美國能源部（DoE）宣佈為麻省理工學院等離子體科學與聚變中心（PSFC）和四家合作機構的研究人員領導的一個計畫提供新的資金，作為加速聚變能源到來並在2050年實現碳中和戰略的一部分。

麻省理工學院的克里斯蒂娜-雷亞（Cristina Rea）和她的合作研究人員正在進行的新工作旨在加快核融合科學的進展，並儘快使核融合能源成為現實。圖片來源：Ana Kova/美國核融合外聯部

隨著氣候變遷的影響不斷增加，人們對核融合作為清潔能源的潛力也越來越感興趣。雖然自20 世紀30 年代以來，實驗室就一直在研究聚變反應，但要讓聚變發電成為現實，科學家也必須回答許多關鍵問題，而時間就是生命。

透過數據和人工智慧增強研究能力

等離子科學與聚變中心的研究科學家兼小組負責人克里斯蒂娜-雷亞（Cristina Rea）將擔任新資助的三年期合作計畫的主要研究人員，該計畫旨在試點將聚變數據整合到一個可被人工智慧工具讀取的系統中。PSFC與來自威廉瑪麗學院、威斯康辛大學麥迪遜分校、奧本大學和非營利組織HDF集團的科學家一起，計劃創建一個整體的融合資料平台，其中的元素可以為研究人員，特別是代表性不足的學生提供前所未有的訪問機會。該計畫旨在透過由小組聯合研究員（其中五分之四為女性）領導的外聯計劃，鼓勵學術界和勞動力隊伍中不同群體參與融合與數據科學。

克里斯蒂娜-雷亞（Cristina Rea）（右）是美國能源部資助的一個新計畫的主要研究人員，該計畫將尋求對來自阿爾卡特C-Mod託卡馬克（背景）等聚變裝置的數據進行現代化處理，以充分利用人工智慧的力量。國際原子能機構物理學部門負責人達納斯-里迪卡斯（Danas Ridikas）為雷亞的提議寫了一封支持信。圖片來源：Earl Marmar

能源部的這筆獎金是為19個機構的7個項目提供的2900萬美元一攬子資金的一部分，它將支持該小組分發聚變裝置產生的數據，如PSFC的Alcator C-Mod，這是一個甜蜜圓圈形狀的”託卡馬克”，利用強大的磁鐵控制和限制聚變反應。Alcator C-Mod從1991年運行到2016年，其數據仍在研究之中，這在一定程度上要歸功於PSFC對自由交流知識的承諾。

應對數據獲取挑戰

目前，有近50個公共磁約束型聚變實驗裝置；然而，這些裝置的歷史資料和目前資料都很難取得。有些聚變資料庫要求簽署使用者協議，並非所有資料的編目和組織方式都相同。此外，要利用機器學習（一類人工智慧工具）進行數據分析，並在不耗時的數據重組的情況下實現科學發現，也有一定難度。結果是，從事融合研究的科學家人數減少，發現障礙增加，在利用人工智慧加速進展方面遇到瓶頸。

該計畫的建議資料平台透過FAIR（可尋找、可互通、可存取、可重複使用）和聯合國教科文組織的開放科學（OS）建議來解決技術障礙，以提高科學的透明度和包容性；根據教育部的要求，研究人員的所有交付成果都將遵守FAIR 和OS 原則。

該平台的資料庫將使用MDSplusML 建立，MDSplus 是PSFC 研究人員在20 世紀80 年代開發的MDSplus 開放原始碼軟體的升級版本，用於對Alcator C-Mod 的實驗結果進行編目。如今，有近40 家聚變研究機構使用MDSplus 來儲存和對外提供聚變資料。MDSplusML 的發布旨在延續這種開放合作的傳統。

促進聚變研究的多元與包容性

研究人員打算解決女性和弱勢群體參與研究的障礙，不僅要改善對融合數據的一般訪問，還要透過一個有補貼的暑期班來解決，該暑期班將在未來三年內在威廉與瑪麗學院舉辦，重點是融合與機器學習交叉領域的課題。

關於他們研究的重要性，雷亞說：「這個計畫是為了滿足核融合領域的需求，並為我們的成功奠定基礎。核融合領域的科學進步是透過多學科合作和交叉滲透實現的，因此無障礙環境是絕對必要的。我想我們現在都明白，多樣化的社區擁有更多樣化的想法，它們能夠更快地解決問題”。

此合作計畫的工作也與國際原子能總署的”核融合人工智慧”協調研究計畫（CRP）所確定的重要研究領域一致。Rea被選為國際原子能機構CRP的技術協調員，該CRP強調社區參與和知識獲取，以加速核融合研究和開發。國際原子能機構在一封支持該小組擬議項目的信中指出：”[研究人員]將開展的工作[……]不僅有利於我們的CRP，也有利於整個國際核聚變界。”

PSFC 主任兼日立美國公司工程學教授丹尼斯-懷特（Dennis Whyte）補充說：”我很高興看到PSFC 和我們的合作者走在應用新人工智慧工具的前沿，同時鼓勵並促成從我們的實驗中提取關鍵數據。”

雷亞說：『有機會領導如此重要的專案意義非凡，我感到自己有責任證明女性是STEM 領域的領導者。我們擁有一支令人難以置信的團隊，他們有強烈的動力去改善我們的聚變生態系統，並為實現聚變能源做出貢獻。”