新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”近日啟動了新一輪的物理實驗，備受矚目的數(shù)字孿生系統(tǒng)也在此次實驗中首次亮相。這一系統(tǒng)的引入，顯著提升了實驗的精準度和安全性。
據(jù)研發(fā)團隊主要成員劉曉龍介紹，通過數(shù)字孿生系統(tǒng)的全面實時監(jiān)測，真空室烘烤過程取得了顯著效果。等離子體運行環(huán)境的真空度得到了大幅提升，從10—4帕提升至2×10—5帕，為實驗的成功奠定了堅實基礎。
在追求高溫等離子體的過程中，真空環(huán)境的創(chuàng)建至關(guān)重要。劉曉龍解釋說，微觀中的等離子體粒子在高速運動時，若與大氣分子發(fā)生碰撞，會導致動能喪失。因此，一個接近極限的真空環(huán)境對于保障等離子體的高速運動至關(guān)重要。
真空室烘烤是獲取這一環(huán)境的關(guān)鍵步驟。在烘烤過程中，溫度逐漸升高，同時利用真空泵將懸浮的雜質(zhì)抽走，直至達到磁約束聚變裝置的運行要求。然而，這一過程的安全性不容忽視。
“在高溫烘烤過程中，我們必須密切關(guān)注設備的承受能力，如金屬受熱膨脹是否在安全范圍內(nèi)，以及局部應力是否過度集中?！眲札垙娬{(diào)。過去，實驗人員主要依靠有限的溫度測點進行監(jiān)測，但這種方式難以實現(xiàn)全面排查。如今，隨著機器學習、深度學習等技術(shù)的成熟，數(shù)字孿生系統(tǒng)的引入為實驗環(huán)節(jié)提供了“孿生”再現(xiàn)的可能。
該數(shù)字孿生系統(tǒng)通過在虛擬空間中構(gòu)建一個與物理實體完全相同的數(shù)字模型，實現(xiàn)了對真空室烘烤過程的全方位、實時、精準監(jiān)測。在模型建立初期，團隊面臨了數(shù)據(jù)不足的挑戰(zhàn)。然而，憑借對仿真技術(shù)的深厚底蘊，他們成功設計了一個仿真模型，基于少量真實數(shù)據(jù)生成了大量虛擬數(shù)據(jù)集，從而解決了模型訓練的“草料”問題。
依托先進的智能算法，團隊創(chuàng)建的模型能夠推導出各個點的溫度規(guī)則，進而模擬出整個真空室的溫度分布。這種高度同步的虛擬與現(xiàn)實結(jié)合，使得實驗進程更加易于操控。劉曉龍表示：“現(xiàn)在我們對真空室的掌握已經(jīng)達到了全面精準的水平?！?/p>
此次溫度“孿生”的成功只是團隊向人工智能系統(tǒng)邁進的一小步。未來，他們還將開展更多參數(shù)的模擬，如應力、位移等，以改變過去僅能獲取“點位”數(shù)據(jù)的狀況。通過數(shù)字孿生技術(shù)獲取“無限”信號，將為下一步的理論研究提供豐富的數(shù)據(jù)和資料。
