美国普渡大学完成全美首个核反应堆远程实时自主功率控制试验，构建跨州数字孪生闭环

美国普渡大学（Purdue University）联合爱达荷国家实验室（Idaho National Laboratory, INL）以及伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UIUC），首次在美国实现了对核反应堆功率的远程、自动且实时的实验性调节。该演示验证构建了一条跨越印第安纳州、爱达荷州与弗吉尼亚州的三地控制闭环，为未来先进反应堆从数百乃至数千英里外开展集中远程监控与自动化调度提供了前沿工程范式。

该试验依托普渡大学拥有64年历史的1号研究堆（Purdue University Reactor Number One, PUR-1）展开。这座额定功率约为10千瓦（kW）的池式科研反应堆，于2019年完成数字化改造，成为全美首座获得美国核管理委员会（Nuclear Regulatory Commission, NRC）运行许可的全数字化数字化仪控（Instrumentation and Control, I&C）反应堆。在这一数字底座上，普渡大学助理教授兼PUR-1副主任斯蒂利亚诺斯·哈齐达基斯（Stylianos Chatzidakis）带领团队于2023年开发出高保真活体数字孪生（Live digital twin），并于2025年集成了量子安全加密通信层（Quantum-secure layer），为本次闭环控制测试提供了核心支撑。

在本次跨区域闭环演示中，爱达荷国家实验室在其位于爱达荷州的高性能计算集群上运行核心分析与预测模型，微软云（Microsoft Azure）在弗吉尼亚州提供云端通信连接，伊利诺伊大学协助多节点间的数据流通。分布式控制系统通过INL的DeepLynx先进数据与控制平台、PUR-1数字孪生系统及超算中心，远程计算并向印第安纳州现场下达辅助控制棒（Auxiliary control rod）位移指令，从而平抑功率微小扰动并维持反应堆稳定运行，全程无需现场人员手动干预控制棒。

该试验特别针对未来核电直供大型AI数据中心（Data centers）时可能面临的剧烈负荷波动（如单次100兆瓦级的功率瞬变需求）展开了动态响应模拟。研发团队在算法端部署了强化学习模型（Reinforcement-learning model），以验证系统在严格受限于PUR-1自身独立硬件保护系统的前提下，能否自主完成快速功率跟随微调；试验期间，反应堆原有的物理安全联锁保护系统始终保留最终控制权威与绝对停堆优先级。

哈齐达基斯强调，当前该项技术的近期应用重心在于机群级远程监控（Remote monitoring），例如在单一集约化控制室实现对同一厂址内多座模块化小堆（SMR）的统一监管，或由公用事业总部统筹聚合全国上百台小堆机组的运行状态与预测性维护数据，从而显著压缩运维成本。至于高度自主化运行（Autonomous operation），在常规反应堆及商业SMR上仍需长期保留现场操作员值守，相关技术储备主要面向月球表面微堆（Microreactors on the moon）等极端深空环境或无法长期驻留人员的特种应用场景。

该项试验成果不仅推进了美国能源部（DOE）探索人工智能加速核能全生命周期创新的“创世纪任务”（Genesis Mission），相关实践经验还将深度融入INL主导、总额6000万美元的“普罗米修斯”（Prometheus）国家级二期核能研发专项中。