DESY und die Technische Universität Hamburg (TUHH) kooperieren schon lange in vielen verschiedenen Forschungsbereichen. Mit der gemeinsamen Berufung von DESY-Forscherin Annika Eichler für eine W2-Professur an der TUHH wird diese Zusammenarbeit nicht nur gefestigt, sondern auch um ein neues Forschungsthema erweitert: die Datenanalysen und Regelungen von Beschleunigersystemen mit Hilfe von künstlicher Intelligenz. Es ist die zweite gemeinsame Berufung mit der TUHH und die erste aus DESYs Forschungsbereich Beschleuniger.

Nicht nur die Experimente an Teilchenbeschleunigern produzieren große Mengen an Daten für die Grundlagenforschung – der Beschleuniger selbst generiert auch eine ganze Menge davon. Während er läuft, fließen ständig Informationen über Position, Qualität und Energie des Teilchenstrahls, Daten über die Stromversorgung, den Zustand der Resonatoren, Synchronisationssysteme und vieles mehr in das Kontrollsystem. Diese müssen schnell ausgewertet werden, um schnell an virtuellen oder echten Knöpfen drehen zu können und so den Beschleunigerbetrieb noch effizienter zu machen. DESY-Forscherin Annika Eichler ist eine Expertin auf genau dieser Schnittstelle zwischen Regelungstechnik und dem wachsenden Gebiet der Data Science bei großen Datenmengen. 

Sie ist selbst Absolventin der TUHH mit einem Bachelor in General Engineering Science, einem Diplom in Mechatronik und einem Doktortitel vom Institut für Regelungstechnik. Nach ihrer Doktorarbeit ging sie für vier Jahre an die Eidgenössische Technische Hochschule ETH in Zürich in der Schweiz, wo sie bereits am Thema verteilte und Daten-getriebene Regelung arbeitete und weitere Erfahrungen in der Lehre sammelte. Seit 2019 ist sie Mitglied der Gruppe von Holger Schlarb bei DESY, die für die schnelle Regelung von verschiedenen Beschleuniger-Parametern, die Synchronisation aller Komponenten und spezielle Systeme zur Strahldiagnose verantwortlich ist.

Im Beschleunigerbetrieb läuft zwar schon vieles automatisch ab, aber es werden auch noch viele Parameter per Hand eingestellt. Das kann wertvolle Strahlzeit kosten. Mit Hilfe von Algorithmen, die aus den Fehlern und Änderungen lernen, soll das nötige „Einstimmen“ des Beschleunigers viel schneller gehen. „Wenn so ein Beschleuniger wie der European XFEL erst einmal läuft, dann schnurrt er wie eine Katze“, erläutert Holger Schlarb die Herausforderung. „Manchmal dauert es aber bis zu 24 Stunden, um ihn zu diesem Punkt zu bringen. Diese Zeit wollen wir reduzieren.“ Annika Eichler ergänzt: „Hierfür wollen wir alle Daten ausnutzen, um den Beschleuniger intelligent zu regeln und Fehler rechtzeitig zu erkennen.“

Tests für datengetriebene Regelung und den autonomen Beschleunigerbetrieb laufen dank der Expertise von Eichler und ihren Kolleg:innen schon erfolgreich an ARES, einem kleinen Beschleuniger bei DESY. Jetzt sollen die Ergebnisse auf die sehr viel größeren Beschleuniger bei DESY angewandt werden. Unterstützt wird das Team dabei durch Drittmittel von der Helmholtz-Gemeinschaft. Es steht gleichzeitig in regem Austausch mit anderen Forschungszentren, die Beschleuniger betreiben, zum Beispiel dem Stanford Linear Accelerator Center SLAC, der European Spallation Source ESS, dem Karlsruher Institut für Technologie KIT oder dem CERN.