Michigan Üniversitesi öncülüğünde yürütülen bir araştırma, ihtiyaca göre güç çıkışını otonom biçimde ayarlayabilen nükleer mikro reaktörler için fizik tabanlı yeni bir denetim çerçevesi geliştirdi. Progress in Nuclear Energy dergisinde yayımlanan çalışmada, ekibin model öngörücü kontrol (MPC) yaklaşımıyla, reaktörün güç seviyesini yük değişimlerine gerçek zamanlı uyarlayan ve düzenleyici incelemeye uygun şeffaflıkta çalışan bir algoritma sunduğu bildirildi.
KOLAY TAŞINABİLİR GÜÇ
Araştırma, 20 MW’a kadar termal enerji üretebilen ve ısıl/elektrik üretiminde kullanılabilen nükleer mikro reaktörlerin, kırsal topluluklar, afet bölgeleri, askeri üsler ve kargo gemileri gibi uzak veya kritik uygulama alanlarına istikrarlı, karbonsuz enerji sağlayabileceğini vurguluyor. Ancak bu potansiyelin şebekeye entegrasyonda yük takibi (talebe göre güç ayarlama) olmadan ekonomik açıdan engellendiği; büyük reaktörlerde bu işlevin personelce manuel yapılmasının uzak konuşlandırmalarda maliyeti artırdığı ifade ediliyor.
Michigan Üniversitesi’nden Doç. Dr. Brendan Kochunas, ABD’de mikro reaktörlerin kısa vadede geniş ölçekli konuşlandırılmasına hazırlanan pek çok girişim bulunduğunu, çalışmanın ekonomik uygulanabilirlik için net bir yol haritası sunduğunu ve tedarikçilerin daha güvenli, emniyetli otonom kontrol sistemleri geliştirmesine pratik katkı sağlayacağını belirtiyor.
FİZİK TABANLI DENETİM
Ekip, mikro ölçekten büyük ölçeğe uzanabilen Gelişmiş Nükleer Reaktörler sınıfındaki Yüksek Sıcaklıklı Gaz Soğutmalı Reaktörlere (HTGR) odaklandı. HTGR tipinde bir mikro reaktör olan Holos-Quad (Gen 2+) tasarımını referans alarak; güç yoğunluğu, giriş soğutucu sıcaklığı, çekirdek basıncı ve akış hızı gibi ana parametreleri koruyan basitleştirilmiş bir mikro reaktör modeli oluşturdu.
Bu modele dayanan MPC denetleyicisi, çekirdek etrafındaki kontrol tamburlarının dönüşünü optimize ediyor: İçe bakan konumlandırmalar gücü azaltırken, dışa bakanlar gücü artırıyor. Söz konusu kararlar, kısıtlı bir ufukta gelecekteki davranışı öngörerek en iyi kontrol hareketlerini seçen MPC çerçevesiyle alınıyor.
YÜK TAKİBİNDE BAŞARI
Modelin gerçekçi fizik ile tutarlı kalması için ekip, yüksek doğrulukta reaktör fiziği analizi sunan PROTEUS simülasyon araç setini doğrudan entegre etti. Testlerde, gücü dakikada yüzde 20 artırma veya azaltma görevlerinde denetleyici hedefin yüzde 0,234’ü içinde kaldı. Kritik nokta, tüm bu başarının yapay zeka (AI) kullanmadan, tamamen fizik ve matematiğe dayalı, açıklanabilir bir yapıda elde edilmesi; bu da düzenleyici değerlendirme süreçleri açısından temel bir gereklilik olarak öne çıkıyor.
GENİŞ PARAMETRE ARALIĞI
Araştırma, kapsamlı hassasiyet analizleri ile MPC denetleyicisinin çok çeşitli model girdilerinde dahi kararlı performans gösterdiğini doğruladı. Bu sonuç, otonom kontrolün saha uygulamalarına yönelik uygulanabilirlik iddiasını güçlendiriyor. Kochunas, yüksek doğruluklu simülasyon araçlarıyla iç içe çalışan bu denetimle reaktör ve I&C (enstrümantasyon ve kontrol) sistemlerinin birlikte tasarımına kapı aralandığını; sonradan uyarlama yerine sıfırdan bütünleşik tasarımın daha güvenli ve verimli çözümler getireceğini vurguluyor.
