جامعة بيردو الأمريكية تُنجز أول تجربة وطنية للتحكم الذاتي عن بُعد في زمن حقيقي في قدرة مفاعل نووي، وتبني حلقة مغلقة للتوأم الرقمي عبر ثلاث ولايات

أخبار ar.wedoany.com، حققت جامعة بيردو (Purdue University) بالتعاون مع المختبر الوطني أيداهو (Idaho National Laboratory, INL) وجامعة إلينوي في أوربانا-شامبين (UIUC)، ولأول مرة في الولايات المتحدة، ضبطاً تجريبياً عن بُعد وآلياً وفورياً لقدرة مفاعل نووي. وقد أثبت هذا العرض التطبيقي بناء حلقة تحكم مغلقة تمتد عبر ثلاث ولايات هي إنديانا وأيداهو وفرجينيا، مما يوفر نموذجاً هندسياً متقدماً للمراقبة المركزية عن بُعد والإرسال الآلي للمفاعلات المتقدمة مستقبلاً من مسافات تبلغ مئات أو آلاف الأميال.

استندت التجربة إلى مفاعل الأبحاث رقم واحد بجامعة بيردو (Purdue University Reactor Number One, PUR-1) الذي يبلغ عمره 64 عاماً. هذا المفاعل البحثي من نوع الحوض بقدرة اسمية تبلغ نحو 10 كيلوواط (kW)، وقد خضع لعملية رقمنة في عام 2019 ليصبح أول مفاعل في الولايات المتحدة يحصل على ترخيص تشغيل من هيئة التنظيم النووي الأمريكية (Nuclear Regulatory Commission, NRC) بنظام رقمي بالكامل لأجهزة القياس والتحكم (Instrumentation and Control, I&C). وعلى هذا الأساس الرقمي، قاد الأستاذ المساعد ونائب مدير PUR-1 ستايليانوس خاتزيداكيس (Stylianos Chatzidakis) فريقه لتطوير توأم رقمي حي عالي الدقة (Live digital twin) في عام 2023، ثم دمج طبقة اتصالات مشفرة كمومياً (Quantum-secure layer) في عام 2025، مما وفر الدعم الأساسي لاختبار التحكم في الحلقة المغلقة هذا.

في هذا العرض التطبيقي للحلقة المغلقة عبر المناطق، شغّل المختبر الوطني أيداهو نماذج التحليل والتنبؤ الأساسية على عنقود الحوسبة عالية الأداء التابع له في ولاية أيداهو، ووفرت مايكروسوفت أزور (Microsoft Azure) الاتصال السحابي في ولاية فرجينيا، وساعدت جامعة إلينوي في تدفق البيانات بين العقد المتعددة. وقام نظام التحكم الموزع، عبر منصة DeepLynx المتقدمة للبيانات والتحكم التابعة لـ INL ونظام التوأم الرقمي لـ PUR-1 ومركز الحوسبة الفائقة، بحساب وإصدار أوامر عن بُعد إلى موقع إنديانا لإزاحة قضيب التحكم المساعد (Auxiliary control rod)، مما أدى إلى تسوية الاضطرابات الطفيفة في القدرة والحفاظ على التشغيل المستقر للمفاعل، دون أي تدخل يدوي من العاملين في الموقع للتحكم في قضبان التحكم طوال العملية.

ركزت التجربة بشكل خاص على محاكاة الاستجابة الديناميكية للتقلبات الحادة في الأحمال التي قد تواجهها الطاقة النووية عند التغذية المباشرة لمراكز بيانات الذكاء الاصطناعي الكبيرة (Data centers) في المستقبل (مثل متطلبات التغيرات المفاجئة في القدرة بمستوى 100 ميغاواط في المرة الواحدة). ونشر فريق البحث والتطوير نموذج تعلّم معزز (Reinforcement-learning model) على مستوى الخوارزميات للتحقق من قدرة النظام على إتمام التعديلات الدقيقة السريعة لمتابعة القدرة بشكل ذاتي، وذلك في ظل القيد الصارم المتمثل في نظام الحماية المادية المستقل الخاص بـ PUR-1؛ وخلال التجربة، احتفظ نظام الحماية المتشابكة الفيزيائية الأصلي للمفاعل بالسلطة النهائية للتحكم والأولوية المطلقة للإيقاف الطارئ في جميع الأوقات.

وأكد خاتزيداكيس أن التركيز التطبيقي القريب لهذه التقنية ينصب حالياً على المراقبة عن بُعد على مستوى أسطول المفاعلات (Remote monitoring)، مثل تحقيق الإشراف الموحد على عدة مفاعلات معيارية صغيرة (SMR) في الموقع نفسه من غرفة تحكم مركزية واحدة، أو قيام المقر الرئيسي لشركة المرافق بتجميع بيانات حالة التشغيل والصيانة التنبؤية لأكثر من مئة وحدة من المفاعلات الصغيرة على مستوى البلاد، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف التشغيل والصيانة. أما فيما يتعلق بالتشغيل الذاتي المتقدم (Autonomous operation)، فلا يزال من الضروري الإبقاء على مشغّلين في الموقع على المدى الطويل في المفاعلات التقليدية والمفاعلات المعيارية الصغيرة التجارية، فيما تستهدف القدرات التقنية ذات الصلة بشكل أساسي البيئات الفضائية العميقة القصوى مثل المفاعلات الدقيقة على سطح القمر (Microreactors on the moon) أو تطبيقات خاصة لا يمكن فيها وجود أفراد لفترات طويلة.

لا تقتصر نتائج هذه التجربة على دفع "مهمة التكوين" (Genesis Mission) التي أطلقتها وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) لاستكشاف تسريع الابتكار في دورة الحياة الكاملة للطاقة النووية بالذكاء الاصطناعي، بل ستُدمج الخبرات العملية ذات الصلة بعمق أيضاً في المشروع الوطني "بروميثيوس" (Prometheus) للمرحلة الثانية من البحث والتطوير النووي بقيادة INL وبتمويل إجمالي يبلغ 60 مليون دولار.