米国エネルギー省（DoE）は、核融合エネルギーの到来を加速し、2050年までにカーボンニュートラルを達成するための戦略の一環として、MITのプラズマ科学・核融合センター（PSFC）と4つのパートナー機関の研究者が主導するプロジェクトに新たな資金提供を発表した。

MITのクリスティーナ・レア氏とその共同研究者らによって進められている新たな研究は、核融合科学の進歩を加速し、核融合エネルギーをできるだけ早く現実化することを目的としている。画像出典: AnaKova/米国融合推進部

気候変動の影響が増大し続けるにつれて、クリーン エネルギー源としての核融合の可能性への関心も高まっています。核融合反応は 1930 年代から研究室で研究されてきましたが、核融合発電が現実になる前に科学者が答えなければならない重要な疑問が数多くあり、時間が非常に重要です。

データと人工知能による研究能力の強化

プラズマ科学・核融合センターの研究科学者でグループリーダーのクリスティーナ・レア氏は、人工知能ツールで読み取れるシステムに核融合データを統合する実験を行う、新たに資金提供された3年間の共同プロジェクトの主任研究員を務める。 PSFCは、ウィリアム・アンド・メアリー大学、ウィスコンシン大学マディソン校、オーバーン大学、非営利HDFグループの科学者らとともに、総合的な統合データプラットフォームを構築する計画を立てており、その要素は研究者、特に過小評価されている学生に前例のないアクセスを提供できる可能性がある。このプロジェクトは、グループの共同研究者（5 人中 4 人が女性）が主導するアウトリーチ プログラムを通じて、学術界や労働力の多様なグループがコンバージェンスとデータ サイエンスに取り組むことを奨励することを目的としています。

クリスティーナ レア (右) は、アルカテルの C-Mod トカマク (背景) などの核融合装置からのデータを最新化し、人工知能の力を活用することを目的とした、米国エネルギー省が資金提供する新しいプロジェクトの主任研究員です。国際原子力機関物理部門の責任者ダナス・リディカス氏は、レア氏の提案を支持する手紙を書いた。写真提供者: EarlMarmar

DOE賞は、19の機関による7つのプロジェクトに対する2,900万ドルの資金パッケージの一部であり、強力な磁石を使用して核融合反応を制御および閉じ込めるドーナツ型の「トカマク」であるPSFCのアルカトールC-Modなどの核融合装置によって生成された同グループのデータの配布を支援する予定である。 Alcator C-Mod は 1991 年から 2016 年まで実行され、知識の自由な交換に対する PSFC の取り組みのおかげで、そのデータは現在も研究されています。

データ収集の課題への対処

現在、公開されている磁気閉じ込め核融合実験装置は 50 台近くあります。ただし、これらのデバイスからの履歴データと現在のデータを取得するのは困難です。一部のフュージョン データベースでは、署名されたユーザー同意書が必要ですが、すべてのデータが同じ方法でカタログ化および編成されるわけではありません。さらに、機械学習 (人工知能ツールの一種) を使用してデータを分析し、時間のかかるデータの再編成なしに科学的発見を達成することは困難です。その結果、コンバージェンス研究に取り組む科学者が減り、発見への障壁が増大し、進歩を加速するために AI を使用する際にボトルネックが発生しています。

このプロジェクトが提案するデータ プラットフォームは、FAIR (検索可能、相互運用可能、アクセス可能、再利用可能) およびユネスコのオープン サイエンス (OS) 勧告を通じて、科学の透明性と包括性を高めるための技術的障壁に対処します。教育省の要求に応じて、研究者によるすべての成果物は FAIR および OS 原則に準拠します。

このプラットフォームのデータベースは、Alcator C-Mod の実験結果をカタログ化するために 1980 年代に PSFC 研究者によって開発された MDSplus オープン ソース ソフトウェアのアップグレード バージョンである MDSplusML を使用して構築されます。現在、40 近くの核融合研究機関が MDSplus を使用して核融合データを保存し、外部に提供しています。 MDSplusML のリリースは、このオープン コラボレーションの伝統を継続することを目的としています。

融合研究におけるダイバーシティとインクルージョンの推進

研究者らは、融合データへの一般的なアクセスを改善するだけでなく、今後3年間にウィリアム＆メアリーで開催され、融合と機械学習の交差点のトピックに焦点を当てる補助金付きのサマースクールを通じて、研究に参加する女性や過小評価されているグループに対する障壁に対処するつもりだ。

研究の重要性についてレア氏は、「このプロジェクトは、核融合分野のニーズを満たし、成功の基礎を築くことを目的としている。核融合分野の科学の進歩は多分野の協力と異分野融合を通じて達成されるため、アクセスしやすさは絶対に必要である。多様なコミュニティがより多様なアイデアを持ち、より迅速に問題を解決できることを、今では誰もが理解していると思う。」と述べた。

この共同プロジェクトの取り組みは、国際原子力機関の「核融合人工知能」調整研究プログラム（CRP）によって特定された重要な研究分野とも一致している。レア氏は、核融合の研究開発を加速するためのコミュニティの関与と知識の獲得を重視する国際原子力機関の CRP の技術コーディネーターに選ばれました。 IAEAはチームの提案したプロジェクトを支持する書簡の中で、「[研究者]が行う研究は[...]我々のCRPだけでなく、国際核融合コミュニティ全体にも利益をもたらすだろう」と述べた。

PSFC所長で日立アメリカ工学部教授のデニス・ホワイト氏は、「PSFCと共同研究者が新しい人工知能ツールの適用の最前線に立ち、実験からの重要なデータの抽出を奨励し、可能にしてくれることをうれしく思う」と付け加えた。

「このような重要なプロジェクトを主導する機会を得たことは非常に意義深いことであり、女性が STEM 分野のリーダーであることを証明する責任を感じています」とレア氏は語った。 「私たちには、核融合エコシステムを改善し、核融合エネルギーの実現に貢献することに深い意欲を持った素晴らしい人材のチームがいます。」