Nucleare: arriva l’algoritmo “fisico” (niente AI) per controllare i microreattori. La soluzione per l’energia flessibile?

Un gruppo di ricerca dell’Università del Michigan ha sviluppato un nuovo algoritmo che promette di rendere l’energia nucleare, quella a zero emissioni di carbonio, un po’ più fattibile e, soprattutto, economicamente sostenibile su piccola scala. La novità più interessante? Non si tratta della solita “intelligenza artificiale” che va tanto di moda, ma di un sistema radicato nella fisica e nella matematica.

Il problema che questo algoritmo risolve è tecnico ma fondamentale: il cosiddetto “load following“, ovvero la capacità di un reattore di adattare la sua produzione di energia in risposta a una domanda fluttuante.

Nelle grandi centrali nucleari tradizionali, questo aggiustamento viene fatto (spesso manualmente) da personale specializzato e comunque è limitato, tanto che queste costituiscono solitamente il “Baseload“, cioè il carico minimo stabile di energia elettrica. . Tuttavia, per i microreattori—piccoli impianti pensati per aree remote—assumere operatori fissi per gestire la fluttuazione del carico sarebbe semplicemente anti-economico, rendendo l’intera idea poco pratica, e del resto questo tipo di reattori viene studiato proprio per dare flessibilità alla rete in generale.

La soluzione: controllo autonomo ed economico

L’algoritmo sviluppato dal team del Michigan, i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista Progress in Nuclear Energy, permette ai microreattori di gestire queste variazioni in modo completamente autonomo.

Questi piccoli impianti, capaci di generare fino a 20 megawatt di energia termica, diventano così una soluzione praticabile per scenari specifici:

• Basi militari isolate
• Zone colpite da disastri che necessitano di energia immediata e stabile
• Comunità remote non raggiunte dalla rete elettrica principale

Come sottolineato da Brendan Kochunas, autore principale dello studio, questo metodo “può aiutare i fornitori a progettare reattori con sistemi di controllo autonomi che siano più sicuri e protetti”.

Niente AI, più facile (e sicuro) da approvare

Il modello si basa sul comportamento predittivo per ottimizzare la rotazione dei cosiddetti “tamburi di controllo” attorno al nocciolo del microreattore. Il tamburo è una struttura complessa che contiene, nei reattori a fissione, le barre di combustibile alternate a quelle d’estrazione di calore a quelle di moderazione, il tutto circondato da materiale riflettente i neutroni, per facilitare la fissione.

Schema generale di tamburo di controllo

Questo processo preserva la pressione del nucleo e la temperatura del refrigerante anche durante le variazioni di carico.

Il punto cruciale, che farà piacere ai regolatori (e forse storcere il naso ai fanatici dell’AI), è che l’algoritmo non utilizza reti neurali o machine learning. Essendo interamente basato su fisica e matematica note, il suo comportamento è perfettamente spiegabile e prevedibile. Questo, in teoria, dovrebbe rendere il processo di revisione e approvazione normativa molto più snello.

Utilizzare la AI significa affidarsi a percorsi e algoritmi di elaborazione non chiari, per i quali non si ha una sicurezza assoluta di come si comportino in situazioni estreme. In questo caso invece tutto è conosciuto, matematicamente trasparente, e si può affidare la regolazione del microreattore a questo algoritmo senza rischiose sorprese.

L’affidabilità sembra essere il suo forte: nei test, quando all’algoritmo è stato chiesto di aumentare o diminuire la potenza del 20% al minuto, è rimasto entro lo 0,234% del suo obiettivo.

Il contesto del nucleare

Negli Stati Uniti, il nucleare è una realtà consolidata: nel 2023 ha rappresentato il 18,6% di tutta l’elettricità su scala industriale, confermandosi la principale fonte di energia a zero emissioni di carbonio del paese. Da solo, produce più di eolico e solare messi insieme, con il vantaggio non trascurabile di occupare molto meno spazio.

Ovviamente, il nucleare rimane controverso. I problemi sono noti: la gestione delle scorie radioattive e il fantasma di incidenti rari ma catastrofici, con Chernobyl come monito perenne.

Tuttavia, ricerche come questa non puntano a risolvere tutti i problemi in un colpo solo, ma mirano a un obiettivo più pragmatico: rendere l’energia nucleare su piccola scala più sicura, autonoma e, fattore decisivo, economicamente accessibile.

Microreattore containerizzato parte del programma MRP

Domande e risposte

Perché i microreattori non possono essere gestiti manualmente come quelli grandi?

Semplicemente, per una questione di costi. I microreattori sono progettati per operare in aree remote o per scopi specifici (come una base militare o un’area disastrata) dove la presenza costante di un team di operatori specializzati per gestire la domanda di energia sarebbe “cost-prohibitive”, ovvero economicamente insostenibile. Un sistema di controllo autonomo, sicuro ed economico è quindi essenziale per la loro fattibilità.

Cosa significa che l’algoritmo “non è AI” e perché è importante?

Significa che non si basa su reti neurali o “deep learning”, che spesso funzionano come “scatole nere” (black box) il cui processo decisionale interno è difficile da tracciare. Questo algoritmo è radicato nella fisica e nella matematica tradizionali. Per le agenzie di regolamentazione nucleare, la tracciabilità e la prevedibilità sono fondamentali per la sicurezza. Un sistema “spiegabile” ha molte più probabilità di superare le severe revisioni normative rispetto a un’AI.

Cosa si intende esattamente per “microreattore”?

Un microreattore è una versione molto più piccola e semplificata di un reattore nucleare tradizionale. Il testo della ricerca si riferisce a impianti capaci di generare fino a 20 megawatt di energia termica (in confronto, una grande centrale supera spesso i 1.000-2.000 MW). Sono progettati per essere trasportabili e costruiti in fabbrica, riducendo i costi e i tempi di installazione, e sono pensati per fornire energia pulita e affidabile a utenze specifiche o isolate.

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