The design space for inertial confinement fusion (ICF) experiments is vast and experiments are extremely expensive. Researchers rely heavily on computer simulations to explore the design space in search of high-performing implosions. However, ICF multiphysics codes must make simplifying assumptions, and thus deviate from experimental measurements for complex implosions. For more effective design and investigation, simulations require input from past experimental data to better predict future performance. In this work, we describe a cognitive simulation method for combining simulation and experimental data into a common, predictive model. This method leverages a machine learning technique called transfer learning, the process of taking a model trained to solve one task, and partially retraining it on a sparse dataset to solve a different, but related task. In the context of ICF design, neural network models trained on large simulation databases and partially retrained on experimental data, producing models that are far more accurate than simulations alone. We demonstrate improved model performance for a range of ICF experiments at the National Ignition Facility, and predict the outcome of recent experiments with less than ten percent error for several key observables. We discuss how the methods might be used to carry out a data-driven experimental campaign to optimize performance, illustrating the key product -- models that become increasingly accurate as data is acquired.


翻译:惯性封存(ICF)实验的设计空间很广,实验非常昂贵。研究人员非常依赖计算机模拟来探索设计空间,以寻找高性能内分泌。然而,ICF多物理代码必须简化假设,从而偏离复杂内分泌的实验测量。为了更加有效的设计和调查,模拟需要从过去的实验数据中输入数据,以更好地预测未来的性能。在这项工作中,我们描述一种将模拟和实验数据合并成共同的预测模型的认知模拟方法。这种方法利用了一种机器学习技术,称为转移学习,采用经过训练的模型来解决一项任务,并部分再培训它到一个稀少的数据集,以解决不同但相关的任务。在ICF设计方面,神经网络模型必须经过培训,并部分地重新培训实验数据,产生比模拟更准确的模型。我们展示了国家ICF实验设施一系列实验的改进模型性能,并预测了最近一些关键观测结果差不到10%的机器学习结果。我们讨论的是,在ICF设计中,如何使用这种方法来进行精确的实验性能模型。我们讨论如何将数据作为最精确的模型进行。

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