Tegenwoordig zijn er in de Verenigde Staten 94 kernreactoren actief, meer dan in enig ander land ter wereld, en deze eenheden leveren gezamenlijk bijna 20 procent van de elektriciteit van het land. Dat is een grote prestatie, aldus Dean Price, maar hij is van mening dat ons land veel meer uit kernenergie nodig heeft, vooral op een moment dat er wanhopig gezocht wordt naar alternatieven voor op fossiele brandstoffen gebaseerde energiecentrales. Juist om deze reden is hij nucleair ingenieur geworden – om ervoor te zorgen dat de nucleaire technologie in deze tijd van grote nood zijn taak kan vervullen.
“Kernenergie is de afgelopen 60 jaar een enorm onderdeel geweest van de energie-infrastructuur van ons land, en het aantal mensen dat die infrastructuur onderhoudt is ongelooflijk 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 nucleair ingenieur te worden, word je een van een select aantal mensen die verantwoordelijk zijn voor koolstofvrije energieopwekking in de Verenigde Staten.”
Dat was een missie waaraan hij graag wilde deelnemen, en de doelen die hij zichzelf stelde waren verre van bescheiden: hij wilde helpen bij het ontwerpen en inluiden van een nieuwe klasse kernreactoren, voortbouwend op de veiligheid, de economie en de betrouwbaarheid van de bestaande kernvloot.
Price is nooit van dit doel afgeweken, en hij heeft onderweg alleen maar aanmoediging gevonden. De gemeenschap van kernenergie, zegt hij, “is klein, hecht en zeer gastvrij. Als je er eenmaal in zit, zijn de meeste mensen niet meer geneigd om iets anders te doen.”
Het verhelderen van de relaties tussen fysieke processen
In zijn eerste onderzoeksproject als student aan de Universiteit van Illinois Urbana in Champaign bestudeerde Price de veiligheid van de stalen en betonnen vaten die worden gebruikt om verbruikte splijtstofstaven uit de reactor op te slaan nadat ze zijn afgekoeld in watertanks, meestal gedurende meerdere jaren. Zijn analyse gaf aan dat deze opslagmethode redelijk veilig was, hoewel de vraag wat er uiteindelijk met deze brandstofvaten moet gebeuren, in termen van opslag op lange termijn, in dit land open blijft.
Nadat hij in 2020 begon met een graduate studie aan de Universiteit van Michigan, ging Price een andere onderzoekslijn volgen waar hij vandaag de dag nog steeds mee bezig is. Dat onderzoeksgebied, multifysische modellering genoemd, omvat het kijken naar 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.
Eén belangrijk proces, neutronica, heeft betrekking op de manier waarop neutronen rondzoemen in de reactorkern en kernsplijting veroorzaken, wat de energie genereert. Een tweede proces, thermische hydraulica genaamd, omvat het koelen van de reactor om de door neutronen gegenereerde warmte te onttrekken. Een multifysische simulatie, waarin wordt geanalyseerd hoe deze twee processen op elkaar inwerken, zou kunnen aantonen hoe de warmte die wordt afgevoerd terwijl de reactor stroom produceert, het gedrag van neutronen beïnvloedt, omdat hoe heter de brandstof is, hoe kleiner de kans is dat deze splijting veroorzaakt.
“Als je ooit je energieniveau wilt veranderen of iets met de reactor wilt doen, is de temperatuur van de brandstof een cruciale input die je moet weten”, zegt Price. “Multifysische modellering stelt ons in staat de splijtingsneutronische processen te correleren met een thermische eigenschap, de temperatuur. Dat kan ons op zijn beurt helpen voorspellen hoe de reactor zich onder verschillende omstandigheden zal gedragen.”
Multifysische modellering voor lichtwaterreactoren, de reactoren die momenteel in bedrijf zijn met capaciteiten in de orde van grootte van 1.000 megawatt, zijn redelijk goed ingeburgerd, zegt Price. Maar methoden voor het modelleren van geavanceerde reactoren – kleine modulaire reactoren (SMR’s met capaciteiten variërend van ongeveer 20 tot 300 MW) en microreactoren (met een vermogen van 1 tot 20 MW) – zijn veel minder geavanceerd. Slechts een heel klein aantal van deze reactoren is momenteel in bedrijf, maar Price richt zijn inspanningen hierop vanwege hun potentieel om goedkoper en veiliger energie te produceren, samen met hun grotere flexibiliteit in vermogen en omvang.
Hoewel multifysische simulaties de nucleaire gemeenschap van een schat aan informatie hebben voorzien, kunnen ze supercomputers nodig hebben om gekoppelde en uiterst moeilijke niet-lineaire vergelijkingen op te lossen of er benaderende oplossingen voor te vinden. In de hoop de rekenlast aanzienlijk te verminderen, onderzoekt Price actief kunstmatige-intelligentiebenaderingen die soortgelijke antwoorden kunnen bieden, terwijl deze lastige vergelijkingen geheel worden omzeild. Dat is een centraal thema in zijn onderzoeksagenda sinds hij in september 2025 bij de MIT-faculteit kwam.
Een cruciale rol voor kunstmatige intelligentie
Waar kunstmatige intelligentie en machinale leermethoden in het bijzonder goed in zijn, is het vinden van patronen die verborgen zijn in data, zoals correlaties tussen variabelen die cruciaal zijn voor het functioneren van een kerncentrale. Price zegt bijvoorbeeld: “Als je mij het vermogensniveau van je reactor vertelt, kan deze (AI) je vertellen wat de brandstoftemperatuur is en zelfs de driedimensionale temperatuurverdeling in je kern.” En als dit kan worden gedaan zonder ingewikkelde differentiaalvergelijkingen op te lossen, kunnen de rekenkosten aanzienlijk worden verlaagd.
Price onderzoekt verschillende toepassingen waarbij AI bijzonder nuttig kan zijn, zoals hulp bij het ontwerpen van nieuwe soorten reactoren. “We konden dan vertrouwen op de veiligheidskaders die de afgelopen vijftig jaar zijn ontwikkeld om een veiligheidsanalyse van het voorgestelde ontwerp uit te voeren”, zegt hij. “Op deze manier zal AI niet rechtstreeks communiceren met iets dat van cruciaal belang is voor de veiligheid.” Volgens hem zou de rol van AI erin bestaan gevestigde procedures aan te vullen, in plaats van deze te vervangen, en zo bestaande lacunes in de kennis te helpen opvullen.
Wanneer een machinaal leermodel voldoende gegevens krijgt om van te leren, kan het ons helpen de relatie tussen belangrijke fysieke processen beter te begrijpen – wederom zonder dat we niet-lineaire differentiaalvergelijkingen hoeven op te lossen.
“Door die relaties echt vast te leggen, kunnen we in een vroeg stadium betere ontwerpbeslissingen nemen”, zegt Price. “En wanneer die technologie wordt ontwikkeld en ingezet, kan AI ons helpen intelligentere controlebeslissingen te nemen, waardoor we onze reactoren op een veiligere en economischere manier 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 ook aan het helpen voorbereiden van de volgende generatie leiders in het veld.
Price maakte kennis met enkele potentiële leden van die ‘volgende generatie’ tijdens een ontwerpcursus die hij afgelopen najaar samen met Curtis Smith, de KEPCO-professor van de praktijk van nucleaire wetenschappen en techniek, gaf. Voor Price duurde die introductie slechts een paar maanden, maar het was lang genoeg om te ontdekken dat MIT-studenten uitzonderlijk gemotiveerd, hardwerkend en capabel zijn. 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 levendig de steun die hij kreeg toen hij zijn eerste, voorzichtige stappen op dit gebied zette. Nu hij is opgeklommen van bachelor tot hoogleraar en gaandeweg een aanzienlijke hoeveelheid kennis heeft verworven, wil hij dat zijn studenten “hetzelfde gevoel ervaren dat ik had toen ik het vakgebied betrad.” Naast zijn specifieke doelstellingen voor het verbeteren van het ontwerp en de werking van kernreactoren, zegt Price: “Ik hoop dezelfde leuke en gezonde omgeving te kunnen voortzetten die mij in de eerste plaats van kerntechniek heeft laten houden.”
