미국 에너지부(DoE)는 핵융합 에너지의 도래를 가속화하고 2050년까지 탄소 중립을 달성하기 위한 전략의 일환으로 MIT의 플라즈마 과학 및 핵융합 센터(PSFC) 연구원과 4개 파트너 기관이 이끄는 프로젝트에 대한 새로운 자금 지원을 발표했습니다.
MIT의 Cristina Rea와 그녀의 동료 연구원들이 수행하고 있는 새로운 작업은 핵융합 과학의 발전을 가속화하고 핵융합 에너지를 가능한 한 빨리 현실로 만드는 것을 목표로 하고 있습니다. 이미지 출처: AnaKova/U.S. 융합지원부
기후 변화의 영향이 계속 커지면서 청정 에너지원으로서 핵융합의 잠재력에 대한 관심도 높아지고 있습니다. 핵융합 반응은 1930년대부터 실험실에서 연구되어 왔지만 핵융합 발전이 현실화되기 전에 과학자들이 대답해야 할 주요 질문이 많으며 시간이 가장 중요합니다.
데이터와 인공지능을 통한 연구역량 강화
플라즈마 과학 및 융합 센터의 연구 과학자이자 그룹 리더인 크리스티나 레아(Cristina Rea)는 인공 지능 도구로 읽을 수 있는 시스템에 융합 데이터를 통합하는 것을 시험하기 위해 새로 자금을 지원받은 3개년 공동 프로젝트의 수석 조사관으로 활동할 예정입니다. PSFC는 William and Mary 대학, Wisconsin-Madison 대학, Auburn 대학 및 비영리 HDF 그룹의 과학자들과 함께 연구자, 특히 소외된 학생들에게 전례 없는 접근을 제공할 수 있는 요소인 종합적인 융합 데이터 플랫폼을 만들 계획입니다. 이 프로젝트는 그룹의 공동 연구자(5명 중 4명이 여성)가 이끄는 지원 프로그램을 통해 학계 및 인력의 다양한 그룹이 융합 및 데이터 과학에 참여하도록 장려하는 것을 목표로 합니다.
Cristina Rea(오른쪽)는 인공 지능의 힘을 활용하기 위해 Alcatel의 C-Mod 토카막(배경)과 같은 융합 장치의 데이터를 현대화하려는 새로운 미국 에너지부 지원 프로젝트의 수석 조사관입니다. 국제원자력기구(International Atomic Energy Agency) 물리학과의 다나스 리디카스(Danas Ridikas) 소장은 레아의 제안을 지지하는 편지를 썼다. 사진 제공: EarlMarmar
19개 기관의 7개 프로젝트에 대한 2,900만 달러 자금 패키지의 일부인 DOE 상은 강력한 자석을 사용하여 핵융합 반응을 제어하고 제한하는 도넛 모양의 "토카막"인 PSFC의 Alcator C-Mod와 같은 핵융합 장치에서 생성된 데이터의 그룹 배포를 지원할 것입니다. Alcator C-Mod는 1991년부터 2016년까지 실행되었으며, 부분적으로는 PSFC의 무료 지식 교환에 대한 약속 덕분에 해당 데이터가 여전히 연구되고 있습니다.
데이터 수집 문제 해결
현재 거의 50개의 공공 자기 감금 핵융합 실험 장치가 있습니다. 그러나 이러한 장치의 과거 및 현재 데이터를 얻기가 어렵습니다. 일부 융합 데이터베이스에는 서명된 사용자 계약이 필요하며 모든 데이터가 동일한 방식으로 분류되고 구성되지는 않습니다. 또한 머신러닝(인공지능 도구의 일종)을 활용해 데이터를 분석하고 과학적 발견을 이루기 위해서는 시간이 많이 걸리는 데이터 재구성이 어렵다. 결과적으로 융합 연구에 참여하는 과학자의 수가 줄어들고 발견의 장벽이 높아졌으며 AI를 사용하여 진행을 가속화하는 데 병목 현상이 발생합니다.
프로젝트에서 제안된 데이터 플랫폼은 FAIR(Findable, Interoperable, Accessible, Reusable) 및 유네스코의 개방형 과학(OS) 권장 사항을 통해 과학의 투명성과 포괄성을 높이는 데 대한 기술적 장벽을 해결합니다. 교육부의 요구에 따라 연구원의 모든 결과물은 FAIR 및 OS 원칙을 준수합니다.
플랫폼의 데이터베이스는 Alcator C-Mod의 실험 결과를 카탈로그화하기 위해 1980년대 PSFC 연구원들이 개발한 MDSplus 오픈 소스 소프트웨어의 업그레이드 버전인 MDSplusML을 사용하여 구축됩니다. 현재 약 40개 핵융합 연구 기관에서 MDSplus를 사용하여 핵융합 데이터를 저장하고 외부 세계에 제공하고 있습니다. MDSplusML의 출시는 이러한 개방형 협업의 전통을 이어가는 것을 목표로 합니다.
융합 연구의 다양성과 포용성 증진
연구원들은 융합 데이터에 대한 일반적인 접근을 개선할 뿐만 아니라 향후 3년 동안 William & Mary에서 개최되고 융합과 기계 학습의 교차점에 있는 주제에 초점을 맞출 보조금 지원 여름 학교를 통해 연구에 참여하는 여성과 소수 집단에 대한 장벽을 해결할 계획입니다.
연구의 중요성에 대해 Rhea는 다음과 같이 말했습니다. "이 프로젝트는 융합 분야의 요구 사항을 충족하고 성공을 위한 기반을 마련하는 것입니다. 융합 분야의 과학적 진보는 학제간 협력과 교차 수정을 통해 달성되므로 접근성이 절대적으로 필요합니다. 이제 우리 모두는 다양한 커뮤니티가 더 다양한 아이디어를 갖고 있고 문제를 더 빨리 해결할 수 있다는 것을 이해한다고 생각합니다."
공동 프로젝트의 작업은 국제원자력기구(IAEA)의 "융합 인공 지능" 조정 연구 프로그램(CRP)에서 식별한 중요한 연구 영역과도 일치합니다. Rea는 핵융합 연구 및 개발을 가속화하기 위해 커뮤니티 참여와 지식 습득을 강조하는 국제원자력기구(International Atomic Energy Agency) CRP의 기술 코디네이터로 선정되었습니다. IAEA는 팀이 제안한 프로젝트를 지원하는 서한에서 다음과 같이 언급했습니다. "[연구원들이] 수행할 작업은 [...] 우리 CRP뿐만 아니라 국제 핵융합 커뮤니티 전체에도 도움이 될 것입니다."
PSFC 이사이자 Hitachi America 엔지니어링 교수인 Dennis Whyte는 "PSFC와 우리 협력자들이 우리 실험에서 중요한 데이터 추출을 장려하고 활성화하는 동시에 새로운 인공 지능 도구를 적용하는 데 앞장서는 것을 보게 되어 기쁘다"고 덧붙였습니다.
Rhea는 "이렇게 중요한 프로젝트를 이끌 수 있는 기회를 갖는 것은 매우 의미 있는 일이며 여성이 STEM 분야의 리더임을 입증해야 한다는 책임감을 느낍니다"라고 말했습니다. "우리는 핵융합 생태계를 개선하고 핵융합 에너지 실현에 기여하려는 깊은 동기를 지닌 사람들로 구성된 놀라운 팀을 보유하고 있습니다."