همکاری بریتانیا و آمریکا برای ساخت دوقلوهای دیجیتالی راکتورهای همجوشی

بریتانیا و ایالات متحده قصد دارند دو ابرکامپیوتر تحقیقاتی همجوشی را به هم متصل کنند تا داده‌های توکاماک را برای توسعه مدل‌های هوش مصنوعی دقیق‌تر و دوقلوهای دیجیتال برای طراحی راکتورهای همجوشی آینده ترکیب کنند.

گزارش کردن سرویس هوش مصنوعی یک مرحله ایدر این طرح، ابررایانه SUNRISE در انگلستان به پلتفرم محاسباتی STELLAR-AI در آمریکا متصل می شود. محققان قصد دارند اطلاعات به دست آمده از آزمایش های همجوشی را در دو مرکز تحقیقاتی ترکیب کرده و از آنها برای آموزش مدل های هوش مصنوعی استفاده کنند. این مدل‌ها می‌توانند رفتار پلاسمای داغ را در راکتورهای آزمایشی با دقت بیشتری پیش‌بینی کنند و به مهندسان در طراحی نیروگاه‌های همجوشی آینده کمک کنند.

توکامک وسیله ای برای انجام آزمایش های همجوشی هسته ای است که پلاسمای بسیار داغ را در یک محفظه حلقوی با میدان های مغناطیسی قدرتمند محصور می کند. دانشمندان با استفاده از یک توکامک سعی در ایجاد شرایط لازم برای همجوشی هسته های اتم و در نهایت تولید انرژی پاک و پایدار دارند.

هر دو امکانات MAST Upgrade و NSTX-U از توکامک های کروی فشرده با طراحی مشابه استفاده می کنند. محققان بر این باورند که این شباهت می تواند ترکیب نتایج این دو دستگاه را امکان پذیر کند و منجر به توسعه مدل هایی شود که رفتار پلاسمای همجوشی را در دستگاه های مختلف با دقت بیشتری پیش بینی می کنند.

بریتانیا و ایالات متحده این همکاری را در 14 سپتامبر در اجلاس جهانی سیاست همجوشی در لندن اعلام کردند. این دو مرکز تحقیقاتی پیش از این تفاهم نامه ای را برای گسترش همکاری های خود در ماه ژوئن امضا کردند. اتصال ابر رایانه های دو کشور هنوز در مرحله بررسی فنی است و زیرساخت های مشترک آنها شروع به کار نکرده است.

بیشتر بخوانید: مدل جدید هوش مصنوعی مسیر همجوشی هسته ای را متحول می کند

آموزش مدل هوش مصنوعی با دو داده توکامک

فدراسیون پیشنهادی به دو پلت فرم ابر محاسباتی اجازه می دهد تا مدل های مشابهی را با داده های تولید شده در دو آزمایشگاه آموزش دهند. مدل‌هایی که فقط با اطلاعات یک دستگاه همجوشی آموزش داده شده‌اند، ممکن است رفتار پلاسما را با دقت یکسانی در هنگام اعمال بر روی دستگاه دیگر پیش‌بینی نکنند.

محققان امیدوارند که ترکیب مجموعه داده‌های این دو مرکز منجر به توسعه سیستم‌های یادگیری ماشینی شود که بیشتر فیزیک بنیادی همجوشی را در مدل‌های آنها منعکس می‌کند و پیش‌بینی‌های قابل اعتمادتری ارائه می‌دهد. همچنین، ابررایانه ها می توانند با استفاده از شبیه سازی، شکاف های موجود در داده های تجربی را پر کنند. به این ترتیب، محققان می توانند سناریوهای بیشتری را بدون اجرای همه آنها در دستگاه های واقعی بررسی کنند.

جو میلنز، مدیر اجرایی مهندسی و محاسبات UKAEA، همجوشی را یکی از چالش‌های بزرگ علمی و مهندسی عصر ما توصیف کرد و گفت: حل چالش‌ها در این زمینه نیازمند همکاری است. به گفته وی، انگلیس و آمریکا کشورهای پیشرو در تحقیقات همجوشی هستند و اتصال SUNRISE و STELLAR-AI می تواند همکاری دیرینه دو کشور را در این زمینه گسترش دهد.

SUNRISE اولین ابررایانه هوش مصنوعی بریتانیا است که به طور انحصاری به تحقیقات انرژی همجوشی اختصاص یافته است و توسط دولت بریتانیا به مبلغ 45 میلیون پوند تامین مالی شده است. STELLAR-AI همچنین هوش مصنوعی و قابلیت های محاسباتی با کارایی بالا را در اختیار محققان PPPL قرار می دهد.

بیشتر بخوانید: ماهواره های مجهز به هوش مصنوعی با فناوری همجوشی سرد

توسعه دوقلوهای دیجیتال برای آزمایش راکتورهای همجوشی

یکی از اهداف مهم این همکاری، توسعه دوقلوهای دیجیتال برای دو تاسیسات توکامک است. با استفاده از داده های تجربی، دوقلو دیجیتال یک مدل مجازی دقیق از دستگاه فیوژن ایجاد می کند. با استفاده از این مدل، محققان می توانند تغییرات مختلف در محیط نرم افزار را آزمایش کرده و رفتار دستگاه را قبل از انجام آزمایش بر روی تجهیزات واقعی پیش بینی کنند.

راب آکرز، مدیر برنامه های محاسباتی و دانشمند تحقیقات ارشد UKAEA گفت: این دو آزمایشگاه می توانند داده های تجربی و شبیه سازی ها را برای بررسی شرایط عملیاتی که هنوز روی دستگاه های واقعی آزمایش نشده اند، ترکیب کنند.

به گفته آکرز، این دو مرکز می توانند دوقلوهای دیجیتالی هر دو دستگاه را توسعه دهند و از آنها برای طراحی راکتورهای همجوشی آینده استفاده کنند. هدف، ساخت مدل هایی از توکامک های کروی است که قدرت پیش بینی بیشتری داشته باشند و اطلاعات مفیدتری را در اختیار مهندسان قرار دهند.

در آینده، فدراسیون همچنین می‌تواند از پروژه‌هایی مانند Spherical Tokamak بریتانیا برای تولید برق، STEP Fusion و راکتور پیشرفته کروی Tokamak پیشنهادی PPPL حمایت کند.

بیشتر بخوانید: دومین آزمایش همجوشی هسته ای نیز با موفقیت انجام شد

تبدیل چندین ابر رایانه به یک موتور محاسباتی مشترک

محققان همچنین قصد دارند بررسی کنند که چگونه وظایف محاسباتی می توانند بین SUNRISE و STELLAR-AI منتقل شوند. سخت افزار این دو پلتفرم متفاوت است و ایجاد امکان انتقال وظایف بین آنها می تواند به دانشمندان این امکان را بدهد که هر محاسباتی را بر روی سیستمی که برای آن کار مناسب است انجام دهند.

Shantnu Jha، رئیس علوم محاسباتی PPPL اظهار داشت که هدف این پروژه این است که مدل‌ها و آزمایش‌ها آزادانه بین دو سیستم منتقل شوند. او این رویکرد را راهی برای تبدیل مجموعه ای از ابر رایانه ها به یک موتور واحد برای کشف و توسعه فناوری های همجوشی توصیف کرد.

با این حال، SUNRISE-STELLAR-AI هنوز یک زیرساخت ابررایانه مشترک عملیاتی نیست. UKAEA و PPPL در حال بررسی الزامات فنی و تعیین مراحل بعدی برای اتصال این دو پلت فرم هستند. در صورت اجرای این طرح، ترکیب داده‌های آزمایشگاهی، هوش مصنوعی، شبیه‌سازی و دوقلوهای دیجیتالی می‌تواند ابزارهای دقیق‌تری برای مطالعه رفتار توکامک‌های کروی در اختیار مهندسان قرار دهد و به طراحی نسل بعدی نیروگاه‌های همجوشی کمک کند.