25 Jahre umfangreiche experimentelle Daten zur Fusionsenergie, offen in der „Cloud“ und für alle zugänglich

Hochtemperatur-Fusionsplasma-Experimente, die im Large Helical Device (LHD) des National Institute of Fusion Sciences (NIFS) durchgeführt wurden, haben im Februar 2022 den Weltrekord für die erfasste Datenmenge erneuert, erfahrungsgemäß 0,92 Terabyte (To). Februar 2022. Einsatz einer umfassenden Palette modernster Plasmadiagnostikgeräte.

Der Internationale Thermonukleare Experimentalreaktor (ITER), der derzeit in Frankreich in internationaler Zusammenarbeit von sieben Parteien gebaut wird, wird voraussichtlich in 10 Jahren etwa 1 TB Daten pro Experiment erzeugen, und LHD ist derzeit das einzige Experiment auf der Welt, das Daten produziert eng mit ITER verbunden.

Die Förderung der „offenen Wissenschaft“, bei der umfangreiche Forschungsdaten genutzt und in der gesamten Gesellschaft geteilt werden, wurde im Rahmen einer gemeinsamen Erklärung auf dem G7-Treffen im japanischen Sendai im Jahr 2023 verabschiedet. NIFS hat eine umfassende offene Wissenschaft eingeführt wissenschaftliche Bemühungen. durch die Festlegung der „Open Access Policy“ im Februar 2022 und der „Research Data Policy“ im Oktober 2022.

Seit 2023 sind alle bei LHD-Experimenten gewonnenen Daten unmittelbar nach Abschluss der Erfassung und Analyse öffentlich verfügbar. Sämtliche Quellcodes für Computerprogramme zur Datenanalyse sind ebenfalls frei verfügbar.

In der offenen Wissenschaft gilt das FAIR-Prinzip als wichtiger Indikator. Das NIFS betrachtet die Erfüllung der FAIR-Anforderungen an rohe und analysierte Diagnosedaten, d. h. die wertvollen digitalen Assets des LHD-Projekts, als ein wichtiges Anliegen der LHD University Research Platform und setzt seine Bemühungen fort.

Obwohl die Daten des LHD-Experiments zu einer der größten Datenressourcen der Welt geworden sind und von in- und ausländischen Fusionsplasmaforschern weit verbreitet sind, wurden sie selten für andere Zwecke verwendet, beispielsweise in anderen Forschungsbereichen oder in der Industrie. Dies kann auf 1) die Schwierigkeit zurückzuführen sein, aus einer Vielzahl experimenteller Daten die interessanten Daten zu finden, und 2) auf die enorme Anzahl und enorme Größe der einzelnen Daten, die es schwierig machen, einfach und schnell mit der Datenanalyse zu beginnen.

Um diese Probleme zu lösen, wird erwartet, dass 1) ein umfassender Überblick über riesige Mengen experimenteller Daten ermöglicht wird und 2) die Datenanalyseumgebung einfach vorbereitet werden kann, um die Analysen sofort zu starten, und die Datenverarbeitungsressourcen erhöht werden können oder je nach Bedarf verringert.

Forschungsleistungen

Daten aus dem LHD-Experiment stellen einen großen digitalen Vermögenswert dar. Um die Nutzung durch Forscher in verschiedenen Bereichen, die Industrie und die breite Öffentlichkeit zu fördern, ist eine Computerumgebung erforderlich, die von jedem problemlos genutzt werden kann. Eine erhebliche Chance besteht in der „Cloud-Services“-Technologie.

Cloud-Dienste bieten eine Umgebung, in der Datenanalysen sofort gestartet werden können, sodass Forscher, Industrie und sogar Bürger Daten sehr effizient nutzen können. Jetzt wurde NIFS für das „Amazon Web Services (AWS) Open Data Sponsorship Program“ angenommen und hat die Datenübertragung von etwa 2 Petabyte LHD-Experimentdaten zum AWS-Cloudspeicher, Amazon Simple Storage Service (Amazon S3), abgeschlossen sie im Internet für jedermann frei zugänglich.

Eine Computerumgebung, die eine Reihe von Datenanalyseprogrammen ausführen kann, ist auch für die Arbeit mit großen offenen Daten unerlässlich. Vollständig replizierte LHD-Daten im AWS-Cloud-Speicher sind jetzt direkt von AWS-Cloud-Computern aus zugänglich, um jederzeit leistungsstarke Big-Data-Analysen zu ermöglichen.

Die Tatsache, dass Amazon S3 es uns ermöglicht, unabhängig von NIFS-System- und Netzwerkfunktionen einen zuverlässigen und kontinuierlichen Datendienst bereitzustellen, ist auch ein großer Vorteil für die Förderung offener Wissenschaft.

Im Gegensatz zu anderen Forschungsbereichen wie globalen Umwelt-, Meteorologie- und astronomischen Beobachtungen, in denen bereits seit mehr als ein paar Jahrzehnten ein internationaler Austausch von Forschungsdaten stattfindet, gibt es in der Fusionsenergieforschung und -entwicklung kaum internationale Zusammenarbeit oder Datenaustausch , insbesondere im experimentellen Bereich.

Tatsächlich unterscheiden sich experimentelle Ergebnisse häufig von Gerät zu Gerät, was einen einfachen Vergleich und eine einfache Bewertung erschwert. Die LHD Open Data stellen den weltweit ersten großen Schritt in Richtung Interdisziplinarität und Universalisierung der Fusionsenergieforschung dar.

Die Ergebnisse werden auf dem 14. IAEO-Fachtreffen zu Kontrollsystemen, Datenerfassung, Datenmanagement und Fernbeteiligung in der Fusionsforschung vorgestellt, das vom 15. bis 19. Juli 2024 in São Paulo, Brasilien, stattfindet.

Bedeutung zukünftiger Erfolge und Entwicklungen

Die diagnostische Roh- und Analysedatenbank von LHD, die weltweit die größte Ansammlung von Fusionsenergie-Forschungsdaten darstellt, ist ein äußerst wertvolles digitales Forschungsgut. Durch die Umwandlung all dessen in offene Daten in der AWS-Cloud wird erwartet, dass die Datenbank nicht nur für Forschungszwecke innerhalb und außerhalb der Fusionsforschung genutzt wird, sondern auch die Beteiligung der breiten Öffentlichkeit und neuer Marktteilnehmer aus anderen Ländern anzieht und Sektoren. die neue Forschung und Entwicklung im Bereich Fusionsenergie starten möchten.

Hürden für die Erstzulassung sollen deutlich reduziert werden. Darüber hinaus soll es als wichtige digitale Plattform für den Wissensaustausch in Forschung, zwischenmenschlichen Austausch und Entwicklung dienen, nicht nur in Japan, sondern auch anderswo auf der Welt. Zu diesem Zweck fördert das NIFS dieses große Datenrepositorium unter dem Namen „Plasma and Fusion Cloud“ intensiv und nutzt dabei das NII RDC, die Forschungsdaten-Cloud-Plattform des National Institute of Informatics.

Um die Prinzipien der offenen Wissenschaft weiter voranzutreiben, haben wir gerade damit begonnen, etwa 40 Millionen LHD-Datensätzen einen globalen dauerhaften Identifikator, DOI (Digital Object Identifier), zuzuweisen, um sie leichter auffindbar und zugänglich zu machen. Aufgrund der extrem großen Anzahl an Datenentitäten kann die Registrierung drei bis vier Jahre dauern.

Wenn jedoch alle Daten erfasst sind, wird erwartet, dass es sich um die größte Anzahl öffentlich verfügbarer Forschungsdaten-DOIs weltweit handelt und damit die aktuellen Weltmarktführer wie Geoscience Australia (rund 7 Millionen DOIs) und CERN (rund 6,7 Millionen) übertreffen. und die Interdisciplinary Earth Data Alliance (IEDA) in den Vereinigten Staaten (ca. 5 Millionen).

Ushio Usami, Country Manager für AWS Global Public Sector in Japan, sagte: „Wir freuen uns sehr, in Zusammenarbeit mit dem National Institute for Fusion Science einen Beitrag zur Nutzung der Fusionsenergie leisten zu können.“ Ich hoffe, dass diese offenen Daten nicht nur im Bereich der akademischen Forschung in Japan, sondern auch von Industrien auf der ganzen Welt genutzt werden, um technologische Innovationen in verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen zu fördern.

Dr. Keiichi Nakano, Chefforscher für Cyber-Science-Infrastruktur des Research Center for Open Science and Data Platform, National Institute of Informatics (NII) und außerdem Leiter des Programms „Developing a Data Ecosystem“ zur Förderung datengesteuerter Wissenschaft. , sagte: „Bei dieser Errungenschaft wurde die von uns aufgebaute Forschungsdateninfrastruktur (NII Research Data Cloud: NII RDC) als Funktion genutzt, um die Nutzung riesiger Datenmengen zu ermöglichen.“

„Wir freuen uns, dass das NII DRC zur praktischen Umsetzung von Open Science beitragen konnte, die globale Auswirkungen haben wird. Wir hoffen, unsere Zusammenarbeit mit NIFS weiter zu vertiefen und durch diese Forschungsdaten zur Entwicklung der globalen offenen Wissenschaft beizutragen. “.