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Mentre gli impatti del cambiamento climatico continuano a crescere, cresce anche l’interesse per il potenziale della fusione come fonte di energia pulita. Sebbene le reazioni di fusione siano state studiate nei laboratori sin dagli anni ’30, ci sono ancora molte domande critiche a cui gli scienziati devono rispondere per rendere l’energia da fusione una realtà, e il tempo è essenziale. Nell’ambito della loro strategia per accelerare l’arrivo dell’energia da fusione e raggiungere la neutralità del carbonio entro il 2050, il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DoE) ha annunciato nuovi finanziamenti per un progetto guidato da ricercatori del Plasma Science and Fusion Center (PSFC) del MIT e quattro istituzioni collaboratrici.
Cristina Rea, ricercatrice e capogruppo presso il PSFC, fungerà da ricercatrice principale per la collaborazione triennale recentemente finanziata per pilotare l’integrazione dei dati sulla fusione in un sistema che può essere letto da strumenti basati sull’intelligenza artificiale. Il PSFC, insieme agli scienziati di William & Mary, dell’Università del Wisconsin a Madison, dell’Università di Auburn e del gruppo no-profit HDF, pianificano di creare una piattaforma olistica di dati sulla fusione, i cui elementi potrebbero offrire un accesso senza precedenti ai ricercatori, in particolare agli studenti sottorappresentati . Il progetto mira a incoraggiare una partecipazione diversificata alla fusione e alla scienza dei dati, sia nel mondo accademico che nel mondo del lavoro, attraverso programmi di sensibilizzazione guidati dai co-ricercatori del gruppo, di cui quattro su cinque sono donne.
Il premio del DoE, parte di un pacchetto di finanziamenti da 29 milioni di dollari per sette progetti in 19 istituzioni, sosterrà gli sforzi del gruppo per distribuire i dati prodotti da dispositivi a fusione come l’Alcator C-Mod del PSFC, un “tokamak” a forma di ciambella che utilizzava potenti magneti per controllare e confinare le reazioni di fusione. L’Alcator C-Mod ha operato dal 1991 al 2016 e i suoi dati sono ancora in fase di studio, anche grazie all’impegno del PSFC per il libero scambio di conoscenze.
Attualmente, ci sono quasi 50 dispositivi pubblici sperimentali di fusione a confinamento magnetico; tuttavia, può essere difficile accedere sia ai dati storici che a quelli attuali di questi dispositivi. Alcuni database di fusione richiedono la firma di accordi con l’utente e non tutti i dati sono catalogati e organizzati allo stesso modo. Inoltre, può essere difficile sfruttare l’apprendimento automatico, una classe di strumenti di intelligenza artificiale, per l’analisi dei dati e per consentire la scoperta scientifica senza una lunga riorganizzazione dei dati. Il risultato è un minor numero di scienziati che lavorano sulla fusione, maggiori ostacoli alla scoperta e un collo di bottiglia nello sfruttamento dell’intelligenza artificiale per accelerare il progresso.
La piattaforma dati proposta dal progetto affronta le barriere tecniche essendo FAIR (trovabile, interoperabile, accessibile, riutilizzabile) e aderendo alle raccomandazioni Open Science (OS) dell’UNESCO per migliorare la trasparenza e l’inclusività della scienza; tutti i risultati finali dei ricercatori aderiranno ai principi FAIR e OS, come richiesto dal DoE. I database della piattaforma saranno costruiti utilizzando MDSplusML, una versione aggiornata del software open source MDSplus sviluppato dai ricercatori PSFC negli anni ’80 per catalogare i risultati degli esperimenti di Alcator C-Mod. Oggi, quasi 40 istituti di ricerca sulla fusione utilizzano MDSplus per archiviare e fornire accesso esterno ai propri dati sulla fusione. Il rilascio di MDSplusML mira a continuare questa eredità di collaborazione aperta.
I ricercatori intendono affrontare gli ostacoli alla partecipazione delle donne e dei gruppi svantaggiati non solo migliorando l’accesso generale ai dati sulla fusione, ma anche attraverso una scuola estiva sovvenzionata che si concentrerà su argomenti all’intersezione tra fusione e apprendimento automatico, che si terrà al William & Mary per i prossimi tre anni.
Dell’importanza della loro ricerca, Rea afferma: “Questo progetto mira a rispondere ai bisogni della comunità della fusione e prepararci per il successo. I progressi scientifici nel campo della fusione sono resi possibili dalla collaborazione multidisciplinare e dall’impollinazione incrociata, quindi l’accessibilità è assolutamente essenziale. Penso che ora comprendiamo tutti che comunità diverse hanno idee più diverse e consentono una risoluzione dei problemi più rapida.
Il lavoro della collaborazione si allinea anche con le aree vitali di ricerca identificate nel progetto di ricerca coordinata (CRP) “AI for Fusion” dell’Agenzia internazionale per l’energia atomica. Rea è stato selezionato come coordinatore tecnico per il CRP dell’AIEA, sottolineando l’impegno della comunità e l’accesso alla conoscenza per accelerare la ricerca e lo sviluppo sulla fusione. In una lettera di sostegno scritta per il progetto proposto dal gruppo, l’AIEA ha affermato che “il lavoro [the researchers] effettuerà […] sarà vantaggioso non solo per il nostro CRP ma anche per la comunità internazionale della fusione in generale”.
Dennis Whyte, direttore del PSFC e professore di ingegneria di Hitachi America, aggiunge: “Sono entusiasta di vedere PSFC e i nostri collaboratori essere in prima linea nell’applicazione di nuovi strumenti di intelligenza artificiale e allo stesso tempo incoraggiare e consentire l’estrazione di dati critici dai nostri esperimenti”.
“Avere l’opportunità di guidare un progetto così importante è estremamente significativo e sento la responsabilità di dimostrare che le donne sono leader nelle discipline STEM”, afferma Rea. “Abbiamo un team incredibile, fortemente motivato a migliorare il nostro ecosistema di fusione e a contribuire a rendere l’energia da fusione una realtà”.
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