Bugün, Amerika Birleşik Devletleri'nde 94 nükleer reaktör faaliyette bulunuyor; bu, dünyadaki diğer ülkelerden daha fazla ve bu üniteler toplamda ülkenin elektriğinin neredeyse yüzde 20'sini sağlıyor. Bu, Dean Price'a göre büyük bir başarı, ancak ülkemizin nükleer enerjiden çok daha fazlasını alması gerektiğine inanıyor, özellikle fosil yakıt bazlı enerji santrallerine alternatiflerin çaresizce arandığı bir dönemde. Bu nedenle nükleer mühendis oldu — nükleer teknolojinin bu önemli ihtiyaç döneminde gerekeni yerine getirebileceğinden emin olmak için.
“Nükleer enerji, son 60 yıldır ulusumuzun enerji altyapısının büyük bir parçası oldu ve bu altyapıyı sürdüren insan sayısı inanılmaz derecede az,” diyor Price, MIT Nükleer Bilim ve Mühendislik (NSE) bölümünde yardımcı profesör ve Atlantic Richfield Enerji Çalışmaları Kariyer Geliştirme Profesörü. “Nükleer mühendis olduğunuzda, Amerika Birleşik Devletleri'nde karbon salınımsız enerji üretiminden sorumlu seçkin insanlardan biri oluyorsunuz.”
Bu, katılmak istediği bir misyondu ve kendisine koyduğu hedefler, mütevazı olmaktan uzaktı: Mevcut nükleer filosunun güvenlik, ekonomi ve güvenilirliğini temel alarak yeni bir nükleer reaktör sınıfının tasarımına yardımcı olmak ve bu süreci başlatmak istiyordu.
Price bu amacından asla sapmadı ve yol boyunca yalnızca cesaret buldu. Nükleer mühendislik topluluğu, diyor, “küçük, samimi ve çok misafirperver. İçine girdiğinizde, çoğu insan başka bir şey yapma eğiliminde değil.”
Fiziksel süreçler arasındaki ilişkileri aydınlatmak
Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign'deki lisans eğitimi sırasında ilk araştırma projesinde, Price, harcanmış reaktör yakıt çubuklarının su tanklarında soğuduktan sonra depolamak için kullanılan çelik ve beton kasaların güvenliğini inceledi. Analizi, bu depolama yönteminin oldukça güvenli olduğunu gösterdi, ancak bu yakıt kasalarıyla uzun vadeli atık yönetimi konusunda ne yapılması gerektiği sorusu bu ülkede hala açık.
2020'de Michigan Üniversitesi'nde lisansüstü çalışmalara başladıktan sonra, Price bugün hala devam ettiği farklı bir araştırma alanına yöneldi. Çok fiziksel modelleme olarak adlandırılan bu çalışma alanı, bir nükleer reaktörün çekirdeğinde gerçekleşen çeşitli fiziksel süreçleri inceleyerek bunların nasıl etkileşime girdiğini görmeyi içeriyor — bu süreçleri tek tek incelemenin bir alternatifi.
Bir ana süreç olan nötronik, nötronların reaktör çekirdeğinde nasıl hareket ettiğini ve nükleer fisyonu nasıl tetiklediğini, yani gücü üreten süreci ilgilendiriyor. İkinci bir süreç olan termal hidrolik ise, nötronlar tarafından üretilen ısıyı çıkarmak için reaktörü soğutmayı içeriyor. Bu iki sürecin etkileşimini analiz eden bir çok fiziksel simülasyon, reaktör güç üretirken taşınan ısının nötronların davranışını nasıl etkilediğini gösterebilir; çünkü yakıt ne kadar sıcaksa, fisyon yapma olasılığı o kadar düşüktür.
“Eğer güç seviyenizi değiştirmek veya reaktörle herhangi bir şey yapmak istiyorsanız, yakıtın sıcaklığı bilmeniz gereken kritik bir girdi,” diyor Price. “Çok fiziksel modelleme, fisyon nötronik süreçlerini termal bir özellik olan sıcaklıkla ilişkilendirmemizi sağlıyor. Bu da, reaktörün farklı koşullar altında nasıl davranacağını tahmin etmemize yardımcı olabilir.”
Bugün faaliyette olan 1.000 megavat civarında kapasiteleri olan hafif su reaktörleri için çok fiziksel modelleme oldukça iyi bir şekilde kurulmuş durumda, diyor Price. Ancak, gelişmiş reaktörlerin — küçük modüler reaktörler (SMR'ler, yaklaşık 20 ile 300 MW arasında kapasiteleri olan) ve mikro reaktörler (1 ile 20 MW arasında) — modellemesi için yöntemler çok daha az gelişmiş. Bugün yalnızca çok az sayıda bu reaktör faaliyette, ancak Price, daha ucuz ve daha güvenli enerji üretme potansiyelleri ile güç ve boyut açısından daha fazla esneklikleri nedeniyle bu reaktörlere odaklanıyor.
Çok fiziksel simülasyonlar nükleer topluluğa zengin bir bilgi kaynağı sağlasa da, bunlar, bağlı ve son derece zor doğrusal olmayan denklemleri çözmek veya yaklaşık çözümler bulmak için süper bilgisayarlar gerektirebilir. Hesaplama yükünü büyük ölçüde azaltma umuduyla, Price, bu zahmetli denklemleri tamamen atlayarak benzer cevaplar sağlayabilecek yapay zeka yaklaşımlarını aktif olarak araştırıyor.
