Gépi tanulás optimalizálja a kísérleteket a nagy teljesítményű lézerrel

Nemzetközi kutatócsoport a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumtól, a Fraunhofer ILT-től és az ELI - Extrem Fény Infrastruktúra-tól az ELI Beamlines létesítményben, Prága, Csehország. © ELI ERIC / Nemzetközi kutatócsoport a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumtól, a Fraunhofer ILT-től és az ELI - Extrem Fény Infrastruktúra-tól az ELI Beamlines létesítményben, Prága, Csehország. © ELI ERIC

Az Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium (LLNL), a Fraunhofer Lézertechnológiai Intézet (ILT) és az Extreme Light Infrastructure (ELI) nemzetközi tudóscsoportja közösen végzett kísérletet a nagy teljesítményű, magas ismétlési rátájú lézerek optimalizálására gépi tanulás segítségével. Ez a kísérlet jelentős előrelépést jelent a nagy energiájú lézerek kutatásában, megértésében és gyakorlati alkalmazásában.

„Célunk egy robusztus diagnózis bemutatása volt a lézerrel gyorsított ionok és elektronok fém célpontokból történő előállítására magas intenzitáson és ismétlési rátán” – magyarázza Matthew Hill, az LLNL vezető kutatója. „A lézerfront végének gyors optimalizációs algoritmushoz való csatlakoztatásával sikerült maximalizálni a keletkező ionáram hozamát.”

A modern lézertechnológia és a gépi tanulás kombinációja új lehetőségeket nyit meg különböző más szakterületek, például az orvosi terápia, az anyagtudomány vagy a kulturális örökség kutatásában.

Az tesztelési fázis során több mint 4000 lövés történt, amelyek során folyamatosan 3×10^21 W/cm² lézerintenzitásokat haladtak meg szilárdtest célpontokon, és ez jelentős optimalizációt mutatott a tipikus ionkibocsátáson túl. „Az egész csapat nagy erőfeszítéssel hatalmas mennyiségű kiváló minőségű adatot állított elő. Ezeket most feldolgozni kell, hogy a későbbi lépésben az alapul szolgáló fizikát elemezni tudjuk” – mondja Hill.

A kísérlet a csehországi ELI Beamlines létesítményben zajlott, ahol a kutatók a legkorszerűbb High-Repetition-Rate Advanced Petawatt Lézer Rendszert (L3-HAPLS) használták, hogy protont állítsanak elő az ELIMAIA Lézer-Plazma Ion-gyorsítón. Az L3-HAPLS lézer ismert a lézerimpulzus teljesítményének stabilitásáról, precizitásáról, sugárminőségéről és arról, hogy képes magas ismétlési rátával intenzív impulzusokat generálni. Ez lehetővé teszi másodlagos források, például elektronok, ionok és röntgensugarak előállítását. Az L3-HAPLS páratlan ismétlési pontossága lehetővé tette a csapat számára, hogy a lézer-plazma kölcsönhatás megértésére összpontosítson.

„Az HAPLS használatával és a forradalmi gépi tanulással egy figyelemre méltó projekt indult, hogy jobban megértsük a lézer-plazma kölcsönhatás bonyolult fizikáját” – teszi hozzá Constantin Häfner, a Fraunhofer ILT vezetője és a RWTH Aachen Egyetem Lézertechnológiai Tanszékének vezetője. „A közös kutatási tevékenységek egyértelmű bizonyítékot jelentenek arra, hogy a csapatmunka és a technológiai fejlődés hogyan járulhat hozzá a tudás határainak közös bővítéséhez.”

Mind a létesítmény, mind a nagy energiájú plazma fizikával foglalkozó kutatócsoport számára ez a sikeres kombináció a gépi tanulás, a céldiagnosztika és a magas ismétlési rátájú nagy teljesítményű lézer disperszió-vezérlésében jelentős mérföldkő.

„Egy ilyen összetett kísérlet sikeres végrehajtása bizonyíték arra, hogy a L3-HAPLS lézer rendszer kiváló minőségű és megbízható” – mondja Bedrich Rus, az ELI Beamlines vezető lézerkutatója. Daniele Margarone, az ELI Beamlines kutatási és működési igazgatója összegzi: „Ezekkel a kísérletekkel az ELI bizonyítja készségét és hajlandóságát arra, hogy bővítse a tudás határait. Az ELI célja, hogy átalakító kísérleteket tegyen lehetővé, amelyek újradefiniálják a lézerkutatás és azon túlmutató lehetőségeket.”