В Университете Пердью (США) завершён первый в стране эксперимент по удалённому управлению мощностью ядерного реактора в реальном времени в автономном режиме с построением межштатного замкнутого контура на основе цифрового двойника

Университет Пердью (Purdue University) совместно с Айдахоской национальной лабораторией (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 этой демонстрации был построен замкнутый контур управления, охватывающий три штата — Индиану, Айдахо и Виргинию, что предоставляет передовую инженерную парадигму для будущего централизованного удалённого мониторинга и автоматизированной диспетчеризации перспективных реакторов с расстояния в сотни и даже тысячи миль.

Эксперимент проводился на базе 64-летнего исследовательского реактора Университета Пердью № 1 (Purdue University Reactor Number One, PUR-1). Этот бассейновый исследовательский реактор номинальной мощностью около 10 киловатт (кВт) в 2019 году прошёл цифровую модернизацию и стал первым в США полностью цифровым реактором с цифровой контрольно-измерительной аппаратурой (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 квантово-защищённый коммуникационный уровень (Quantum-secure layer), что обеспечило ключевую поддержку для данного испытания замкнутого управления.

В ходе данной межрегиональной демонстрации замкнутого контура Айдахоская национальная лаборатория 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 потоку данных между многочисленными узлами. Распределённая система управления через передовую платформу данных и управления DeepLynx лаборатории INL, систему цифрового двойника PUR-1 и суперкомпьютерный центр удалённо вычисляла и подавала на площадку в штате Индиана команды на перемещение вспомогательного управляющего стержня (Auxiliary control rod), тем самым сглаживая малые возмущения мощности и поддерживая стабильную работу реактора — на всём протяжении без ручного вмешательства персонала на месте в управление стержнями.

В рамках этого эксперимента особое внимание уделялось моделированию динамического отклика на резкие колебания нагрузки (например, потребность в единовременном переходном изменении мощности уровня 100 мегаватт), которые могут возникнуть при будущем прямом электроснабжении крупных центров обработки данных (Data centers) от ядерной энергетики. На алгоритмической стороне исследовательская команда развернула модель обучения с подкреплением (Reinforcement-learning model), чтобы проверить, способна ли система самостоятельно выполнять быструю 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 подчеркнул, что ближайший акцент применения данной технологии — это удалённый мониторинг на уровне парка реакторов (Remote monitoring), например, централизованный надзор за несколькими модульными малыми реакторами (SMR) на одной площадке из единого интегрированного пункта управления, либо сводный сбор головным офисом коммунального предприятия по всей стране данных о состоянии эксплуатации и прогнозном обслуживании сотен блоков малых реакторов, что позволяет существенно сократить затраты на эксплуатацию и обслуживание. Что касается высокоавтономной работы (Autonomous operation), то на обычных реакторах и коммерческих SMR ещё долго потребуется постоянное присутствие операторов на месте; соответствующий технологический задел ориентирован главным образом на экстремальные условия дальнего космоса, такие как микрореакторы на поверхности Луны (Microreactors on the moon), или на специальные сценарии применения, где длительное пребывание персонала невозможно.

Результаты этого эксперимента не только продвигают «Миссию Genesis» (Genesis Mission) Министерства энергетики США (DOE), исследующую ускорение инноваций в ядерной энергетике на протяжении всего жизненного цикла с помощью искусственного интеллекта, но и соответствующий практический опыт будет глубоко интегрирован в национальную целевую программу второго этапа развития ядерной энергетики «Прометей» (Prometheus) под руководством INL с общим объёмом финансирования 60 миллионов долларов.