TokaMark: Einheitlicher Benchmark für Tokamak‑Plasma‑Modelle

Die Entwicklung von kommerziell nutzbaren Fusionsreaktoren, wie Tokamaks, erfordert präzise Vorhersagen der Plasmadynamik aus unvollständigen, verrauschten Sensordaten. Die Komplexität der zugrunde liegenden Physik und die Heterogenität der experimentellen Daten stellen herkömmliche numerische Verfahren vor große Herausforderungen, während gleichzeitig das Potenzial moderner datenorientierter KI-Ansätze deutlich wird.

Ein zentrales Hindernis für die Nutzung dieser Potenziale ist das Fehlen von kuratierten, öffentlich zugänglichen Datensätzen und standardisierten Benchmarks. Bestehende Fusionsdatensätze sind knapp, fragmentiert, oft an einzelne Einrichtungen gebunden und ungleichmäßig annotiert, was die Reproduzierbarkeit einschränkt und faire, skalierbare Vergleiche von KI-Ansätzen verhindert.

Mit TokaMark wird ein strukturierter Benchmark vorgestellt, der KI‑Modelle anhand echter experimenteller Daten des Mega Ampere Spherical Tokamak (MAST) bewertet. Das Toolset vereint den Zugriff auf multimodale, heterogene Fusionsdaten, harmonisiert Formate, Metadaten, zeitliche Ausrichtung und Evaluierungsprotokolle, sodass konsistente Vergleiche zwischen Modellen und Aufgaben möglich sind.

Der Benchmark umfasst 14 sorgfältig ausgewählte Aufgaben, die verschiedene physikalische Mechanismen abdecken, unterschiedliche Diagnostikmethoden nutzen und mehrere Zielanwendungen berücksichtigen. Zusätzlich wird ein Basismodell bereitgestellt, um transparente Vergleiche und Validierungen innerhalb eines einheitlichen Rahmens zu ermöglichen. Durch die Schaffung eines gemeinsamen Benchmarks für die Fusions- und KI‑für‑Wissenschaft-Communitys fördert TokaMark die Reproduzierbarkeit, die Vergleichbarkeit von Ansätzen und die Weiterentwicklung von KI‑gestützten Fusionsforschungslösungen.