Streben nach einem autonomen Kernkraftwerksbetrieb
Es stellte sich heraus, dass die Recherche für den Grasp nur die Spitze des Eisbergs warfare. Es gab noch viel zu tun.
Für die Zukunftsfähigkeit der Kernenergie sind Kleinanlagen in ländlichen Gebieten eine klare Möglichkeit. Bislang waren bei den Vorgängen in Altanlagen intensive manuelle Vorgänge erforderlich, die rentabel sind, da diese Anlagen zu 100 Prozent ausgelastet sind und die gelieferte Energie die Kosten für den Unterhalt einer großen Belegschaft rechtfertigen kann. Aber Mikroreaktoren, die in großem Maßstab und in abgelegenen Gebieten verteilt sind, können sich keine große Anzahl menschlicher Talente leisten. Hier helfen überwachte und gründlich überprüfte autonome Operationen.
Eine Hauptfrage warfare: „Wie schaffen wir den Übergang zum autonomen Betrieb in Kernkraftwerken?“ Fortier wollte einen integrierten Ansatz, ein zentrales Überwachungskontrollsystem anstelle vieler miteinander verbundener Teile. Obwohl dies eine legitime Anforderung warfare, bestand die Herausforderung darin, Vorgänge, die in erster Linie für Menschen gedacht waren, nun auch für Maschinen zu modifizieren.
Fortier erkannte, dass der Umfang eines Überwachungskontrollsystems, egal wie gründlich es auch sein magazine, stark eingeschränkt wäre, wenn seine Starrheit nicht sowohl Menschen als auch Maschinen berücksichtigen könnte. „Da alles auf den Menschen ausgerichtet ist, ist es nicht möglich, den besten Weg für die Durchführung eines Eingriffs zu wählen“, stellt Fortier fest. Was wäre, wenn stattdessen Menschen und Laptop zusammenarbeiten und das tun könnten, was jeder am besten kann, wobei strategische menschliche Eingriffe nur bei Bedarf erfolgen würden?
MIT-unterstützte Kooperationen
Das Ziel warfare elegant, aber sein Umfang ging weit über eine Masterarbeit hinaus. Ein Doktortitel schien eine natürliche Weiterentwicklung zu sein, daher hat Fortier ihre Forschung in Richtung eines Doktortitels nach Abschluss ihres Masterstudiums im Jahr 2025 fortgesetzt.
Auf der Suche nach autonomen Operationen entdeckte Fortier die Kraft der Zusammenarbeit am MIT. Ihr Forschungsberater, Sacit Cetiner, hat eine gemeinsame Anstellung beim MIT NSE und dem Idaho Nationwide Laboratory (INL). Um die Herausforderung zu bewältigen, ein autonomes Überwachungskontrollsystem mit einer effektiven und einfach zu implementierenden Mensch-Maschine-Schnittstelle zu entwickeln, arbeitete Fortier mit Katya Le Blanc, einer leitenden Wissenschaftlerin für menschliche Faktoren am INL, zusammen. Eine Zusammenarbeit mit dem Human System Simulation Laboratory am INL half Fortier dabei, ein besseres Verständnis für die Gestaltung cyber-physischer Systeme zu entwickeln.
„Ich bin eher ein Ingenieur und habe nicht viel Erfahrung mit menschlichem Verhalten, daher warfare die Zusammenarbeit mit INL ein großer Vorteil für mich. Ich habe bessere Einblicke in viele Aspekte erhalten, einschließlich dessen, was man sehen möchte, wenn ein Mensch eine Maschine ersetzen muss, wenn diese nicht mehr funktioniert“, sagt Fortier.
Sie nutzte auch die Zusammenarbeit mit Westinghouse, einem führenden Designunternehmen und Anbieter für Kernkraftwerke der aktuellen und nächsten Technology – Fortier absolvierte dort im Jahr 2025 ein Sommerpraktikum –, um ihre Ideen zu autonomen Betriebslösungen zu testen.
Am MIT lernte Fortier die Kontrolltheorie von einer ihrer Co-Beraterinnen, Anuradha Annaswamy, einer Gründerin und Direktorin des Energetic-Adaptive Management Laboratory in der Fakultät für Maschinenbau. „Sie ist eine Expertin für Steuerungssysteme, was mir wirklich zugute kommt, denn während ich erklären kann, was mit einem Kernkraftwerk zu tun ist, kann sie mir helfen, den Betrieb aus der Sicht der Steuerungssysteme besser zu verstehen“, sagt Fortier.
Annaswamy berät Fortier zum Rahmen und zur Umsetzung des Aufsichtskontrollsystems. Fortier hat auch Kurse im Zusammenhang mit Steuerungssystemen besucht, um eine Grundlage in der Disziplin zu schaffen. Curtis Smithder ehemalige Direktor der INL-Abteilung für nukleare Sicherheit und Regulierungsforschung und jetzt KEPCO-Professor für die Praxis der Nuklearwissenschaft und -technik am MIT NSE, ist Fortiers weiterer Co-Berater.
Ein schrittweiser Fortschritt in Richtung Autonomie
Fortier stellt klar, dass die von ihr entworfenen Betriebssysteme einen schrittweisen und systematischen Schritt in Richtung Autonomie beinhalten werden, um Vertrauen bei den Benutzern aufzubauen. „Wenn wir ein automatisiertes Verfahren einführen, das Sie Schritt für Schritt durch das führt, was Sie ohnehin tun würden, ist das beruhigend und schafft Vertrauen“, betont Fortier. Ihre Doktorarbeit konzentriert sich auf die Integration zielorientierter Abläufe, bei denen ein Kontrollsystem die zum Erreichen des Ziels erforderliche Abfolge von Ereignissen erstellen kann, anstatt einem vorgegebenen Betriebsablauf zu folgen.
Ein weiterer beruhigender Punkt ist, dass Fortier eine Automatisierung entwickelt, die auf einem Prozess namens Finite-State-Automaten basiert, der im Gegensatz zu KI in seiner Ausführung sehr clear ist. Der Vorteil endlicher Automaten, die sie während eines Praktikums am INL im Sommer 2024 ebenfalls ausführlich untersuchte, besteht darin, dass es sich um ein diskretes Ereignissystem handelt. Das bedeutet, dass jede Bewegung im Automatisierungs-Framework ereignisgesteuert ist – wenn das passiert, tun Sie das –, sodass es sich sehr deutlich an die aktuellen Bedingungen in der Anlage und Übergänge zwischen verschiedenen Zuständen oder Ereignissen anpasst. Es geht darum, ein komplexes Drawback durch konventionelle Automatisierung anzugehen, nicht durch KI-gesteuerte Automatisierung. „Wir verwenden keinen datengesteuerten statistischen Ansatz wie maschinelles Lernen, weil wir noch nicht über die Instruments verfügen, um den Betrieb solcher Systeme zu validieren“, sagt Fortier.
Zukünftige Auswirkungen
Fortiers Arbeit zur Entwicklung der Automatisierung von Kernkraftwerken ist so vielversprechend, dass sie zu den Gewinnern der Ausgabe 2025 des Studentenwettbewerbs „Innovationen in der Kernenergieforschung und -entwicklung“ des Nuclear Vitality College Program des Energieministeriums gehörte.
Die Nutzung des Programms zur Automatisierung von Kernkraftwerken bei Geräten der nächsten Technology wird den nötigen Schub für die Entwicklung und den Einsatz kommerzieller Mikroreaktoren liefern.
Doch zunächst steht die Skalierung des Aufsichtskontrollsystems an, wobei Erkenntnisse aus der Arbeit an einem kleinen Kontrollaspekt herangezogen werden. Fortier ist gespannt auf den Weg und die Möglichkeiten, die ihn erwarten. „Die Zusammenarbeit mit anderen Menschen und die Beziehungen, die wir zu Interessenvertretern aufgebaut haben, haben wirklich dazu beigetragen, etwas zu bewirken und die Relevanz der Arbeit zu untermauern“, sagt sie. „Manchmal, wenn man in seiner eigenen Blase feststeckt, ist diese Außenperspektive wirklich nützlich.“