Heute sind in den Vereinigten Staaten 94 Kernreaktoren in Betrieb, mehr als in jedem anderen Land der Welt, und diese Blöcke liefern zusammen quick 20 Prozent des Stroms des Landes. Laut Dean Worth ist das eine große Errungenschaft, aber er glaubt, dass unser Land noch viel mehr Kernenergie braucht, insbesondere in einer Zeit, in der dringend nach Alternativen zu Kraftwerken auf Foundation fossiler Brennstoffe gesucht wird. Genau aus diesem Grund wurde er Nuklearingenieur – um sicherzustellen, dass die Nukleartechnologie in dieser Zeit großer Not den Anforderungen gewachsen ist.
„Kernenergie ist seit 60 Jahren ein enormer Teil der Energieinfrastruktur unseres Landes, und die Zahl der Menschen, die diese Infrastruktur unterhalten, ist unglaublich gering“, sagt Worth, Assistenzprofessor am MIT am Division of Nuclear Science and Engineering (NSE) und Atlantic Richfield Profession Improvement Professor für Energiestudien. „Indem Sie Nuklearingenieur werden, gehören Sie zu den ausgewählten Personen, die für die kohlenstofffreie Energieerzeugung in den Vereinigten Staaten verantwortlich sind.“
Das conflict eine Mission, an der er unbedingt teilnehmen wollte, und die Ziele, die er sich selbst setzte, waren alles andere als bescheiden: Er wollte dabei helfen, eine neue Klasse von Kernreaktoren zu entwerfen und einzuführen, die auf der Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit der bestehenden Kernkraftwerksflotte aufbaute.
Worth ist von diesem Ziel nie abgewichen und hat dabei nur Ermutigung gefunden. Die Gemeinschaft der Nukleartechnik, sagt er, „ist klein, eng verbunden und sehr gastfreundlich. Sobald man sich darauf einlässt, sind die meisten Menschen nicht mehr geneigt, etwas anderes zu tun.“
Die Zusammenhänge zwischen physikalischen Prozessen beleuchten
In seinem ersten Forschungsprojekt als Pupil an der College of Illinois Urbana in Champaign untersuchte Worth die Sicherheit der Stahl- und Betonbehälter, in denen abgebrannte Reaktorbrennstäbe gelagert werden, nachdem sie normalerweise mehrere Jahre lang in Wassertanks abgekühlt wurden. Seine Analyse ergab, dass diese Lagerungsmethode recht sicher sei, allerdings bleibt die Frage, was letztlich mit diesen Brennstoffbehältern im Hinblick auf eine langfristige Entsorgung geschehen soll, hierzulande offen.
Nachdem er 2020 sein Graduiertenstudium an der College of Michigan begonnen hatte, widmete sich Worth einer anderen Forschungsrichtung, der er sich auch heute noch widmet. Bei diesem als Multiphysik-Modellierung bezeichneten Forschungsgebiet werden verschiedene physikalische Prozesse untersucht, die im Kern eines Kernreaktors ablaufen, um zu sehen, wie sie interagieren – eine Various zur Untersuchung dieser Prozesse einzeln.
Ein Schlüsselprozess, die Neutronik, betrifft die Artwork und Weise, wie Neutronen im Reaktorkern herumschwirren und die Kernspaltung verursachen, die den Strom erzeugt. Ein zweiter Prozess, Thermohydraulik genannt, beinhaltet die Kühlung des Reaktors, um die von Neutronen erzeugte Wärme abzuleiten. Eine multiphysikalische Simulation, die die Wechselwirkung dieser beiden Prozesse analysiert, könnte zeigen, wie sich die bei der Stromerzeugung des Reaktors abgeführte Wärme auf das Verhalten von Neutronen auswirkt, denn je heißer der Brennstoff ist, desto unwahrscheinlicher ist es, dass er eine Spaltung verursacht.
„Wenn Sie jemals Ihre Leistungsstufe ändern oder irgendetwas mit dem Reaktor tun möchten, ist die Temperatur des Brennstoffs ein entscheidender Faktor, den Sie kennen müssen“, sagt Worth. „Die multiphysikalische Modellierung ermöglicht es uns, die Spaltungsneutronenprozesse mit einer thermischen Eigenschaft, der Temperatur, zu korrelieren. Dies kann uns wiederum dabei helfen, vorherzusagen, wie sich der Reaktor unter verschiedenen Bedingungen verhalten wird.“
Die Multiphysik-Modellierung für Leichtwasserreaktoren, die heute mit Kapazitäten in der Größenordnung von 1.000 Megawatt betrieben werden, sei ziemlich intestine etabliert, sagt Costs. Aber die Methoden zur Modellierung fortschrittlicher Reaktoren – kleine modulare Reaktoren (SMRs mit Kapazitäten von etwa 20 bis 300 MW) und Mikroreaktoren (mit einer Nennleistung von 1 bis 20 MW) – sind weitaus weniger fortgeschritten. Nur eine sehr kleine Anzahl dieser Reaktoren ist heute in Betrieb, aber Worth konzentriert seine Bemühungen auf sie, da sie das Potenzial haben, Strom kostengünstiger und sicherer zu erzeugen, und weil sie hinsichtlich Leistung und Größe flexibler sind.
Obwohl multiphysikalische Simulationen der Nukleargemeinschaft eine Fülle von Informationen geliefert haben, können sie Supercomputer erfordern, um gekoppelte und äußerst schwierige nichtlineare Gleichungen zu lösen oder Näherungslösungen dafür zu finden. In der Hoffnung, den Rechenaufwand erheblich zu reduzieren, erforscht Worth aktiv Ansätze der künstlichen Intelligenz, die ähnliche Antworten liefern und gleichzeitig diese aufwändigen Gleichungen ganz umgehen könnten. Das ist ein zentrales Thema seiner Forschungsagenda, seit er im September 2025 an die MIT-Fakultät kam.
Eine entscheidende Rolle für künstliche Intelligenz
Insbesondere künstliche Intelligenz und Methoden des maschinellen Lernens sind intestine darin, in Daten verborgene Muster zu finden, etwa Korrelationen zwischen Variablen, die für den Betrieb eines Kernkraftwerks entscheidend sind. Worth sagt zum Beispiel: „Wenn Sie mir die Leistungsstufe Ihres Reaktors mitteilen, könnte diese (KI) Ihnen sagen, wie hoch die Brennstofftemperatur ist und Ihnen sogar die dreidimensionale Temperaturverteilung in Ihrem Kern sagen.“ Und wenn dies ohne die Lösung komplizierter Differentialgleichungen möglich wäre, könnten die Rechenkosten erheblich gesenkt werden.
Worth untersucht mehrere Anwendungen, bei denen KI besonders nützlich sein könnte, beispielsweise die Unterstützung beim Entwurf neuartiger Reaktortypen. „Wir könnten uns dann auf die in den letzten 50 Jahren entwickelten Sicherheitsrahmen verlassen, um eine Sicherheitsanalyse des vorgeschlagenen Entwurfs durchzuführen“, sagt er. „Auf diese Weise wird die KI nicht direkt mit sicherheitskritischen Dingen interagieren.“ Seiner Ansicht nach bestünde die Aufgabe der KI darin, etablierte Verfahren zu ergänzen, anstatt sie zu ersetzen, und dabei zu helfen, bestehende Wissenslücken zu schließen.
Wenn einem maschinellen Lernmodell eine ausreichende Datenmenge zum Lernen zur Verfügung gestellt wird, kann es uns helfen, die Beziehung zwischen wichtigen physikalischen Prozessen besser zu verstehen – wiederum ohne nichtlineare Differentialgleichungen lösen zu müssen.
„Indem wir diese Beziehungen genau festlegen, können wir bereits im Anfangsstadium bessere Designentscheidungen treffen“, sagt Worth. „Und wenn diese Technologie entwickelt und eingesetzt wird, kann KI uns dabei helfen, intelligentere Steuerungsentscheidungen zu treffen, die es uns ermöglichen, unsere Reaktoren sicherer und wirtschaftlicher zu betreiben.“
Der Gemeinschaft etwas zurückgeben, die ihn gefördert hat
Einfach ausgedrückt besteht eines seiner Hauptziele darin, die Vorteile der KI in die Nuklearindustrie zu bringen, und er betrachtet die Möglichkeiten als enorm und weitgehend ungenutzt. Worth glaubt auch, dass er als Professor am MIT intestine positioniert ist, um uns der nuklearen Zukunft, die er sich vorstellt, näher zu bringen. Aus seiner Sicht arbeitet er nicht nur an der Entwicklung der nächsten Era von Reaktoren, sondern auch an der Vorbereitung der nächsten Era von Führungskräften auf diesem Gebiet.
Worth lernte einige potenzielle Mitglieder dieser „nächsten Era“ in einem Designkurs kennen, mit dem er letzten Herbst gemeinsam unterrichtete Curtis Smithder KEPCO-Professor für die Praxis der Nuklearwissenschaft und -technik. Für Worth dauerte diese Einführung nur ein paar Monate, aber sie conflict lang genug, um zu entdecken, dass MIT-Studenten außergewöhnlich motiviert, fleißig und fähig sind. Es überrascht nicht, dass es sich hierbei um dieselben Eigenschaften handelt, die er bei den Studenten seines Forschungsteams zu finden hofft.
Worth erinnert sich lebhaft an die Unterstützung, die er bei seinen ersten, zaghaften Schritten auf diesem Gebiet erhielt. Nachdem er nun vom Studenten zum Professor aufgestiegen ist und sich dabei ein umfangreiches Wissen angeeignet hat, möchte er, dass seine Studenten „dasselbe Gefühl erleben, das ich hatte, als ich das Fach betrat“. Über seine spezifischen Ziele zur Verbesserung der Konstruktion und des Betriebs von Kernreaktoren hinaus sagt Worth: „Ich hoffe, die gleiche unterhaltsame und gesunde Umgebung aufrechtzuerhalten, die meine Liebe zur Kerntechnik überhaupt erst hervorgebracht hat.“