北京
未來的反應堆可能會依賴自動化和數(shù)字控制。科學家們正在實踐中測試這些構想。
美國唯一一座全數(shù)字化核反應堆已進入新的運行階段。普渡大學的工程師們啟動了美國首批實驗，測試人工智能、網絡安全系統(tǒng)及其他新興技術在核反應堆內部的表現(xiàn)。
他們將把普渡大學一號反應堆（PUR-1）作為真實世界的試驗平臺，用于驗證那些能讓未來反應堆更安全、更高效且運行成本更低的先進系統(tǒng)。
與商用核電站不同，PUR-1 不向電網發(fā)電，而是作為研究堆，用于培訓、測試和核工程研究。
這項工作標志著該設施進入新階段：它早在 2019 年就成為了美國首個獲準采用全數(shù)字化安全與控制系統(tǒng)的研究堆。
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幾十年來，核反應堆主要依賴模擬儀表和控制系統(tǒng)。盡管這些系統(tǒng)已被證明可靠，但隨著部件老化和制造商停產老式硬件，它們的維護越來越困難。
PUR-1 為研究人員提供了難得的機會，可以在活態(tài)反應堆環(huán)境中研究現(xiàn)代數(shù)字技術的表現(xiàn)，然后再將其引入商用核電站。
這些新實驗將測試人工智能輔助監(jiān)測、安全通信系統(tǒng)、網絡攻擊檢測工具、數(shù)字孿生（實時鏡像反應堆行為的虛擬模型）以及先進的控制技術，包括最終可實現(xiàn)反應堆遠程運行的系統(tǒng)。
普渡團隊指出：“PUR-1 已開始作為美國首個反應堆試驗平臺，幫助業(yè)界弄清楚數(shù)字通信、人工智能工具和網絡安全方法如何能在更大規(guī)模上為先進反應堆發(fā)揮作用。”
此外，由于該反應堆已完全通過數(shù)字控制運行，研究人員可以在真實條件下測試新的軟件和監(jiān)測系統(tǒng)，而不僅僅依賴計算機模擬或實驗室演示。
普渡大學表示，這使得 PUR-1 成為美國目前唯一有能力支持部分此類首創(chuàng)性實驗的反應堆，也令該設施特別適合開發(fā)面向先進核反應堆的技術。
為新一代核能做準備
這一時間節(jié)點意義重大，因為美國正加速開發(fā)小型模塊化反應堆（SMR）和微型反應堆（傳統(tǒng)核電站的小型化版本），以滿足日益增長的電力需求。
傳統(tǒng)反應堆可為數(shù)十萬戶家庭供電，而微型反應堆通常旨在為單一設施、偏遠社區(qū)、軍事基地、工業(yè)場所或數(shù)據(jù)中心提供電力和熱能。
普渡大學核工程系的研究員斯蒂利亞諾斯·查齊達基斯表示：“假設你在偏遠地區(qū)運行著一批小型模塊化反應堆或微型反應堆。如果工作人員可以在數(shù)百或數(shù)千英里外的控制室里同時監(jiān)控多個反應堆，我們就能最大限度地降低運行和維護成本。利用 PUR-1，我們可以量化潛在的成本降幅。”
鑒于其尺寸更小，開發(fā)商希望它們能更高效地制造，并部署在大型核電站無法實用的地方。
事實上，美國能源部正在推進多個微型反應堆示范項目，計劃從 2026 年開始投運，這反映出全國范圍內推動先進核技術在本十年末之前實現(xiàn)商業(yè)化的更廣泛努力。
能源部核能辦公室稱：“微型反應堆可能很快成為答案，美國能源部正在支持多種設計方案，這些設計有助于將小型反應堆部署到世界幾乎任何地方，甚至是外太空。”
然而，這些下一代設計中，許多預計將嚴重依賴數(shù)字儀表、自動化和網絡安全，而非當今傳統(tǒng)反應堆中的模擬系統(tǒng)。
這一轉變給反應堆開發(fā)商和監(jiān)管機構帶來了挑戰(zhàn)：證明這些技術能夠在核環(huán)境中安全可靠地運行。
普渡大學的 PUR-1 實驗旨在通過在運行的堆上測試數(shù)字系統(tǒng)來跨越這一障礙。實驗收集的數(shù)據(jù)有助于開發(fā)商證明新的監(jiān)測、通信和控制技術能夠滿足核電行業(yè)嚴苛的性能與安全要求。
據(jù)普渡大學稱，這些技術的更廣泛應用最終可降低運行和維護成本、提高安全性、延長反應堆壽命，并消除部署更多無碳核電的障礙。
角色日益重要的小型反應堆
PUR-1 的意義已遠超當前的實驗。它最初建于 1962 年，是印第安納州唯一正在運行的核反應堆，也是美國僅有的幾十座大學研究堆之一。
雖然其熱輸出與商用動力堆相比微不足道，但其重要性在于提供了一個受控環(huán)境，讓新技術能在進入核工業(yè)前得到測試。
普渡大學這一最新里程碑并非宣告某項新科學發(fā)現(xiàn)，而是標志著該反應堆已發(fā)展成為一個面向數(shù)字核技術的國家級實驗平臺。
隨著先進反應堆向商業(yè)部署邁進，那些能夠在真實運行條件下驗證人工智能、網絡安全和數(shù)字控制系統(tǒng)的設施，將在塑造核能未來的過程中扮演日益重要的角色。
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