Slimme sensoren speuren verstopte kernreactoren op met AI

Wetenschappers van het Argonne National Laboratory, een onderzoekscentrum van het Amerikaanse ministerie van Energie, hebben een monitoringsysteem ontwikkeld dat problemen in kernreactoren kan opsporen voordat ze tot een storing leiden. Het systeem combineert temperatuursensoren van glasvezel met kunstmatige intelligentie en is speciaal gemaakt voor reactoren die gekoeld worden met gesmolten zout.

Waarom gesmolten zout problemen geeft

In dit type reactor, ook wel molten-salt-cooled reactor genoemd, voert vloeibaar zout de hitte uit de reactorkern af naar een warmtewisselaar. Daar wordt de warmte overgedragen aan een andere vloeistof, die uiteindelijk stoom en elektriciteit opwekt. Het probleem: het zout stolt zodra de temperatuur te dicht bij het vriespunt komt, ongeveer 500 graden Celsius. Als dat gebeurt in een van de duizenden nauwe kanaaltjes in de warmtewisselaar, kan de doorstroming gedeeltelijk of volledig geblokkeerd raken. Een grote warmtewisselaar bevat volgens Argonne tussen de 2.000 en 4.000 van zulke kanaaltjes. Tot nu toe meten de meeste systemen alleen temperatuur en stroomsnelheid bij de in- en uitgang, waardoor een verstopping diep in het systeem lange tijd onopgemerkt kan blijven.

Duizenden meetpunten, één AI-brein

De oplossing van het onderzoeksteam is het inbouwen van glasvezelkabels in de dragende structuur van de warmtewisselaar. Deze kabels meten voortdurend temperatuur op duizenden punten tegelijk, zonder dat ze door de wanden van de kanalen hoeven te prikken of de werking van het apparaat verstoren. Een AI-algoritme analyseert al die data in real time en zoekt naar afwijkende temperatuurpatronen die wijzen op gestold zout. Volgens hoofdonderzoeker Alex Heifetz van Argonne kan het systeem een verstopping niet alleen signaleren, maar ook lokaliseren en inschatten hoe ernstig die is. Bijzonder is dat de AI ook uitlegt waarom hij alarm slaat: operators krijgen te zien welk patroon is gedetecteerd en hoe het systeem tot die conclusie kwam, een vorm van verklaarbare AI.

Voorkomen is goedkoper dan repareren

Vroege detectie is extra belangrijk omdat zoutgekoelde reactoren op veel hogere temperaturen draaien dan de gangbare drukwaterreactoren. Onderzoeker Konstantinos Prantikos van Purdue University benadrukt dat de AI patronen kan herkennen in enorme hoeveelheden meetdata die voor een mens vrijwel onmogelijk te ontdekken zijn, en dat nooit vermoeid raakt van het doorspitten van duizenden getallen. Volgens Heifetz kan een tijdig gesignaleerde blokkade operators de kans geven om in te grijpen voordat de hele warmtewisselaar uitvalt. Reparatie of vervanging van zo'n onderdeel is kostbaar en leidt vrijwel altijd tot een ongeplande stillegging van de reactor. De studie is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Scientific Reports.