Interpretable machine learning applied to fusion plasmas
Doktorsavhandling, 2026
This thesis focuses on exploring interpretable ML methods in fusion research. As a consequence, an interpretable framework called NeuralBranch has been developed, which has been applied to two different use cases in fusion. The main application in this thesis relates to the so-called pedestal, which has significance for the energy confinement in fusion experiments. The other, more secondary application in this thesis, relates to the growth rate of plasma instabilities that contribute to heat and particle transport. In summary, the interpretability of the machine learning models deployed reveals intricate parameter relationships in both these applications, beyond what previous traditional data-fitting approaches have been able to reveal.
Pedestal
Tokamak
Machine learning
Artificial intelligence
Magnetic confinement fusion
Interpretability
Författare
Andreas Gillgren
Chalmers, Rymd-, geo- och miljövetenskap, Astronomi och plasmafysik
Investigating pedestal dependencies at JET using an interpretable neural network architecture
Nuclear Fusion,;Vol. 65(2025)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Investigating characteristics of the growth rates from QuaLiKiz using an interpretable surrogate model
Physics of Plasmas,;Vol. 32(2025)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Data-driven models in fusion exhaust: AI methods and perspectives
Nuclear Fusion,;Vol. 64(2024)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
High temporal resolution of pedestal dynamics via machine learning on density diagnostics
Plasma Physics and Controlled Fusion,;Vol. 66(2024)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
A fast neural network surrogate model for the eigenvalues of QuaLiKiz
Physics of Plasmas,;Vol. 30(2023)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Enabling adaptive pedestals in predictive transport simulations using neural networks
Nuclear Fusion,;Vol. 62(2022)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Towards understanding reactor relevant tokamak pedestals
Nuclear Fusion,;Vol. 61(2021)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Gillgren, A. Yadykin, D. Strand, P. Interpretability guided transfer learning approaches for tritium pedestal predictions
Under senaste åren har den otroliga framfarten av artificiell intelligens (AI) fått fotfäste även inom fusion, där det används för att hitta mönster i data som kan hjälpa forskningen framåt. Dock är ett problem att många vanliga AI-modeller är svarta lådor, vilket gör det svårt för oss människor att lita på modellerna samt förstå vilka mönster de identifierat.
Denna avhandling handlar om att adressera just detta. Syftet är att utforska och utveckla metoder som gör att vi kan förstå de AI-modeller som används inom fusion. I och med detta har en ny metod som kallas NeuralBranch utvecklats, som demonstrerats för två olika problem inom fusion. I båda dessa fall har metoden avslöjat förhållanden mellan variabler som inte kunnat identifierats med tidigare metoder.
Styrkeområden
Energi
Fundament
Grundläggande vetenskaper
Ämneskategorier (SSIF 2025)
Fusion, plasma och rymdfysik
DOI
10.63959/chalmers.dt/5881
ISBN
978-91-8103-424-0
Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 5881
Utgivare
Chalmers
Sal EA, EDIT-huset, Hörsalsvägen 11
Opponent: Dr. Udo Von Toussaint, Max Planck Institute for Plasma Physics, Germany.