Университет Пердью завершил первые в США испытания удалённого управления мощностью ядерного реактора в реальном времени в автономном режиме, создав межштатный замкнутый контур цифрового двойника

Репортаж от Wedoany，Университет Пердью (Purdue University) совместно с Национальной лабораторией Айдахо (Idaho National Laboratory, INL) и Иллинойсским университетом в Урбане-Шампейне (UIUC) впервые в США осуществил удалённое, автоматическое и осуществляемое в реальном времени экспериментальное регулирование мощности ядерного реактора. В ходе демонстрации был создан замкнутый контур управления, охватывающий три штата — Индиану, Айдахо и Виргинию, что предоставляет передовую инженерную парадигму для централизованного удалённого мониторинга и автоматизированной диспетчеризации перспективных реакторов с расстояния в сотни и даже тысячи миль.

Испытание проводилось на базе исследовательского реактора № 1 Университета Пердью (Purdue University Reactor Number One, PUR-1), имеющего 64-летнюю историю. Этот бассейновый исследовательский реактор номинальной мощностью около 10 кВт (kW) в 2019 году прошёл цифровую модернизацию и стал первым в США полностью цифровым реактором с контрольно-измерительной аппаратурой и системами управления (Instrumentation and Control, I&C), получившим разрешение на эксплуатацию от Комиссии по ядерному регулированию США (Nuclear Regulatory Commission, NRC). На этой цифровой основе команда под руководством доцента Университета Пердью и заместителя директора PUR-1 Стилианоса Хадзидакиса (Stylianos Chatzidakis) в 2023 году разработала высокоточный «живой» цифровой двойник (Live digital twin), а в 2025 году интегрировала уровень квантово-защищённой шифрованной связи (Quantum-secure layer), что обеспечило ключевую поддержку данного испытания замкнутого контура управления.

В ходе данной межрегиональной демонстрации замкнутого контура Национальная лаборатория Айдахо запускала основные аналитические и прогнозные модели на своём высокопроизводительном вычислительном кластере в штате Айдахо, облачная платформа Microsoft Azure обеспечивала облачное коммуникационное соединение в штате Виргиния, а Иллинойсский университет содействовал обмену данными между несколькими узлами. Распределённая система управления через передовую платформу данных и управления DeepLynx лаборатории INL, систему цифрового двойника PUR-1 и суперкомпьютерный центр удалённо рассчитывала и подавала на площадку в штате Индиана команды на перемещение вспомогательного стержня управления (Auxiliary control rod), тем самым сглаживая малые возмущения мощности и поддерживая стабильную работу реактора — без какого-либо ручного вмешательства персонала на месте в управление стержнями.

Данное испытание было специально направлено на моделирование динамического отклика на резкие колебания нагрузки (например, потребность в разовом переходном процессе мощностью 100 МВт), которые могут возникнуть при прямом электроснабжении крупных центров обработки данных (Data centers) от ядерной энергетики в будущем. На алгоритмическом уровне команда разработчиков развернула модель обучения с подкреплением (Reinforcement-learning model), чтобы проверить, способна ли система автономно выполнять быструю тонкую подстройку слежения за мощностью при строгом ограничении со стороны собственной независимой аппаратной системы защиты PUR-1; в ходе испытания штатная система физических блокировок и защит реактора сохраняла за собой окончательные полномочия управления и абсолютный приоритет аварийной остановки.

Хадзидакис подчёркивает, что ближайший акцент применения данной технологии в настоящее время делается на групповом удалённом мониторинге (Remote monitoring), например, на осуществлении единого надзора за несколькими модульными малыми реакторами (SMR) на одной площадке из единого централизованного пункта управления или на централизованном сборе головным офисом коммунального предприятия данных о состоянии работы и прогнозируемом обслуживании сотен малых реакторных блоков по всей стране, что позволяет существенно сократить затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание. Что касается высокоавтономной работы (Autonomous operation), то на обычных реакторах и коммерческих SMR ещё долгое время потребуется постоянное присутствие операторов на месте; соответствующие технологические наработки ориентированы главным образом на экстремальные условия дальнего космоса, такие как микрореакторы на поверхности Луны (Microreactors on the moon), или на специальные сценарии применения, где длительное присутствие персонала невозможно.

Результаты данного испытания не только продвигают «Миссию Бытия» (Genesis Mission) Министерства энергетики США (DOE), исследующую ускорение инноваций в ядерной энергетике на протяжении всего жизненного цикла с помощью искусственного интеллекта, — соответствующий практический опыт также будет глубоко интегрирован в возглавляемую INL национальную программу второго этапа ядерных энергетических исследований и разработок «Прометей» (Prometheus) с общим объёмом финансирования 60 млн долларов.