北京
未来的反应堆可能会依赖自动化和数字控制。科学家们正在实践中测试这些构想。
美国唯一一座全数字化核反应堆已进入新的运行阶段。普渡大学的工程师们启动了美国首批实验，测试人工智能、网络安全系统及其他新兴技术在核反应堆内部的表现。
他们将把普渡大学一号反应堆（PUR-1）作为真实世界的试验平台，用于验证那些能让未来反应堆更安全、更高效且运行成本更低的先进系统。
与商用核电站不同，PUR-1 不向电网发电，而是作为研究堆，用于培训、测试和核工程研究。
这项工作标志着该设施进入新阶段：它早在 2019 年就成为了美国首个获准采用全数字化安全与控制系统的研究堆。
将研究堆变为试验场
几十年来，核反应堆主要依赖模拟仪表和控制系统。尽管这些系统已被证明可靠，但随着部件老化和制造商停产老式硬件，它们的维护越来越困难。
PUR-1 为研究人员提供了难得的机会，可以在活态反应堆环境中研究现代数字技术的表现，然后再将其引入商用核电站。
这些新实验将测试人工智能辅助监测、安全通信系统、网络攻击检测工具、数字孪生（实时镜像反应堆行为的虚拟模型）以及先进的控制技术，包括最终可实现反应堆远程运行的系统。
普渡团队指出：“PUR-1 已开始作为美国首个反应堆试验平台，帮助业界弄清楚数字通信、人工智能工具和网络安全方法如何能在更大规模上为先进反应堆发挥作用。”
此外，由于该反应堆已完全通过数字控制运行，研究人员可以在真实条件下测试新的软件和监测系统，而不仅仅依赖计算机模拟或实验室演示。
普渡大学表示，这使得 PUR-1 成为美国目前唯一有能力支持部分此类首创性实验的反应堆，也令该设施特别适合开发面向先进核反应堆的技术。
为新一代核能做准备
这一时间节点意义重大，因为美国正加速开发小型模块化反应堆（SMR）和微型反应堆（传统核电站的小型化版本），以满足日益增长的电力需求。
传统反应堆可为数十万户家庭供电，而微型反应堆通常旨在为单一设施、偏远社区、军事基地、工业场所或数据中心提供电力和热能。
普渡大学核工程系的研究员斯蒂利亚诺斯·查齐达基斯表示：“假设你在偏远地区运行着一批小型模块化反应堆或微型反应堆。如果工作人员可以在数百或数千英里外的控制室里同时监控多个反应堆，我们就能最大限度地降低运行和维护成本。利用 PUR-1，我们可以量化潜在的成本降幅。”
鉴于其尺寸更小，开发商希望它们能更高效地制造，并部署在大型核电站无法实用的地方。
事实上，美国能源部正在推进多个微型反应堆示范项目，计划从 2026 年开始投运，这反映出全国范围内推动先进核技术在本十年末之前实现商业化的更广泛努力。
能源部核能办公室称：“微型反应堆可能很快成为答案，美国能源部正在支持多种设计方案，这些设计有助于将小型反应堆部署到世界几乎任何地方，甚至是外太空。”
然而，这些下一代设计中，许多预计将严重依赖数字仪表、自动化和网络安全，而非当今传统反应堆中的模拟系统。
这一转变给反应堆开发商和监管机构带来了挑战：证明这些技术能够在核环境中安全可靠地运行。
普渡大学的 PUR-1 实验旨在通过在运行的堆上测试数字系统来跨越这一障碍。实验收集的数据有助于开发商证明新的监测、通信和控制技术能够满足核电行业严苛的性能与安全要求。
据普渡大学称，这些技术的更广泛应用最终可降低运行和维护成本、提高安全性、延长反应堆寿命，并消除部署更多无碳核电的障碍。
角色日益重要的小型反应堆
PUR-1 的意义已远超当前的实验。它最初建于 1962 年，是印第安纳州唯一正在运行的核反应堆，也是美国仅有的几十座大学研究堆之一。
虽然其热输出与商用动力堆相比微不足道，但其重要性在于提供了一个受控环境，让新技术能在进入核工业前得到测试。
普渡大学这一最新里程碑并非宣告某项新科学发现，而是标志着该反应堆已发展成为一个面向数字核技术的国家级实验平台。
随着先进反应堆向商业部署迈进，那些能够在真实运行条件下验证人工智能、网络安全和数字控制系统的设施，将在塑造核能未来的过程中扮演日益重要的角色。
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