A Purdue Egyetem Reaktor Egyese (PUR-1) élen jár az atomenergia forradalmában, egyedülálló digitális képességeivel. Ez az új generációs, biztonságosabb, hatékonyabb és költséghatékonyabb atomreaktorok fejlesztéséhez vezethet. Végső soron felgyorsíthatja a szén-dioxid-mentes villamosenergia-termelésre való átállást.
A PUR-1 az Egyesült Államok első teljesen digitálisan vezérelt és üzemeltetett reaktoraként egyedülálló. Ez azt jelenti, hogy az egész „idegrendszere”, vagyis a műszerezési és vezérlőrendszere, számítógépes képernyőkre, billentyűzetekre és Ethernet-kábelekre épül.
A PUR-1 segítségével a Purdue mérnökei és hallgatói úttörő kísérleteket végeznek. Ezek közvetlen hatással vannak az olyan fejlett reaktorok, mint a kis moduláris reaktorok (SMR-ek) és a mikroreaktorok fejlesztésére. A kisebb, könnyebben megépíthető reaktorok szélesebb közösségek, köztük vidéki és távoli területek energiaellátását szolgálják majd, és nagyrészt digitális kommunikációra épülnek a központi irányítóközpontokból történő távvezérlés érdekében. Az Interesting Engineering-en közölt digitális előrelépés forradalmi. Lehetővé teszi a valós idejű adatgyűjtést és a mesterséges intelligencia (MI) eszközeinek integrálását a reaktor teljesítményének folyamatos figyelésére.
A proaktív megközelítés növelheti a biztonságot és meghosszabbíthatja a reaktorok élettartamát. Pontosabban észleli és előre jelzi a karbantartások közötti problémákat.
A digitális előrelépés lehetővé teszi a valós idejű adatgyűjtést. (Fotó: Unsplash)
A Purdue vezető szerepét tovább erősítve Stylianos Chatzidakis, a nukleáris mérnöki tanszék adjunktusa és a PUR-1 igazgatóhelyettese, laboratóriumával elkészítette a PUR-1 „digitális ikerét”.
Ez a teljesen integrált, fizikán és adatokon alapuló szimuláció, amelyet az Energiaügyi Minisztérium is támogat, valós idejű adatokat kap a PUR-1 érzékelőitől, mesterséges intelligencia-alapú algoritmusokat alkalmaz az előrejelzésekhez, és olyan betekintéseket nyújt, amelyek segítik a reaktor üzemeltetését.
„Mi vagyunk az egyetlen egyetem, amely egy valódi atomreaktor digitális ikerét használja kutatási célokra, amely képes a reaktor által generált jeleket is hasznosítani. Ez tesz minket egyedivé” – hangsúlyozta Kim.
A Nature’s Scientific Reports folyóiratban megjelent tanulmányban Chatzidakis és a Purdue, valamint az Argonne Nemzeti Laboratórium munkatársai bemutatták, hogy a digitális iker képes tesztelni egy gépi tanulási algoritmust, amely az SMR-ek teljesítményének javítására készült.
Az algoritmus 99%-os pontossággal jósolta meg a reaktor energiatermelésében bekövetkező változásokat, ami alátámasztja a gyakorlati alkalmazás lehetőségét.
A PUR-1 méréseinek távoli elérése a digitális ikeren keresztül kulcsfontosságú annak vizsgálatában, hogy a fejlett reaktorok üzemeltetése távoli helyszínekről mennyire kivitelezhető.
„Tegyük fel, hogy van egy kis moduláris reaktorokból vagy mikroreaktorokból álló flottánk, amely egy távoli helyszínen működik. Ha a személyzet egy központi irányítóteremből, akár több száz vagy ezer mérföld távolságból figyelhetné és vezérelhetné a reaktorokat, jelentősen csökkenthetnénk az üzemeltetési és karbantartási költségeket. A PUR-1 segítségével számszerűsíthetjük a költségcsökkentési potenciált” – magyarázta Chatzidakis egy sajtóközleményben.
Azonban a távoli üzemeltetéshez robusztus kiberbiztonságra van szükség. Az Egyesült Államok Nukleáris Szabályozási Bizottsága által közzétett műszaki jelentésben Chatzidakis és csapata a PUR-1 valós idejű reaktoradatait használta annak értékelésére, hogy a mesterséges intelligencia és gépi tanulási modellek hogyan azonosíthatják a nukleáris rendszerekben előforduló rendellenes kiberbiztonsági állapotokat.
A kutatásukban sikeresen detektált ilyen események értékes referenciaként szolgálnak az atomipar számára az MI-alapú kiberbiztonsági rendszerek fejlesztésében.
A PUR-1 méréseinek távoli elérése a digitális ikeren keresztül kulcsfontosságú. (Fotó: Unsplash)
A laboratórium emellett a kvantumalapú titkosítás legmodernebb alkalmazását vizsgálja a reaktorokkal folytatott kommunikáció biztonságosabbá tétele érdekében.
„A kvantumelvű titkosítás feltörhetetlen bármilyen számítógéppel. Nem számít, hogy egy szuperszámítógéped van, vagy egy kvantumszámítógéped – feltörhetetlen” – jelentette ki Chatzidakis.
A PUR-1 adataival végzett szimulációk révén a csapat feltárta, hogyan segítheti a kvantumtitkosítás a fejlett reaktorok biztonságos távoli megfigyelését és működtetését. A következő lépésük valós környezetben végzett kísérletek lesznek, amelyek során tesztelik, képes-e a kvantumtechnológia titkosítani a PUR-1 jeleit, amelyeket a digitális ikeren keresztül érnek el, tovább erősítve a Purdue szerepét a nukleáris energia jövőjének alakításában.
„Amikor az emberek először látják a reaktort, elámulnak. Sokan nem is igazán értik, mit jelent a nukleáris technológia. Az ilyen látogatások jó alkalmat adnak arra, hogy elmagyarázzuk nekik, valójában mi az atomenergia, és mi az igazság és mi a tévhit ezzel kapcsolatban.” – zárta gondolatait True Miller, a PUR-1 felügyelője.
Kiemelt kép: Unsplash
S.Rita
