Momenteel zijn er 94 kernreactoren actief in de Verenigde Staten, meer dan enig ander land ter wereld, en deze eenheden leveren gezamenlijk bijna 20 procent van de elektriciteit van het land. Volgens Dean Price is dit een grote prestatie, maar hij is van mening dat ons land meer kernenergie nodig heeft, vooral in een tijd waarin wordt gezocht naar alternatieve energiecentrales op fossiele brandstoffen. Om deze reden werd hij nucleair ingenieur – om ervoor te zorgen dat de nucleaire technologie aan de hedendaagse behoeften kon voldoen.
“Kernenergie is de afgelopen 60 jaar een cruciaal onderdeel geweest van de energie-infrastructuur van ons land, en het aantal mensen dat die infrastructuur onderhoudt is erg klein”, zegt Price, assistent-professor aan het MIT bij het Department of Nuclear Science and Engineering (NSE), evenals de Atlantic Richfield Career Development Professor in Energy Studies. “Door een nucleair ingenieur te worden, word je een van de weinigen die verantwoordelijk zijn voor de opwekking van koolstofvrije energie in de Verenigde Staten.”
Het was een missie waaraan hij graag wilde deelnemen, en de doelen die hij zichzelf stelde waren verre van eenvoudig: hij wilde helpen bij het ontwerpen en introduceren van een nieuwe klasse kernreactoren, waarbij gebruik werd gemaakt van de veiligheid, de economie en de betrouwbaarheid van de bestaande kernvloot.
Price aarzelde nooit van dit doel en vond onderweg alleen maar aanmoediging. De kernenergiegemeenschap, zei hij, “is een kleine, hechte, zeer vriendelijke gemeenschap. Als je er eenmaal in zit, zullen de meeste mensen niet meer geïnteresseerd zijn om iets anders te doen.”
Verlicht de relaties tussen fysieke processen
In zijn eerste onderzoeksproject als student aan de Universiteit van Illinois Urbana in Champaign bestudeerde Price de veiligheid van stalen en betonnen vaten die worden gebruikt om verbruikte splijtstofstaven uit reactoren op te slaan nadat ze in watertanks waren afgekoeld, meestal gedurende meerdere jaren. Uit de analyse blijkt dat deze opslagmethode redelijk veilig is, alhoewel de vraag wat er uiteindelijk met deze brandstofvaten moet gebeuren, in termen van langetermijnberging, in het land nog steeds open is.
Nadat hij in 2020 begon met een graduate studie aan de Universiteit van Michigan, begon Price een ander onderzoeksgebied waar hij zich vandaag de dag nog steeds mee bezighoudt. Dat onderzoeksgebied, multifysica-modellering genoemd, omvat het observeren van verschillende fysieke processen die plaatsvinden in de kern van een kernreactor om te zien hoe ze op elkaar inwerken – een alternatief voor het één voor één bestuderen van deze processen.
Een van de belangrijkste processen, neutronica, heeft betrekking op de manier waarop neutronen in de reactorkern zoemen en kernsplijting veroorzaken, die vervolgens energie produceert. Het tweede proces, thermische hydraulica genaamd, omvat het koelen van de reactor om de door de neutronen geproduceerde warmte te onttrekken. Multifysische simulaties, die analyseren hoe deze twee processen op elkaar inwerken, kunnen laten zien hoe de warmte die wordt afgevoerd wanneer de reactor stroom produceert, het gedrag van de neutronen beïnvloedt, omdat hoe heter de brandstof is, hoe minder waarschijnlijk splijting plaatsvindt.
“Als je het energieniveau wilt veranderen of iets met de reactor wilt doen, is de brandstoftemperatuur een belangrijke input die je moet weten”, aldus Price. “Multifysische modellering stelt ons in staat het neutronische splijtingsproces te correleren met thermische eigenschappen en temperatuur. Dit kan ons op zijn beurt helpen voorspellen hoe de reactor zich onder verschillende omstandigheden zal gedragen.”
Multifysische modellering voor lichtwaterreactoren, die momenteel een capaciteit van ongeveer 1.000 megawatt hebben, is al redelijk goed ingeburgerd, aldus Price. Methoden voor het modelleren van geavanceerde reactoren – kleine modulaire reactoren (SMR’s met capaciteiten variërend van 20 tot 300 MW) en microreactoren (1 tot 20 MW) – zijn echter nog steeds minder geavanceerd. Slechts een paar van deze reactoren zijn momenteel in bedrijf, maar Price richt zijn inspanningen op deze reactoren vanwege hun potentieel om goedkoper en veiliger elektriciteit te produceren, evenals hun grotere flexibiliteit in vermogen en omvang.
Hoewel multifysische simulaties een schat aan informatie aan de nucleaire gemeenschap hebben opgeleverd, zijn er supercomputers nodig om de gekoppelde niet-lineaire vergelijkingen op te lossen of er benaderende oplossingen voor te vinden, en zijn ze erg moeilijk. In de hoop de rekenlast aanzienlijk te verminderen, onderzoekt Price actief kunstmatige-intelligentiebenaderingen die vergelijkbare antwoorden kunnen bieden en tegelijkertijd die lastige vergelijkingen kunnen omzeilen. Dit is een centraal thema geworden op zijn onderzoeksagenda sinds hij in september 2025 bij de MIT-faculteit kwam.
Een belangrijke rol voor kunstmatige intelligentie
Vooral kunstmatige intelligentie en machine learning-methoden zijn uitstekend in het vinden van verborgen patronen in data, zoals correlaties tussen variabelen die belangrijk zijn voor het functioneren van kerncentrales. Price zegt bijvoorbeeld: “Als je mij het vermogensniveau van je reactor vertelt, kan de AI je vertellen wat de brandstoftemperatuur is en zelfs de driedimensionale temperatuurverdeling in je kern.” En als dit kan worden gedaan zonder complexe differentiaalvergelijkingen op te lossen, kunnen de rekenkosten aanzienlijk worden verlaagd.
Price onderzoekt verschillende toepassingen waarbij AI bijzonder nuttig kan zijn, zoals het helpen ontwerpen van nieuwe typen reactoren. “We kunnen dan vertrouwen op de veiligheidskaders die de afgelopen vijftig jaar zijn ontwikkeld om veiligheidsanalyses van voorgestelde ontwerpen uit te voeren”, zei hij. “Op deze manier zal de AI niet direct communiceren met iets dat van cruciaal belang is voor de veiligheid.” Volgens hem is de rol van AI het aanvullen van bestaande procedures, en niet het vervangen ervan, en daarmee helpen bestaande leemten in de kennis op te vullen.
Wanneer een machine learning-model voldoende gegevens krijgt om van te leren, kan het ons helpen de relaties tussen belangrijke fysieke processen beter te begrijpen – wederom zonder dat we niet-lineaire differentiaalvergelijkingen hoeven op te lossen.
“Door die relaties echt tot stand te brengen, kunnen we in een vroeg stadium betere ontwerpbeslissingen nemen”, aldus Price. “En naarmate de technologie wordt ontwikkeld en geïmplementeerd, kan AI ons helpen slimmere controlebeslissingen te nemen, waardoor we reactoren op veiliger en zuiniger manieren kunnen exploiteren.”
Iets teruggeven aan de gemeenschap die hem heeft gevoed
Simpel gezegd is een van zijn belangrijkste doelen het brengen van de voordelen van AI naar de nucleaire industrie, en hij beschouwt de mogelijkheden als enorm en grotendeels onaangeboord. Price gelooft ook dat hij als professor aan het MIT goed gepositioneerd is om ons dichter bij de nucleaire toekomst te brengen die hij voor ogen heeft. Volgens hem werkt hij niet alleen aan de ontwikkeling van de volgende generatie reactoren, maar helpt hij ook de volgende generatie leiders op dit gebied voor te bereiden.
Price leerde enkele van de potentiële leden van de ‘volgende generatie’ kennen tijdens een ontwerpcursus die hij afgelopen najaar gaf bij Curtis Smith, KEPCO Professor of the Practice of Nuclear Science and Engineering. Voor Price duurde de introductie maar een paar maanden, maar het was lang genoeg om te weten dat MIT-studenten zeer gemotiveerd, hardwerkend en capabel waren. Het is niet verrassend dat dit dezelfde kwaliteiten zijn die hij hoopt te vinden in de studenten die zich bij zijn onderzoeksteam voegen.
Price herinnert zich nog goed de steun die hij kreeg toen hij zijn eerste voorzichtige stappen op dit gebied zette. Nu hij zich heeft opgeklommen van wetenschapper tot hoogleraar en tijdens zijn studie een schat aan kennis heeft vergaard, wil hij dat zijn studenten ‘hetzelfde gevoel ervaren dat ik voelde toen ik dit vakgebied betrad.’ Naast zijn specifieke doel om het ontwerp en de werking van kernreactoren te verbeteren, zei Price: “Ik hoop de leuke en gezonde omgeving te behouden die ervoor zorgde dat ik van kerntechniek ging houden.”
