AI辅助束线站调束系统，提升科研效率与精度
发布时间：2024-11-28
同步辐射光源是一种利用相对论性电子在磁场中偏转时产生的高强度电磁辐射的装置，广泛应用于材料科学、物理学、化学、生物学、医学等多个领域。目前，我国已完成三代同步辐射光源的建设，正在北京建设一台高性能的高能同步辐射光源（图1），也称为“北京光源”，其设计亮度及相干度均高于世界现有、在建或计划中的光源。未来这一新光源系统装置建成后，将满足中国重大战略需求，并对众多基础科学的研究发挥关键支撑作用。
图1.北京光源
但从国内已建成的光束线站来看，束线参数的调整高度依赖专业人员的经验，消耗了大量机时与人力。以上海光源为例，调束浪费的机时平均每个用户1-2小时，每年约250-500小时，科研损失约5%~10%。
为了减少人工调束带来的科研损失，姑苏实验室Y2406项目组从AI赋能科研的角度出发，在深度强化学习的基础上，开发基于物理特性的强化学习算法（图2）以及高精度测控系统，实现AI智能调节光束系统。深度强化学习是人工智能领域的一个重要分支，它结合了深度学习的神经网络架构和强化学习的决策优化策略，在强化学习中智能体通过与环境的交互，不断尝试不同的行动，通过奖励机制学习到最优的行为策略。
项目组在上述理论基础上，用激光模拟同步辐射光源线站的复杂光路（图3），对调束系统进行验证?？⑹逝銩I算法的并行交互测控系统，实现模拟光路的智能、快速调节。智慧光束线系统操作页面简单(图4)，只需输入目标光斑的X轴Y轴位置与光斑半径，就可在数秒内获得理想光斑。
图3 模拟同步辐射光源光束线路
图4 智慧光束线系统操作页面
目前智慧光束线系统1.0版本（图5）使用小型工控机与专用板卡的集成一体机，下一步将进一步缩小样机体积，最终将系统全部集中至单个芯片中，实现高集成度小型化、高性能计算、实时处理、高工作效率。
图5 智慧光束线系统1.0版本
随着项目的发展，该系统不仅可以运用在繁杂的光路调试中，也可运用于大科学装置与复杂仪器设备的参数调优。例如工业氢炉借助矩阵求解和人工智能算法，可以很好地根据当前的工件特征，推算出在给定焊接温度下，最佳的分段功率设计以及气体流量，大大提高工艺的开发效率和产品的良率。在电子枪的调制中，根据期望的阴极电流、束斑乃至发射度，通过深度强化学习算法推算出合适的工作参数：在该条件下，工作性能最佳、鲁棒性最好、打火概率最低。项目组可提供针对不同场景定制测控硬件、软件、算法等服务，真正实现AI赋能科研，为科研工作者提供强大的工具和技术支持。
目前，该成果已经获授权发明专利2项，论文1篇。论文下载地址：
https://arxiv.org/html/2411.12183v1
苏公网安备 32059002003194号