أعلنت وزارة الطاقة الأمريكية (DoE) عن تمويل جديد لمشروع يقوده باحثون في مركز علوم البلازما والاندماج (PSFC) التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) وأربع مؤسسات شريكة كجزء من استراتيجية لتسريع وصول طاقة الاندماج وتحقيق الحياد الكربوني بحلول عام 2050.
يهدف العمل الجديد الذي تقوم به كريستينا ريا من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وزملاؤها الباحثون إلى تسريع التقدم في علوم الاندماج وجعل طاقة الاندماج حقيقة واقعة في أقرب وقت ممكن. مصدر الصورة: أناكوفا/الولايات المتحدة قسم التوعية الانصهار
ومع استمرار تزايد تأثيرات تغير المناخ، يتزايد أيضًا الاهتمام بإمكانيات الاندماج النووي كمصدر للطاقة النظيفة. على الرغم من أن تفاعلات الاندماج النووي تمت دراستها في المختبرات منذ ثلاثينيات القرن العشرين، إلا أن هناك العديد من الأسئلة الأساسية التي يجب على العلماء الإجابة عليها قبل أن يصبح توليد الطاقة الاندماجية حقيقة واقعة، والوقت هو الجوهر.
تعزيز القدرات البحثية من خلال البيانات والذكاء الاصطناعي
ستعمل كريستينا ريا، عالمة الأبحاث ورئيسة المجموعة في مركز علوم البلازما والاندماج، كباحثة رئيسية في مشروع تعاوني ممول حديثًا مدته ثلاث سنوات لتجربة دمج بيانات الاندماج في نظام يمكن قراءته بواسطة أدوات الذكاء الاصطناعي. تخطط PSFC، جنبًا إلى جنب مع علماء من كلية ويليام وماري، وجامعة ويسكونسن ماديسون، وجامعة أوبورن، ومجموعة HDF غير الربحية، لإنشاء منصة بيانات متقاربة شاملة، يمكن أن توفر عناصرها وصولاً غير مسبوق إلى الباحثين، وخاصة الطلاب غير الممثلين. ويهدف المشروع إلى تشجيع مجموعات متنوعة في الأوساط الأكاديمية والقوى العاملة على الانخراط في التقارب وعلوم البيانات من خلال برنامج توعية يقوده الباحثون المشاركون في المجموعة، أربعة من أصل خمسة منهم من النساء.
كريستينا ريا (على اليمين) هي باحثة رئيسية في مشروع جديد تموله وزارة الطاقة الأمريكية ويسعى إلى تحديث البيانات من أجهزة الاندماج مثل C-Mod tokamak من شركة Alcatel (في الخلفية) لتسخير قوة الذكاء الاصطناعي. كتب داناس ريديكاس، رئيس قسم الفيزياء بالوكالة الدولية للطاقة الذرية، خطاب دعم لاقتراح ريا. مصدر الصورة: إيرلمارمار
ستدعم جائزة وزارة الطاقة، وهي جزء من حزمة تمويل بقيمة 29 مليون دولار لسبعة مشاريع في 19 وكالة، توزيع المجموعة للبيانات الناتجة عن أجهزة الاندماج مثل Alcator C-Mod الخاص بـ PSFC، وهو "توكاماك" على شكل كعكة الدونات، يستخدم مغناطيسات قوية للتحكم في تفاعلات الاندماج النووي وحصرها. تم تشغيل Alcator C-Mod من عام 1991 إلى عام 2016، ولا تزال بياناته قيد الدراسة، ويرجع الفضل في ذلك جزئيًا إلى التزام PSFC بالتبادل الحر للمعرفة.
معالجة تحديات الحصول على البيانات
يوجد حاليًا ما يقرب من 50 جهازًا تجريبيًا للاندماج بالحبس المغناطيسي العام؛ ومع ذلك، يصعب الحصول على البيانات التاريخية والحالية من هذه الأجهزة. تتطلب بعض قواعد البيانات المدمجة اتفاقية مستخدم موقعة، ولا يتم فهرسة جميع البيانات وتنظيمها بنفس الطريقة. بالإضافة إلى ذلك، من الصعب استخدام التعلم الآلي (نوع من أدوات الذكاء الاصطناعي) لتحليل البيانات وتحقيق الاكتشافات العلمية دون إعادة تنظيم البيانات التي تستغرق وقتًا طويلاً. ونتيجة لذلك، يعمل عدد أقل من العلماء على أبحاث التقارب، وتزايدت العوائق التي تحول دون الاكتشاف، وواجهنا اختناقات في استخدام الذكاء الاصطناعي لتسريع التقدم.
تعالج منصة البيانات المقترحة للمشروع العوائق التقنية التي تحول دون تحقيق قدر أكبر من الشفافية والشمولية في العلوم من خلال توصيات FAIR (يمكن العثور عليها، وقابلة للتشغيل البيني، ويمكن الوصول إليها، وقابلة لإعادة الاستخدام) وتوصيات اليونسكو بشأن العلوم المفتوحة؛ كما هو مطلوب من قبل وزارة التعليم، فإن جميع مخرجات الباحثين سوف تلتزم بمبادئ FAIR وOS.
سيتم إنشاء قاعدة بيانات النظام الأساسي باستخدام MDSplusML، وهو نسخة مطورة من برنامج MDSplus مفتوح المصدر الذي طوره باحثو PSFC في الثمانينيات لفهرسة النتائج التجريبية من Alcator C-Mod. واليوم، تستخدم ما يقرب من 40 مؤسسة بحثية في مجال الاندماج MDSplus لتخزين بيانات الاندماج وتوفيرها للعالم الخارجي. يهدف إصدار MDSplusML إلى مواصلة هذا التقليد من التعاون المفتوح.
تعزيز التنوع والشمول في أبحاث الاندماج
ويعتزم الباحثون معالجة العوائق التي تحول دون مشاركة النساء والمجموعات الممثلة تمثيلا ناقصا في البحوث، ليس فقط من خلال تحسين الوصول العام إلى بيانات الاندماج، ولكن أيضا من خلال مدرسة صيفية مدعومة ستعقد في ويليام آند ماري على مدى السنوات الثلاث المقبلة والتركيز على المواضيع عند تقاطع الاندماج والتعلم الآلي.
وفيما يتعلق بأهمية أبحاثهم، قالت ريا: "يهدف هذا المشروع إلى تلبية حاجة في مجال الاندماج النووي ووضع الأساس لنجاحنا. يتم تحقيق التقدم العلمي في مجال الاندماج من خلال التعاون متعدد التخصصات والإثراء المتبادل، لذا فإن إمكانية الوصول هي ضرورة مطلقة. أعتقد أننا جميعًا نفهم الآن أن المجتمعات المتنوعة لديها أفكار أكثر تنوعًا، وأنها قادرة على حل المشكلات بشكل أسرع."
ويتوافق عمل المشروع التعاوني أيضًا مع مجالات البحث المهمة التي حددها برنامج البحوث المنسقة "اندماج الذكاء الاصطناعي" (CRP) التابع للوكالة الدولية للطاقة الذرية. تم اختيار ريا كمنسق فني لبرنامج CRP التابع للوكالة الدولية للطاقة الذرية، والذي يركز على مشاركة المجتمع واكتساب المعرفة لتسريع أبحاث وتطوير الاندماج النووي. وفي رسالة تدعم المشروع المقترح للفريق، أشارت الوكالة الدولية للطاقة الذرية إلى أن "العمل الذي سيؤديه [الباحثون] [...] لن يفيد برنامجنا لأبحاث الكربون المتفاعلة فحسب، بل سيفيد أيضًا مجتمع الاندماج الدولي ككل."
وأضاف دينيس وايت، مدير PSFC وأستاذ الهندسة في شركة Hitachi America، "يسعدني أن أرى PSFC والمتعاونين معنا في طليعة تطبيق أدوات الذكاء الاصطناعي الجديدة، مع تشجيع وتمكين استخراج البيانات الهامة من تجاربنا."
وقالت ريا: "إن الحصول على فرصة قيادة مثل هذا المشروع المهم أمر عميق، وأشعر بالمسؤولية لإثبات أن النساء قائدات في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات". "لدينا فريق رائع من الأشخاص الذين لديهم دوافع عميقة لتحسين نظامنا البيئي للاندماج والمساهمة في تحقيق طاقة الاندماج."