Поскольку последствия изменения климата продолжают расти, растет и интерес к потенциалу термоядерного синтеза как источника чистой энергии. Хотя реакции термоядерного синтеза изучаются в лабораториях с 1930-х годов, ученым еще предстоит ответить на множество важных вопросов, чтобы сделать термоядерную энергию реальностью, и время имеет решающее значение. В рамках своей стратегии по ускорению внедрения термоядерной энергии и достижению углеродной нейтральности к 2050 году Министерство энергетики США (DoE) объявило о новом финансировании проекта, возглавляемого исследователями из Центра науки о плазме и термоядерном синтезе Массачусетского технологического института (PSFC) и четырех сотрудничающих учреждений.
Кристина Ри, ученый-исследователь и руководитель группы PSFC, будет основным исследователем недавно финансируемого трехлетнего сотрудничества по пилотной интеграции данных термоядерного синтеза в систему, которая может быть прочитана инструментами на базе искусственного интеллекта. PSFC вместе с учеными из Колледжа Уильяма и Мэри, Университета Висконсина в Мэдисоне, Обернского университета и некоммерческой организации HDF Group планируют создать целостную платформу данных о термоядерном синтезе, элементы которой могут предложить беспрецедентный доступ исследователям. особенно недостаточно представленных студентов. Проект направлен на поощрение разнообразного участия в синтезе и науке о данных, как в академических кругах, так и среди рабочей силы, посредством информационно-просветительских программ, возглавляемых соавторами группы, четверо из пяти которых — женщины.
Награда Министерства энергетики, являющаяся частью пакета финансирования в размере 29 миллионов долларов США для семи проектов в 19 учреждениях, поддержит усилия группы по распространению данных, полученных с помощью термоядерных устройств, таких как Alcator C-Mod PSFC, «токамак» в форме пончика, который использует мощные магниты для контролировать и ограничивать реакции синтеза. Alcator C-Mod работал с 1991 по 2016 год, и его данные до сих пор изучаются, отчасти благодаря приверженности PSFC свободному обмену знаниями.
В настоящее время существует около 50 общедоступных экспериментальных термоядерных устройств с магнитным удержанием; однако доступ как к историческим, так и к текущим данным с этих устройств может быть затруднен. Некоторые объединенные базы данных требуют подписания пользовательских соглашений, и не все данные каталогизируются и организуются одинаково. Более того, может быть сложно использовать машинное обучение, класс инструментов искусственного интеллекта, для анализа данных и проведения научных открытий без трудоемкой реорганизации данных. В результате меньше ученых работают над термоядерным синтезом, возникают более серьезные препятствия для открытий и возникают узкие места в использовании ИИ для ускорения прогресса.
Предлагаемая в рамках проекта платформа данных устраняет технические барьеры, поскольку она является FAIR — находимой, совместимой, доступной, многократно используемой — и соответствует рекомендациям ЮНЕСКО по открытой науке (OS) по повышению прозрачности и инклюзивности науки; все результаты исследователей будут соответствовать принципам FAIR и OS, как того требует Министерство энергетики. Базы данных платформы будут созданы с использованием MDSplusML, обновленной версии программного обеспечения с открытым исходным кодом MDSplus, разработанного исследователями PSFC в 1980-х годах для каталогизации результатов экспериментов Alcator C-Mod. Сегодня около 40 научно-исследовательских институтов термоядерного синтеза используют MDSplus для хранения и предоставления внешнего доступа к своим данным о термоядерном синтезе. Выпуск MDSplusML направлен на продолжение наследия открытого сотрудничества.
Исследователи намерены устранить препятствия для участия женщин и обездоленных групп не только за счет улучшения общего доступа к данным слияния, но и с помощью субсидируемой летней школы, посвященной темам на стыке слияния и машинного обучения, которая будет проходить в Университете Уильяма. и Мэри в течение следующих трех лет.
О важности своих исследований Ри говорит: «Этот проект призван удовлетворить потребности термоядерного сообщества и настроить себя на успех. Научные достижения в области синтеза возможны благодаря междисциплинарному сотрудничеству и перекрестному опылению, поэтому доступность абсолютно необходима. Я думаю, теперь мы все понимаем, что различные сообщества имеют более разнообразные идеи и позволяют быстрее решать проблемы».
Работа этого сотрудничества также соответствует жизненно важным областям исследований, определенным в рамках проекта координированных исследований (CRP) Международного агентства по атомной энергии «ИИ для термоядерного синтеза». Ри был выбран техническим координатором ПКИ МАГАТЭ, уделив особое внимание участию сообщества и доступу к знаниям для ускорения исследований и разработок в области термоядерного синтеза. В письме поддержки предложенного группой проекта МАГАТЭ заявило, что «работа [the researchers] выполню […] будет полезен не только нашему CRP, но и международному термоядерному сообществу в целом».
Директор PSFC и профессор инженерных наук Hitachi America Деннис Уайт добавляет: «Я очень рад видеть, что PSFC и наши сотрудники находятся в авангарде применения новых инструментов искусственного интеллекта, одновременно поощряя и позволяя извлекать критически важные данные из наших экспериментов».
«Возможность возглавить такой важный проект чрезвычайно значима, и я чувствую ответственность показать, что женщины являются лидерами в STEM», — говорит Ри. «У нас невероятная команда, которая сильно заинтересована в улучшении нашей термоядерной экосистемы и внесении вклада в то, чтобы термоядерная энергия стала реальностью».