbażat ruħha fuq il-vantaġġi ta 'riċerka interdixxiplinarja ta' l-Università ta 'Rochester, LLE rrekluta b'suċċess diversi studenti biex itejbu l-applikazzjoni ta' intelliġenza artifiċjali u tagħlim tal-magni f'riċerka konverġenti.
Skond Gopalaswamy, "l-għan tagħna huwa li nispiraw lill-istudenti b'passjoni kontinwa għat-tagħlim tal-magni biex tkompli ttejjeb l-eżattezza tal-għodod dijanjostiċi tagħna. Tassew, neħtieġu esperti tal-AI. Madankollu, ir-rwol tal-fiżiċi huwa indispensabbli biex jiżgura li l-mudelli huma korretti u xjentifikament sod.
Huwa żied, "Hekk kif in-nazzjon jgħaddi għal enerġija nadifa u saħħa sostenibbli, l-applikazzjoni ta 'AI fir-riċerka dwar il-fużjoni hija promettenti u tista' ssir qasam tal-ħaddiema emerġenti."
Valeri Goncharov, Direttur tad-Diviżjoni tat-Teorija ta 'LLE u Assistent Professur tar-Riċerka fid-Dipartiment ta' l-Inġinerija Mekkanika, innota, "L-Intelliġenza Artifiċjali hija għodda importanti biex tiggwida r-riċerka tagħna. Billi nottimizzaw dawn l-għodod, nistgħu ntejbu r-riżultati tar-riċerka tagħna. Filwaqt li dawn l-għodod jiffaċilitaw ir-riċerka , il-forza għall-innovazzjoni għadha toħroġ mill-intelliġenza tagħna.
