Los modelos virtuales permiten la toma de decisiones en tiempo real para reactores nucleares de próxima generación
Crédito: Michael Gattorna de Pexels
Los gemelos digitales son una copia virtual de un sistema del mundo real. Son una herramienta transformadora que puede ayudar a los científicos a través de numerosas disciplinas. Investigadores del Laboratorio Nacional de Argonne del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) han creado una tecnología gemela digital que podría hacer que los reactores nucleares sean más eficientes, confiables y seguros. Esta tecnología utiliza modelos de computadora avanzados e inteligencia artificial (IA) para predecir cómo se comportarán los reactores, ayudando a los operadores a tomar decisiones en tiempo real.
“Nuestra tecnología gemela digital introduce un paso significativo hacia la comprensión y la gestión de reactores nucleares avanzados, lo que nos permite predecir y responder a los cambios con la velocidad y precisión requeridas”, dijo Rui Hu, ingeniero nuclear principal de Argonne y coautor de un artículo reciente publicado en tecnología nuclear sobre el logro.
Un modelo virtual que piensa en las relaciones
Los gemelos digitales permiten a los científicos monitorear y predecir cómo los pequeños reactores modulares y microrreactores actuarán en diferentes condiciones. El equipo de Argonne desarrolló una nueva metodología y la aplicó para generar gemelos digitales para dos tipos de reactores nucleares: el reactor del criador experimental II (EBR-II) y un nuevo tipo de reactor, el reactor de alta temperatura (GFHR) refrigerado por fluoruro genérico (GFHR). Si bien el EBR-II ya no está en funcionamiento, se desarrolló un gemelo digital para él como un caso de prueba, lo que ayuda a validar los modelos de simulación.
La clave de esta tecnología gemela digital son Graph Neural Networks (GNNS), un tipo de IA. Estos son modelos de computadora avanzados que procesan datos estructurados como gráficos, una colección de nodos y bordes que representan componentes interconectados.
Los nodos representan entidades y bordes muestran relaciones. Los GNN se destacan al reconocer patrones y conexiones complejas. Al combinar las habilidades de reconocimiento de patrones de las redes neuronales con la estructura centrada en la relación de los gráficos, los GNN ofrecen ideas potentes sobre los sistemas donde las conexiones son cruciales.
“Los gemelos digitales basados en GNN ayudan a los científicos a comprender los sistemas complejos al considerarlos como redes de piezas conectadas, facilitando una comprensión integral del comportamiento dinámico del sistema”, dijo Hu.
Al preservar el diseño de los sistemas de reactores e integrar las leyes fundamentales de la física en el gemelo digital, agregó, el enfoque asegura una réplica robusta y precisa del sistema real.
Los investigadores utilizaron la Instalación de Computación de Liderazgo de Argonne (ALCF), una instalación de usuario de la Oficina de Ciencias del DOE, para capacitar a la GNN y para la cuantificación de la incertidumbre, que es el proceso de identificación, medición y reducción de la incertidumbre en los modelos.
Predecir rápidamente el comportamiento del reactor
Los gemelos digitales basados en GNN son significativamente más rápidos que las simulaciones de código de sistema en tiempo real o tradicional. Pueden predecir rápidamente cómo se comportará el reactor durante los diferentes escenarios, como los cambios en la potencia de salida o el rendimiento del sistema de enfriamiento. Pueden hacer esto entrenando en datos de simulación del módulo de análisis del sistema desarrollado por Argonne, una herramienta moderna para analizar reactores nucleares avanzados.
El modelo capacitado puede hacer predicciones precisas basadas en datos limitados de sensores en tiempo real. Esta capacidad de ofrecer información rápida y auténtica respalda una mejor planificación sobre cómo los reactores responderán a los cambios y una mejor toma de decisiones sobre su diseño y operación. Puede ayudar a reducir los costos de mantenimiento y operación.
Un gemelo digital también podría usarse para monitorear continuamente el reactor para detectar cualquier comportamiento inusual, llamado anomalía. Si algo parece fuera de lo común, el sistema puede sugerir cambios para mantener el reactor seguro o funcionar sin problemas.
Un paso adelante para reactores avanzados
La nueva tecnología digital gemela de Argonne ofrece muchos beneficios sobre los métodos tradicionales. Al comprender cómo todas las partes de un reactor funcionan juntas, el gemelo digital puede proporcionar predicciones más confiables. Se puede utilizar para planificar emergencias, tomar decisiones informadas e incluso operar reactores de forma autónoma en el futuro.
La innovación del equipo de investigación es un gran paso adelante en el desarrollo y el despliegue de reactores nucleares avanzados. Al simular diversos escenarios, la tecnología gemela digital ayuda a garantizar que los reactores funcionen de manera segura, confiable y eficiente, reduciendo los costos y extendiendo la vida útil de los componentes del reactor.
Más información: Yang Liu et al, Desarrollo de gemelos digitales de todo el sistema para reactores avanzados: aprovechando las redes neuronales gráficas y simulaciones SAM, tecnología nuclear (2024). Doi: 10.1080/00295450.2024.2385214
Proporcionado por el Laboratorio Nacional de Argonne
Cita: los modelos virtuales permiten la toma de decisiones en tiempo real para los reactores nucleares de próxima generación (2025, 29 de mayo) recuperados el 29 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-virtual-enable-real-decision-generation.html
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