自動(dòng)化離子光學(xué)設(shè)計(jì)和智能化調(diào)試助力國(guó)產(chǎn)微束裝置研發(fā)

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所科研人員在微束系統(tǒng)設(shè)計(jì)與智能控制領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出首款微束系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)計(jì)代碼CADAIT和基于生成式模型的人工智能微束結(jié)構(gòu)生成智能體AIMPer，并創(chuàng)新性地將強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于微束聚焦控制，顯著提升了微束系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率與調(diào)束智能化水平。
 

　　傳統(tǒng)微束系統(tǒng)設(shè)計(jì)高度依賴(lài)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)與復(fù)雜計(jì)算，耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)數(shù)月。研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的CADAIT代碼通過(guò)融合矩陣方法與數(shù)值離子追蹤技術(shù)，結(jié)合差分進(jìn)化算法，實(shí)現(xiàn)了微束光學(xué)參數(shù)的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。該代碼可在短時(shí)間內(nèi)生成海量設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)人工智能微束生成模型AIMPer快速篩選出高性能配置，將設(shè)計(jì)周期從數(shù)月縮短至幾分鐘。例如，針對(duì)50 MeV質(zhì)子微束系統(tǒng)的驗(yàn)證顯示，CADAIT的設(shè)計(jì)結(jié)果與主流軟件WinTRAX、Zgoubi等高度一致。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)引入微束聚焦控制，通過(guò)訓(xùn)練深度網(wǎng)絡(luò)模型，系統(tǒng)可自主調(diào)整四極透鏡磁場(chǎng)，能自適應(yīng)步長(zhǎng)調(diào)束和動(dòng)態(tài)優(yōu)化束斑尺寸。
 

　　目前，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所承建的中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心50MeV質(zhì)子微束裝置已成功出束并初步達(dá)標(biāo)，證明了基于回旋加速器建設(shè)具有微米級(jí)分辨率的50 MeV質(zhì)子微束的可行性，表明了研究所在高能離子微束裝置研發(fā)方面已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。微束自動(dòng)化設(shè)計(jì)代碼CADAIT與人工智能聚焦技術(shù)AIMPer的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了將微束技術(shù)從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)”到“基于束流物理的AI自動(dòng)設(shè)計(jì)”、從“調(diào)束專(zhuān)家依賴(lài)”邁向“全自動(dòng)智能控制”的突破，為離子微束技術(shù)在材料科學(xué)、空間輻射及生物醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用提供了有力支撐。
 

　　該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和科技部項(xiàng)目支持，相關(guān)成果已發(fā)表于《歐洲物理雜志·Plus》(European Physical Journal Plus)和《核科學(xué)與技術(shù)》(Nuclear Science and Technique)。
 

　　圖:AIMPer生成的高性能微束束線結(jié)構(gòu)以及50 MeV質(zhì)子微束系統(tǒng)的智能模擬聚焦過(guò)程