研究堆首次实现远程AI自主控制
摘要
美国多所大学和国家实验室合作，利用数字孪生和人工智能技术，通过云端连接成功实现了对研究堆的远程、自动功率调节。该实验旨在验证利用AI安全辅助反应堆运行的可行性，有助于推进核能技术的设计、许可与运行，并培养下一代核工程师。
Idaho美国国家实验室、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Grainger工程学院以及Purdue大学的研究人员报告称，他们通过地理上分布的控制系统，实现了对研究堆功率的远程、自动、实时调节。研究人员首先使用自动调节“数字控制回路”系统，演示了对Purdue大学PUR-1研究堆的远程调节。随后，他们应用了一个强化学习模型，该模型模拟了反应堆内部物理力的相互作用，使回路系统更加自主。
更安全、更高效、更可靠：INL科学计算与人工智能部门主任Chris Ritter表示，该实验背后的理念是利用精确的计算机建模和自主运行，帮助使“未来的核电站更安全、更高效、更可靠”。他解释说：“如果你能以足够高的保真度对反应堆进行建模，最终就可以让人工智能安全地协助运行它。安全论证正是这项实验的现实意义所在：系统进行分析、预测和调节，但反应堆自身的安全控制始终拥有最终决定权。”
三个互联的厂址：在实验期间，三个不同地点的设施被连接起来，以便它们能够实时协同运行：INL的计算系统、位于印第安纳州的PUR-1反应堆以及位于弗吉尼亚州的Microsoft Azure云平台。研究人员利用PUR-1数字孪生（一个能够预测反应堆行为的高保真模型）与INL高性能计算系统之间的云端连接，来计算并发送指令，以移动研究堆中的一根辅助控制棒。他们在Idaho州进行工作，对反应堆功率进行微调，以最大限度地减少小幅功率波动，维持反应堆的稳定运行。他们成功演示了无需在印第安纳州现场进行任何手动控制棒操作即可实现的实时自主反应堆调节。
培养下一代：Purdue大学核工程学院助理教授兼PUR-1副主任Stylianos Chatzidakis指出，这次成功的演示“极大地扩展了我们能够在PUR-1上进行的实验和控制系统研究的种类。与美国国家实验室的合作增强了我们探索创新反应堆技术和培养下一代核工程师的能力。” Chatzidakis领导了开发PUR-1数字孪生的团队。
Genesis任务与数字孪生：INL强调，PUR-1的远程自主运行有助于推进能源部的Genesis任务，该任务的目标是利用人工智能加速核能技术的设计、许可、制造、建造和运行。
INL还表示，该实验建立在实验室与Idaho州立大学于2023年展示的反应堆数字孪生技术之上。这类技术可用于分析反应堆工况、预测结果并自主进行调节，“充当连接虚拟模型与物理系统的智能桥梁，同时不会凌驾于基本的安全保护之上。”
从各个角度重新构想：伊利诺伊大学Illinois核电研究所副主任Timothy Grunloh评论说，这次新的PUR-1远程演示是一个范例，展示了“核能技术正如何从各个角度被重新构想。该平台将在理解和优化这些新兴设计与构建我们经济支柱的应用相集成的细节方面发挥关键作用。”