Nükleer reaktörlerde yapay zekâ (YZ), nükleer enerji santrallerinin tasarımı, işletilmesi, bakımı ve güvenliğinin artırılması amacıyla makine öğrenimi, büyük veri analizi, otomasyon ve sensör teknolojileri gibi YZ alt dallarının kullanıldığı gelişmekte olan bir alandır. YZ'nin nükleer endüstrideki temel amacı, operasyonel verimliliği yükseltmek, maliyetleri düşürmek, insan hatalarını minimize etmek ve özellikle güvenlik protokollerini güçlendirerek nükleer santrallerin daha güvenli ve güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlamaktır. [2, 5, 10] Artan enerji talepleri ve iklim değişikliğiyle mücadele kapsamında düşük karbonlu enerji kaynaklarına olan yönelim, nükleer enerjinin rolünü yeniden gündeme getirirken, YZ teknolojileri bu alanda önemli yenilikler ve optimizasyon potansiyelleri sunmaktadır. [1, 6]
Nükleer Reaktör Operasyonlarında Yapay Zekâ Uygulamaları
Yapay zekâ, nükleer reaktörlerin günlük operasyonlarının birçok farklı aşamasında devrim yaratma potansiyeline sahiptir. Bu uygulamalar, santral verimliliğinden güvenliğe kadar geniş bir yelpazede faydalar sunmaktadır.
Kestirimci Bakım ve Anomali Tespiti
Nükleer santrallerde kullanılan ekipmanların sürekli ve güvenilir bir şekilde çalışması kritik öneme sahiptir. Yapay zekâ algoritmaları, sensörlerden gelen büyük miktarda veriyi (sıcaklık, basınç, titreşim vb.) gerçek zamanlı olarak analiz ederek ekipmanlardaki olası arızaları veya anormal durumları henüz oluşmadan önce tespit edebilir. [2, 5] Makine öğrenimi modelleri, geçmiş arıza verileri ve normal çalışma örüntüleri üzerinden eğitilerek, gelecekteki potansiyel sorunları büyük bir doğrulukla tahmin edebilir. Bu sayede, bakım faaliyetleri reaktif (arıza sonrası) olmaktan çıkıp proaktif (önleyici) bir yaklaşıma dönüşür. Kestirimci bakım, beklenmedik duruşları azaltır, bakım maliyetlerini düşürür ve santralin genel güvenliğini artırır. [5, 6] Güney Kore merkezli enerji devi Korea Hydro & Nuclear Power, ABD'deki Constellation Energy ile iş birliği yaparak yapay zekayı bir nükleer santralin operasyonlarına entegre etmiş, bu sistem anlık veri analizleriyle riskleri erken aşamada tespit edebilmektedir. [13]
Reaktör Kontrolü ve Optimizasyonu
YZ, reaktör çekirdeğindeki nötron akışı, sıcaklık dağılımı ve diğer kritik parametrelerin daha hassas bir şekilde kontrol edilmesine yardımcı olabilir. [21] Gelişmiş algoritmalar, reaktörün anlık durumunu sürekli izleyerek ve gelecekteki davranışını modelleyerek, güç üretimini optimize edebilir ve yakıtın daha verimli kullanılmasını sağlayabilir. [6] Bu, hem enerji üretim verimliliğini artırır hem de yakıt döngüsü maliyetlerini düşürür. Otomatik kontrol sistemleri, insan müdahalesini azaltarak operasyonel tutarlılığı ve güvenliği artırabilir. [5]
Yakıt Yönetimi ve Verimliliği
Nükleer yakıtın reaktör içinde optimal bir şekilde yerleştirilmesi ve kullanılması, hem ekonomik hem de güvenlik açısından önemlidir. Yapay zekâ, yakıt demetlerinin yeniden düzenlenmesi ve taze yakıtın yüklenmesi süreçlerini otomatikleştirmek ve optimize etmek için kullanılabilir. [4] YZ tabanlı simülasyonlar, farklı yakıt yerleşim senaryolarının uzun vadeli etkilerini analiz ederek en verimli ve güvenli yakıt yönetim stratejilerinin belirlenmesine olanak tanır. Bu, yakıtın yanma derecesini artırarak enerji üretimini maksimize ederken, atık miktarını da azaltmaya yardımcı olabilir. [14, 21]
Güvenlik İzleme ve Acil Durum Müdahalesi
Nükleer güvenlik, endüstrinin en önemli önceliğidir. YZ sistemleri, radyasyon seviyeleri, sızıntı tespit sistemleri ve diğer güvenlik sensörlerinden gelen verileri sürekli olarak analiz ederek potansiyel güvenlik tehditlerini veya anormal durumları anında tespit edebilir. [2, 41] Örneğin, İstinye Üniversitesi'nde geliştirilen bir projede, nükleer reaktörlerin termal gücünü nötrino detektörleri ve yapay zeka ile analiz ederek ek bir güvenlik katmanı oluşturulması hedeflenmektedir. [12, 32] Acil bir durumda, YZ destekli sistemler, durumu hızla değerlendirerek operatörlere karar verme süreçlerinde yardımcı olabilir ve otomatik güvenlik protokollerini devreye sokabilir. [40] YZ ayrıca, nükleer tesislerde siber saldırıların tespit edilmesine ve önlenmesine de katkıda bulunabilir. [2, 34]
Yapay Zekânın Nükleer Reaktör Tasarımı ve Geliştirilmesindeki Rolü
Yapay zekâ, sadece mevcut reaktörlerin operasyonlarını iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda yeni nesil nükleer reaktörlerin tasarımı ve geliştirilmesi süreçlerinde de önemli bir rol oynar.
Malzeme Bilimi ve Keşfi
Nükleer reaktörlerde kullanılacak malzemelerin yüksek sıcaklık, basınç ve radyasyon koşullarına dayanıklı olması gerekir. Yapay zekâ algoritmaları, mevcut malzeme veritabanlarını analiz ederek ve moleküler simülasyonlar yaparak yeni ve daha dayanıklı malzemelerin keşfedilmesini hızlandırabilir. [9] Bu, reaktörlerin ömrünü uzatabilir ve güvenliklerini artırabilir.
Simülasyon ve Modelleme
Reaktör tasarımı, karmaşık fiziksel süreçlerin hassas bir şekilde modellenmesini gerektirir. YZ, bu simülasyonların daha hızlı ve daha doğru bir şekilde yapılmasını sağlayarak tasarım döngülerini kısaltabilir. [2] Makine öğrenimi, deneylerden ve simülasyonlardan elde edilen büyük veri setlerini analiz ederek reaktör davranışını daha iyi anlamamıza ve tasarımları optimize etmemize yardımcı olabilir.
Yeni Nesil Reaktör Tasarımı
Küçük Modüler Reaktörler (SMR'ler) ve dördüncü nesil reaktörler gibi yeni reaktör konseptlerinin geliştirilmesinde YZ önemli bir araçtır. [1, 9, 28] YZ, bu yenilikçi tasarımların optimizasyonunda, güvenlik analizlerinde ve ekonomik fizibilite çalışmalarında kullanılabilir. [9, 19, 26] Örneğin, FİGES gibi şirketler, toryum kullanabilen Ergimiş Tuz Reaktörleri (ETR) gibi yeni nesil reaktör tasarımlarında YZ teknolojilerinden faydalanmayı hedeflemektedir. [26] Teknoloji devleri de yapay zekanın artan enerji ihtiyacını karşılamak için SMR'lere yatırım yapmaktadır. [24, 27, 30, 35, 36, 42, 43, 44]
Zorluklar ve Etik Hususlar
Nükleer reaktörlerde yapay zekâ kullanımı önemli faydalar sunsa da beraberinde bazı zorlukları ve etik kaygıları da getirmektedir.
Siber Güvenlik Riskleri
YZ sistemlerinin nükleer santrallerin kontrol sistemlerine entegre edilmesi, yeni siber güvenlik açıkları yaratabilir. [1, 34] Bu sistemlerin kötü niyetli aktörler tarafından ele geçirilmesi veya manipüle edilmesi felaketle sonuçlanabilecek senaryolara yol açabilir. Bu nedenle, YZ uygulamalarının siber güvenlik standartlarının en üst düzeyde olması ve sürekli güncellenmesi kritik bir zorunluluktur. [34, 45]
Veri Gereksinimleri ve Kalitesi
Makine öğrenimi modellerinin etkili bir şekilde eğitilebilmesi için büyük miktarda yüksek kaliteli veriye ihtiyaç vardır. [22] Nükleer endüstride, özellikle eski santrallerde, bu tür verilerin toplanması, standartlaştırılması ve YZ sistemleri için uygun hale getirilmesi zorlayıcı olabilir. Veri gizliliği ve güvenliği de önemli bir husustur.
Regülasyon ve Kamuoyu Kabulü
Nükleer endüstri, katı düzenleyici kurallara tabidir. [3, 22] YZ gibi yeni teknolojilerin santrallere entegrasyonu, mevcut düzenleyici çerçevelerin güncellenmesini ve YZ sistemlerinin güvenilirliğinin ve güvenliğinin titizlikle kanıtlanmasını gerektirecektir. [25, 29] Ayrıca, nükleer enerjiye yönelik kamuoyundaki endişeler ve YZ'nin karar alma süreçlerindeki rolü hakkında şeffaflık sağlanması, teknolojinin kabul görmesi için önemlidir. [11, 15, 31]
İnsan Faktörü ve Sorumluluk
YZ sistemlerinin otomasyonu artırması, bazı durumlarda insan operatörlerin becerilerinin körelmesine veya karar alma süreçlerinden uzaklaşmasına yol açabilir. [7] Bir kaza veya hata durumunda sorumluluğun kime ait olacağı (YZ geliştiricisi, santral operatörü vb.) gibi etik ve hukuki sorular da netleştirilmelidir. [8] Açıklanabilir YZ (Explainable AI - XAI) modellerinin geliştirilmesi, YZ'nin karar süreçlerinin insanlar tarafından anlaşılmasına yardımcı olabilir. [16]
Gelecek Perspektifi
Nükleer reaktörlerde yapay zekânın geleceği, daha otonom operasyonlara, gelişmiş güvenlik sistemlerine ve optimize edilmiş enerji üretimine doğru ilerlemektedir.
Otonom Operasyonlar
Gelecekte, YZ'nin nükleer santrallerin bazı rutin operasyonlarını tamamen otonom bir şekilde yönetmesi mümkün olabilir. [6] Bu, insan müdahalesini minimize ederek verimliliği artırabilir ve insan kaynaklı hataları azaltabilir. Ancak bu tür bir otonomi, son derece güvenilir ve test edilmiş YZ sistemleri gerektirecektir.
Diğer Gelişmiş Teknolojilerle Entegrasyon
YZ, dijital ikizler, Nesnelerin İnterneti (IoT) ve robotik gibi diğer gelişmiş teknolojilerle entegre edilerek nükleer santrallerin performansını daha da artırabilir. [5] Dijital ikizler, fiziksel bir reaktörün sanal bir kopyasını oluşturarak YZ algoritmalarının test edilmesi ve senaryo analizleri yapılması için güvenli bir ortam sağlar.
Küresel İşbirliği ve Standardizasyon
YZ'nin nükleer endüstride güvenli ve etkili bir şekilde kullanılabilmesi için uluslararası işbirliği ve standartların geliştirilmesi önemlidir. [2, 23] Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA) gibi kuruluşlar, bu alandaki iyi uygulamaların paylaşılması ve ortak güvenlik protokollerinin oluşturulmasında kilit bir rol oynamaktadır. [2, 6, 25]
