Newswise — Национальная лаборатория Ок-Риджа Министерства энергетики добавила новый прибор для рассеяния нейтронов к своей мощной базе открытий в источнике расщепленных нейтронов, наметив новую территорию для нейтронной визуализации с помощью искусственного интеллекта. В июле Управление науки Министерства энергетики одобрило окончательный ввод в эксплуатацию универсального прибора нейтронной визуализации, или ВЕНУС.

«Это сбывшаяся мечта», — сказала ученый ORNL по рассеянию нейтронов Хассина Билье. «Для меня было честью и привилегией работать с таким количеством талантливых людей, посвятивших себя доведению проекта VENUS до конца».

Благодаря своим передовым возможностям и самым интенсивным в мире импульсным нейтронным пучкам VENUS поможет трансформировать исследования во многих областях науки. К ним относятся накопление энергии для более эффективных батарей, материаловедение для более эффективных строительных материалов, физиология растений для засухоустойчивых растений и многое другое. VENUS поможет продвинуть науку вперед, предлагая 3D-изображения высокого разрешения с повышенной контрастностью, чувствительные к структурным деталям на атомном уровне. Более того, благодаря нейтронам ВЕНУС не изменит чрезвычайно деликатные материалы, которые исследователи привозят в ORNL для изучения.

Кроме того, на VENUS будут представлены передовые вычислительные методы, позволяющие максимально эффективно использовать время нейтронного пучка. Во время экспериментов ученые и пользователи приборов VENUS будут использовать искусственный интеллект для создания 3D-моделей образцов на основе необработанных времяпролетных данных за значительно меньшее количество измерений. Вместо того, чтобы экспериментаторы днями или даже неделями ждали 3D-модели своих образцов на основе нескольких рентгенограмм или изображений внутренней формы, исследовательские группы получат то, за чем пришли, к моменту завершения своих экспериментов.

«ВЕНУС предлагает широкие возможности для доступа к уникальным контрастам из многих областей науки», — сказал Бильё. «А с помощью ИИ исследователи смогут получить 3D-данные сразу после завершения эксперимента».

ВЕНУС также предоставляет Соединенным Штатам платформу, позволяющую им занять лидирующую роль в развивающейся области нейтронной визуализации.

«Мы очень рады предложить такие уникальные возможности сообществам пользователей по всему миру», — сказал Йенс Диллинг, заместитель директора лаборатории Управления нейтронных наук ORNL. «Учитывая некоторые проблемы, с которыми мы сталкиваемся как нация и во всем мире, наука и талантливые люди, которые делают это возможным, как здесь, в VENUS, могут быть нашей самой большой надеждой».

Путь к ВЕНЕРЕ начался в 2006 году, когда Билье пришла в голову идея создать прибор для рассеяния нейтронов с повышенной контрастностью изображения для изучения кристаллических и аморфных образцов на атомном уровне, не повреждая их. Например, исследователь НАСА, которому помогали ученые-инструментальщики ORNL на луче MARS в изотопном реакторе с высоким потоком ORNL, или HFIR, использовал нейтроны для изучения чрезвычайно хрупких лунных пород из миссий Аполлона. Вместе НАСА и команда MARS создали виртуальную визуализацию горных пород в высоком разрешении, чтобы дополнить более поздние измерения на ВЕНЕРЕ. В будущем ВЕНЕРА поможет исследователям понять содержание минералов в горных породах и получить подсказки о ранних планетарных образованиях и о том, где мы можем найти воду на Луне.

Ни один другой метод исследования не может неразрушающим образом дать такие результаты в 3D с точной информацией об атомной структуре. Нейтроны достигают этого, потому что они легко проходят сквозь материалы, не повреждая их. Ученые, занимающиеся нейтронной визуализацией, могут исследовать толстые образцы, генерировать трехмерные изображения и строить более полные микромасштабные модели материалов на основе того, как нейтроны рассеиваются или отражаются от атомов.

Усилия по использованию ИИ в лучах ORNL начались в последние годы с разработки передовых алгоритмов, которые интеллектуально, автономно и быстро собирают данные. Работая в сотрудничестве с группами рентгеновских лучей из Национального синхротронного источника света II Брукхейвенской национальной лаборатории и Университета Пердью, группа ORNL по разработке нейтронных изображений SNAP опубликовала свои последние результаты в журнале Nature Publishing Group. Научные отчеты предоставляя алгоритмы, которые составляют основу искусственного интеллекта VENUS.

«Мы очень благодарны за сотрудничество с нашими коллегами-рентгенологами в этом проекте искусственного интеллекта», — сказал Бильё. «Это партнерство помогло подготовить почву для получения высококачественных результатов исследований, которые, как мы ожидаем, изменят правила игры в материаловедении».

ORNL также сформировала Консультативный комитет VENUS, который продолжал участвовать в проекте с момента начала строительства. Физическое строительство VENUS началось в 2019 году, продолжалось в годы пандемии, вступило в заключительную фазу в конце 2023 года и близится к завершению, а планы по использованию пользовательского луча начнутся во второй половине 2025 года.

«Чтобы создать такой сложный инструмент, нужна целая деревня, и вся наша команда ORNL очень предана своему делу, за что я очень благодарен и очень горжусь», — сказал Билье. «Теперь она готова — пришло время попробовать что-то и расширить возможности инструмента».

SNS и HFIR являются пользовательскими объектами Управления науки Министерства энергетики США.

UT-Battelle управляет ORNL Управления науки Министерства энергетики США, крупнейшего спонсора фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах. Управление науки работает над решением некоторых из наиболее острых проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите сайт Energy.gov/science. — Самнер Браун Гиббс