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粒子加速器的“自動(dòng)駕駛”:機(jī)器學(xué)習(xí)開啟智能調(diào)控新時(shí)代

2025-02-01 11:28  瀏覽:  

在AI for Science這一前沿領(lǐng)域的蓬勃推動(dòng)下,人工智能技術(shù)正以前所未有的速度引領(lǐng)著科研范式的變革,同時(shí)也在深刻的改變著我們的日常生活。近年來,隨著人工智能技術(shù)的高速發(fā)展,自動(dòng)駕駛技術(shù)逐漸進(jìn)入人們的視野。那么,對(duì)于一個(gè)包含成千上萬個(gè)元件的大型科學(xué)裝置,例如粒子加速器,其穩(wěn)定運(yùn)行是否也能依賴于類似的“自動(dòng)駕駛”技術(shù)呢?答案是肯定的。科學(xué)家們正借助機(jī)器學(xué)習(xí)來實(shí)現(xiàn)加速器粒子束的智能調(diào)控,從而為高功率強(qiáng)束流加速器的調(diào)試和運(yùn)行開辟新的途徑。

粒子加速器是探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)和基本規(guī)律的關(guān)鍵工具,其運(yùn)行要求極高的精度。長期以來,加速器的調(diào)試與運(yùn)行高度依賴人工操作,這一過程不僅耗費(fèi)了大量的人力資源,而且極大地增加了科研的時(shí)間成本。機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的引入為這些挑戰(zhàn)提供了新的解決方案。通過訓(xùn)練智能控制系統(tǒng),機(jī)器學(xué)習(xí)能夠顯著減少人工干預(yù),提高加速器的運(yùn)行效率,并為設(shè)備控制開辟全新的可能性。

然而,在推進(jìn)這一技術(shù)的過程中,研究者們?nèi)匀幻媾R著不少理論和技術(shù)上的難題。例如,粒子加速器動(dòng)力學(xué)過程非常迅速,觀測器所能獲取的大多為穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù),而無法完整捕捉動(dòng)力學(xué)演化過程。這一特性使得傳統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)控制理論無法直接應(yīng)用。此外,由于加速器是一個(gè)具有極高自由度的時(shí)空演化系統(tǒng),觀測器只能采集到部分變量的信息,這對(duì)于控制器的設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來了極大的困難。與此同時(shí),由于獲取加速器的真實(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)成本高昂,依賴虛擬加速器進(jìn)行離線訓(xùn)練成為一種可行的選擇,但如何實(shí)現(xiàn)控制器從虛擬加速器到真實(shí)加速器的無縫遷移,仍然是一項(xiàng)重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

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