100页pdf！《人工智能加速核技术应用》国际原子能机构

2022 年 9 月 6 日 专知

人工智能是指一系列技术的集合，这些技术能够以类似于人类逻辑和推理的方式跟踪复杂问题。机器学习技术学习如何在大量数据的基础上完成特定的任务。人工智能技术正在呈指数级发展，已经能够对来自各种来源的大量数据进行分类和解释，以执行各种任务，并帮助应对世界上许多最紧迫的挑战。人工智能具有巨大的潜力来加速许多核领域的技术发展，从核医学到水资源管理，再到核科学和工业。2021年，国际原子能机构主办了核技术与应用人工智能技术会议，旨在提供一个国际性、跨领域的论坛，讨论和促进在核科学、技术与应用、辐射防护、核安全和保障核查等领域的合作。目的是确定这些领域今后活动的优先次序以及原子能机构如何能够支持这些活动的执行。这是首次召开此类会议，也是一次反思人工智能与核技术融合的伦理考虑的机会。本出版物提供了当前技术状态的概述，概述了挑战并确定了加速核应用、人工智能科学和技术的机会。原子能机构感谢起草和审查这份出版物的贡献者所做的工作。负责这份出版物的原子能机构官员是物理和化学科学司的M. Barbarino。

近年来，人工智能(AI)和机器学习(ML)方法在科学技术领域产生了重大影响。这些从数据集或模拟人类表现方面的基于逻辑的算法生成模型的方法同样可以加速核应用、科学和技术领域实现原子能机构促进和平、健康和繁荣的目标。如图1所示，为了在这些领域实现人工智能的总体进展，特别是ML，原子能机构可以发挥重要作用，通过建立、托管和管理集中资源，包括数据库，遵循公平(可查找、可访问、互操作和可重用)原则和开放科学最佳实践，提供数据共享管理，支持培训工作和相关劳动力的发展。以及科学、技术、数学、人工智能和伦理社区之间的联系。

许多领域都可以受益于人工智能在核应用领域的使用。在人类健康方面，这些领域包括临床研究、流行病学、营养、医学成像、放射疗法和卫生专业人员教育。基于人工智能的工具也被用于促进成像方面的不同临床任务、乳房x线照相术和肺癌筛查方案中的计算机辅助诊断以及核医学程序中的剂量预测。特别是ML方法还可以提高用于身体成分和骨骼分析的计算机断层扫描和双能吸收测量扫描的效率和准确性。将人工智能方法应用于粮食和农业领域的核技术和相关技术，可以在优化农业生产、食品开发、供应链管理、食品安全和食品真实性控制等方面取得重大进展并提高效率。在水和环境领域，人工智能可以帮助制定缓解全球水问题的政策。人工智能技术在水文和环境科学方面的应用有望改善模式识别，并实现气候变化下的模型预测。

在核科学领域，人工智能驱动研究的重点是核数据流程的自动化。这些努力包括，例如，通过使用自然语言处理应用程序编译来自出版物的数据集，以及正在进行的使用ML方法进行鲁棒推理和有意义的不确定性预测的工作。此外，人工智能还可以协助验证任务和验证实验的设计。在核物理学界，人工智能和ML方法被应用于数据分析和理论建模，以提高科学理解和提高数据处理和管理的效率。进一步的努力涉及未来实验的设计和现有装置的优化，以及用于核物理的设施的操作，例如粒子加速器。最近在应用人工智能和ML方法解决磁约束和惯性约束聚变研究中的突出问题方面取得的成功表明，这些方法具有显著加速聚变研发的潜力。全球范围内的融合研发工作可以通过AI和ML更广泛地参与融合问题解决方案而受益。在核电领域，行业可以在自动化、设计优化、数据分析、预测和预测、见解提取等领域受益于AI。目前的工作重点是将人工智能技术从试点研究转移到更广泛的应用。在辐射防护方面，人工智能的应用及其与控制和监测过程的集成(如外部照射的个人剂量测定)有望产生更快、更灵活和更有效的过程，并有可能在该领域实现深层次的技术变革。特别是人工智能在分析、解释和理解包括辐射暴露在内的复杂工作过程时，可以模拟人类的认知。

在核安全领域，人工智能的可能应用包括分析光谱和地理空间数据，以改善对监管控制之外的核材料的检测，增强核材料核算和控制系统，以及识别核设施可能的内部和外部威胁的潜力。另一方面，在核安全系统中使用人工智能可能会引入人类操作人员或人工智能系统本身无法立即识别的潜在漏洞。在这一领域，对人工智能技术受到的网络攻击威胁进行重大调查至关重要。保障措施的实地活动依靠各种探测核材料的技术所获得的越来越多的数据，包括卫星成像和伽马射线光谱学。结合保障措施下的材料数量的增加，显然需要更有效的核保障程序。人工智能和ML方法的实施将通过提高这些现场活动的效率大大有利于保障措施。最后，人工智能和核技术的融合可能会加剧学科中现有的伦理问题，并在它们的界面上产生新的问题。因为这两门学科都涉及风险和不确定性，在利益和可能严重的社会和环境危害方面都有巨大的潜力，因此需要在这一界面上建立一门新的学科，即核与人工智能技术伦理(ENAI)。ENAI的目标是建立一种非二元伦理，它可以在核领域的人工智能应用的设计、开发、部署和使用中起到前置作用。这将有助于提高从业者对人工智能和核技术融合的伦理影响的意识，同时创建与利益攸关方进行有力对话的机制。ENAI可以进一步确保决策得到社会的接受和道德上的知情，这最终使人工智能在核领域的应用得到负责任的治理。