-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 0
/
master-thesis-competition.html
431 lines (376 loc) · 22.1 KB
/
master-thesis-competition.html
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
<!DOCTYPE html>
<html lang="en" data-bs-theme="dark">
<!-- data-bs-theme="dark" -->
<head>
<!-- Bootstrap -->
<meta charset="utf-8" />
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
<link href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/bootstrap@5.3.1/dist/css/bootstrap.min.css" rel="stylesheet"
integrity="sha384-4bw+/aepP/YC94hEpVNVgiZdgIC5+VKNBQNGCHeKRQN+PtmoHDEXuppvnDJzQIu9" crossorigin="anonymous">
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/bootstrap@5.3.1/dist/js/bootstrap.bundle.min.js"
integrity="sha384-HwwvtgBNo3bZJJLYd8oVXjrBZt8cqVSpeBNS5n7C8IVInixGAoxmnlMuBnhbgrkm"
crossorigin="anonymous"></script>
<!-- My scripts -->
<script type="module" src="scripts/master-thesis-competition.js"></script>
<title>Mateo</title>
</head>
<body><!-- style="background-color: rgba(20,20,20, 1.00)" -->
<!-- Background -->
<!-- <div class="bg-image" style="
height: 100vw;
background: linear-gradient(to bottom, rgba(0,0,0,0.5),rgba(20,20,20, 1.00)),
url('./images/master-thesis-competition/christmas-eve-sun-big.png');
background-size: cover;
">
</div> -->
<!-- Navbar -->
<nav class="navbar navbar-expand-lg navbar-dark bg-dark mb-5">
<div class="container-fluid">
<a class="navbar-brand" href="./index.html">Mateo portfolio</a>
<button class="navbar-toggler" type="button" data-bs-toggle="collapse" data-bs-target="#navbarNavDropdown"
aria-controls="navbarNavDropdown" aria-expanded="false" aria-label="Toggle navigation">
<span class="navbar-toggler-icon"></span>
</button>
<!-- Don't forget to include the ID! -->
<div class="collapse navbar-collapse" id="navbarNavDropdown">
</div>
</div>
</nav>
<!-- Main content -->
<main class="py-2 container">
<!-- Content -->
<div class="row mb-5">
<div class="col-lg-2 d-flex ">
</div>
<div class="col-lg-8 d-flex ">
<div class="d-flex flex-column ">
<!-- Intro -->
<p class="lead mb-4">
Casper en ik zijn enorm blij met jullie te kunnen delen dat onze thesis is
genomineerd voor zowel de Future Proef Award als de Eosprijs 2023. Wij zouden het
enorm
appreciëren als jullie ons zouden willen steunen door te stemmen op onderstaande
links.
</p>
<!-- <p class="lead">
Me and Casper are delighted to share with you that our master thesis has been nominated for both
the Future Proef Award and the Eosprijs 2023. We would greatly appreciate it if you could
support us by voting at the links below.
</p> -->
<!-- Links -->
<div class="d-flex gap-2 mb-5 justify-content-center">
<!-- Future proof award -->
<button type="button" id="btnFutureProef" class="btn btn-primary"
style="background-color: rgb(238, 48, 47); border:none; ">
Stem Future Proef Award
</button>
<!-- Scriptieprijs-->
<button type="button" id="btnEos2023" class="btn btn-primary"
style="background-color: rgb(238, 48, 47); border:none;">
Stem Eosprijs 2023
</button>
</div>
<h1>Het pad naar duurzame kernfusie: jagen op plasma-uitbarstingen</h1>
<div class="lead mb-5">
In de race naar schone, onuitputtelijke energie staat kernfusie op het punt een
doorbraak te maken. Maar voordat deze droom werkelijkheid kan worden, moeten we een
cruciale uitdaging overwinnen: het beheersen van onvoorspelbare
energie-uitbarstingen in
kernfusiereactoren. Daarom gingen Casper Haems en Mateo Van Damme aan de slag in hun
thesis om algoritmes te ontwikkelen die deze uitbarstingen kunnen detecteren voor
Infusion, de onderzoekseenheid voor kernfusie aan de Universiteit Gent.
</div>
<h5>Kernfusie als oplossing voor de energiecrisis</h5>
<p>
De groeiende energiebehoefte door industrie, welvaart en bevolkingsgroei vormt een
dringende uitdaging, waarbij de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen
klimaatverandering in de hand werkt. Dit probleem roept dan ook op tot betere en
duurzamere energiebronnen.
<br>
Belgische kerncentrales - verouderd en omgeven door politieke verdeeldheid - roepen
vragen op over de toekomst van energieproductie. Kernfusie, in tegenstelling tot
kernsplijting, oogt een veilig alternatief te worden met weinig afval en geen risico
op
een reactor meltdown. Dit maakt het een interessante oplossing voor de energie- en
duurzaamheidsuitdagingen in België en de wereld. Het wordt dan ook vaak gezien als
de
heilige graal in de wereld van energieproductie.
</p>
<!-- Image sun -->
<div class="mb-3" style="text-align: center;">
<div style="position: relative; display: inline-block; max-width: 40em;">
<img class="img-fluid" src="./images/master-thesis-competition/christmas-eve-sun.png"
alt="Picture of the sun">
<a href="https://flickr.com/photos/106648653@N05/31460091150"
style="position: absolute; bottom: 0; right: 0; color: grey; font-size: 0.8em;">
Paul Stewart CC BY 2.0 DEED
</a>
</div>
<p class="text-muted">
Een ingezoomde foto van de zon, genomen met een telescoop.
</p>
</div>
<p>
Een voorbeeld om het wat concreter te maken: de zon is een kernfusiereactor. De
gigantische bol plasma ondergaat constant kernfusie, een proces waarbij twee
waterstofatomen worden samengesmolten tot één heliumatoom. Elke seconde wordt zo
meer
dan 600 miljoen ton helium gegenereerd. De energie die hierbij vrijkomt, in de vorm
van
licht, is essentieel voor het leven op aarde.
</p>
<h5>Trouble in paradise?</h5>
<p>
Een van de meest veelbelovende manieren om aan kernfusie te doen, is door gebruik te
maken
van
een tokamak. Dit is een donutvormig apparaat dat plasma verwarmt tot het kernfusie
ondergaat.
Fusie in dit apparaat gaat echter gepaard met het optreden van Edge-Localized Modes
(ELMs):
plotselinge uitbarstingen van energie die de reactorwand kunnen beschadigen. Je kan
ze een
beetje vergelijken met een deksel op een kookpot dat trilt terwijl er stoom
vrijkomt. Alleen
is
de stoom nu plasma van 150 miljoen graden Celsius dat dreigt de reactor te
beschadigen.
<br><br>
Er gebeurt dan ook veel onderzoek naar deze mysterieuze verschijnselen. De eerste
stap is de
ELMs vinden, en zelfs dit blijkt zeer moeilijk. ELMs manueel vinden en aanduiden is
traag en
automatische methoden zijn niet goed genoeg. In deze thesis ontwikkelden Mateo Van
Damme en
Casper Haems automatische methoden die alle soorten ELMs effectief kunnen vinden.
<br><br>
Onderstaande foto toont de grootste tokamak-reactor ter wereld, genaamd JET. De
meeste data
in
de thesis is afkomstig van dit apparaat. De reactorwanden van dit type reactor
bestaan vaak
uit
exotische materialen, omdat ze bestand moeten zijn tegen extreem hoge temperaturen.
Het
repareren van schade aan deze reactorwanden is niet alleen kostelijk, maar ook het
verwerven
en
verwerken van deze materialen is prijzig en veroorzaakt schadelijke emissies. Het is
dus des
te
belangrijker om onderzoek te doen naar ELMs.
</p>
<!-- Image JET -->
<div class="mb-3" style="text-align: center;">
<div style="position: relative; display: inline-block; max-width: 100%;">
<img class="img-fluid" src="./images/master-thesis/JET_vessel_internal_view_mascot.jpg"
alt="JET Tokamak">
<a href="https://www.euro-fusion.org/media-library/fusion-experiments/"
style="position: absolute; bottom: 0; right: 0; color: grey; font-size: 0.8em;">
EUROfusion/CC BY 4.0
</a>
</div>
<p class="text-muted">
De binnenkant van de JET tokamak reactor, gelegen in de UK.
</p>
</div>
<h5>Hoe helpt deze thesis?</h5>
<p>
Het hoofddoel van Haems en Van Damme was het ontwikkelen van algoritmen die in staat
zijn om
alle soorten ELMs te detecteren, ook de moeilijke gevallen. Ze pasten hiervoor
technieken
toe
uit diverse disciplines, zoals computervisie, kunstmatige intelligentie en
technieken voor
het
voorspellen van beurskoersen. Ook brachten ze de algoritmes onder in een goed
ontworpen
framework, waardoor nieuwe methoden snel kunnen worden ontwikkeld en bestaande
methoden
eenvoudig kunnen worden geëvalueerd.
<br><br>
Een bijkomend probleem is dat bestaande algoritmes vaak niet open source zijn. Dit
wil
zeggen
dat niet iedereen er toegang tot heeft of toestemming heeft om ze te gebruiken.
Haems en Van
Damme besloten echter om alle methoden ontwikkeld binnen deze thesis open source
vrij te
geven.
Het is toegestaan voor iedereen om de methoden verder aan te passen, te verspreiden
en te
gebruiken in onderzoek naar fusie en andere domeinen.
</p>
<h5>Verstoppertje met ELMs</h5>
<p>
Tokamak-reactoren werken in pulsen. Bij elke puls wordt er een enorme hoeveelheid
data
opgenomen
als time series signalen. Een time series signaal bestaat uit een reeks van metingen
die elk
een
waarde en een tijdstip hebben. Een voorbeeld hiervan is een dagboek waar je elk jaar
je
lengte
in opschrijft met een datum erbij.
<br>
Haems en Van Damme gebruikten in hun thesis twee time series signalen. Enerzijds het
“lichtsignaal”, wat aangeeft hoeveel licht het plasma uitzendt op een bepaald
moment.
Anderzijds
ook het “energiesignaal”, dat een schatting aangeeft van hoeveel energie het plasma
bevat op
hetzelfde moment.
</p>
<h6>Hoe herken je een ELM?</h6>
<p>
Na veel onderzoek en debat tussen ELM-onderzoekers stelden zij een aantal kenmerken
op
waaraan
je een ELM kan herkennen. Een eerste kenmerk is dat er een piek is in het
lichtsignaal
gedurende
een honderdste van een seconde. Deze piek heeft een unieke vorm. Het begin van de
piek gaat
stijl omhoog terwijl het einde gradueel daalt. Met andere woorden, het plasma zal
plots veel
licht geven en geleidelijk aan zal de lichtsterkte weer zakken tot het normale
niveau.
<br><br>
Een tweede kenmerk is dat het energiesignaal daalt tijdens de ELM. Hoe groter de
afname in
energie, hoe schadelijker de ELM. Energie kan namelijk niet verdwijnen, de energie
uit het
plasma komt terecht in de reactorwand die hierdoor beschadigd wordt.
</p>
<!-- Ideale ELM -->
<div class="mb-3" style="text-align: center;">
<div style="position: relative; display: inline-block; max-width: 40em;">
<img class="img-fluid" src="./images/master-thesis-competition/elm-characteristics.png"
alt="Typical ELM">
<p class="text-muted">
Deze figuur toont hoe een ELM er uit zou kunnen zien in de data. Echte ELMs
zijn
helaas
vaak minder gemakkelijk herkenbaar.
</p>
</div>
</div>
<h5>De methoden</h5>
<p>
De eerste methode die Haems en Van Damme ontwikkelden is genaamd ‘LoG’, en komt van
uit de
computervisie. Oorspronkelijk werd dit algoritme gebruikt om vlekken te vinden in
een
afbeelding, maar in wezen is een piek gewoon een speciaal soort vlek in één
dimensie.
<br><br>
Het tweede algoritme dat ze ontwikkelden heet ‘LoGDoG’ en bouwt verder op LoG, maar
kijkt
ook
naar het energiesignaal. Hier worden alleen ELMs gedetecteerd wanneer de energie
afneemt.
Hiermee verminderden ze de hoeveelheid false positives, wat betekent dat het
algoritme denkt
dat
er een ELM plaatsvindt, terwijl dat in de realiteit niet zo is.
<br><br>
Verder is er de ‘CustomKernel’ methode, die berust op technieken uit digitale
beeldverwerking.
Het houdt rekening met de vorm van de piek om accurater ELMs te vinden.
Ze ontwikkelden ook ‘MACD’ en ‘RZS’, die gebruik maken van technieken toegepast in
beursanalyse
en zijn gebaseerd op traditionele financiële wiskunde. Naast het voorspellen van de
beursprijs
blijkt dat het ook mogelijk is om deze technieken in te zetten in het voorspellen
van ELM.
Ze
gaven dan ook verrassend goede resultaten.
<br><br>
Tot slot ontwikkelden ze twee innovatieve methoden die de kracht van kunstmatige
intelligentie
benutten. De eerste AI-methode, genaamd ‘RNN’, maakt gebruik van een techniek die
vaak
gebruikt
wordt voor stemherkenningssoftware. De andere methode, genaamd ‘CNN’, past
technieken toe
die
oorspronkelijk ontwikkeld zijn voor objectherkenning uit foto’s. Deze AI-methoden
vertegenwoordigen een vernieuwende stap voorwaarts in ELM-detectie.
<br><br>
Ze ontworpen dus algoritmes die aanzienlijk beter presteren dan de bestaande
methodes en al
actief in gebruik zijn voor onderzoek binnen Universiteit Gent. Er wordt ook nog
verder
onderzoek gedaan over dit onderwerp binnen de UGent.
</p>
<h5>Op naar ITER</h5>
<p>
De nieuwe grootste kernfusiereactor ter wereld, genaamd ITER, is momenteel in de
constructiefase. Het is de bedoeling dat deze reactor met fusie meer energie
produceert dan
dat
hij verbruikt, iets wat de huidige reactoren niet kunnen. Een van de uitdagingen die
zal
moeten
worden opgelost is het aanpakken van ELMs.
<br>
Haems en Van Damme bieden met hun thesis open source methoden aan om ELMs
automatisch te
vinden,
wat onderzoek naar ELMs versnelt. Zo slaagden ze er in om een stap te zetten
richting
duurzame
kernfusie.
</p>
<!-- ITER under construction -->
<!-- https://www.iter.org/album/Construction -->
<div class="mb-3" style="text-align: center;">
<div style="position: relative; display: inline-block; max-width: 100%;">
<img class="img-fluid" src="./images/master-thesis-competition/iter-under-consruction.jpg"
alt="One section of the ITER reactor">
<a href="https://www.iter.org/album/Construction"
style="position: absolute; bottom: 0; right: 0; color: black; background-color: white; opacity: 0.5; font-size: 0.8em;">
Credit © ITER Organization
</a>
</div>
<p class="text-muted">
Dit is een sectie van de toekomstige ITER tokamak die momenteel onder
constructie is.
</p>
</div>
<h5> Over Casper Haems & Mateo Van Damme</h5>
<p>
Wij zijn beiden Masters in de industriële wetenschappen met een specialisatie in
informatica.
Onze gezamenlijke interesse in het bijdragen aan kernfusiereactoren heeft geleid tot
een
bijzondere samenwerking.
<br>
Casper heeft zijn expertise op het gebied van marktanalyse ingezet, terwijl Mateo
zijn
achtergrond in computervisie heeft benut.
<br>
Momenteel is Casper bezig met een doctoraatsonderzoek met als titel 'Schaalbaar
platform
voor
Immersieve en Interactieve holografische communicatie'. Dit omvat toepassingen zoals
online
virtuele vergaderingen en zelfs medische operaties waarbij een dokter in Amerika een
ingreep
uitvoert in Europa met behulp van virtual reality.
<br>
Ondertussen begint Mateo een carrière in de industrie als computer vision engineer,
waar hij
zijn expertise op het gebied van computervisie verder kan ontwikkelen en benutten.
</p>
</div>
</div>
<div class="col-lg-2 d-flex ">
</div>
</div>
</main>
</body>
</html>