Koroushas Shirvanas, Branduolinio mokslo ir inžinerijos (NSE) katedros Johno Clarko Hardwicko karjeros plėtros profesorius, žino, kad branduolinė pramonė tradiciškai buvo atsargi naujovėms, kol neįrodyta, kad jos yra naudingos. Dėl to jis nenumaldomai sutelkė dėmesį į praktinį savo mokslinių tyrimų taikymą, darbą, kuris jam suteikė 2022 m. reaktorių technologijos apdovanojimą iš Amerikos branduolinės draugijos. „Apdovanojimas paprastai buvo pripažintas praktiniu indėliu į reaktorių projektavimo sritį ir dažnai nebuvo skiriamas akademinei bendruomenei”, – sako Shirvan.
Vienas iš šių „praktinių indėlių“ yra avarijoms atsparaus kuro srityje – programa, kurią JAV Branduolinės reguliavimo komisijos pradėjo po 2011 m. Fukušimos Daiichi incidento. Šios programos tikslas, sako Shirvanas, yra sukurti naujas branduolinio kuro formas, kurios galėtų toleruoti šilumą. Jo komanda, kurią sudaro studentai iš daugiau nei 16 šalių, dirba su daugybe galimybių, kurios skiriasi sudėtimi ir gamybos būdu.
Kitas Shirvano tyrimų aspektas yra susijęs su radiacijos poveikiu šilumos perdavimo mechanizmams reaktoriuje. Komanda nustatė, kad degalų korozija yra varomoji jėga. “[The research] praktiniu požiūriu informuoja, kaip branduolinis kuras veikia reaktoriuje“, – sako Shirvan.
Branduolinio reaktoriaus projektavimo optimizavimas
Vasaros stažuotė, kai Shirvan buvo Floridos universiteto Geinsvilio bakalauras, paskatino jo siekį sutelkti dėmesį į praktinį pritaikymą studijose. Netoliese esanti branduolinė įmonė prarado milijonus dėl ant kuro strypų besikaupiančių žievelių. Laikui bėgant įmonė sprendė problemą sunaudodama daugiau degalų, kol iš ankstesnių partijų išgavo visą gyvenimą.
Kuro strypų įdėjimas į branduolinius reaktorius yra sudėtinga problema, kurios rezultatams įtakos turi daug veiksnių – kuro eksploatavimo trukmė, karštųjų taškų vieta. Branduoliniai reaktoriai keičia kuro strypų konfigūraciją kas 18–24 mėnesius, kad optimizuotų beveik 15–20 apribojimų, todėl susidaro maždaug 200–800 blokų. Protu nesuvokiamas problemos pobūdis reiškia, kad augalai turi pasikliauti patyrusiais inžinieriais.
Stažuotės metu Širvanas optimizavo kuro strypų įdėjimo į reaktorių programą. Jis nustatė, kad tam tikri strypai mazguose buvo labiau linkę į nuosėdas, ir pakeitė jų konfigūracijas optimizuodamas šių strypų veikimą, o ne pridėdamas mazgų.
Pastaraisiais metais Shirvan konfigūracijos problemai pritaikė dirbtinio intelekto šaką – mokymosi pastiprinimą – ir sukūrė programinę įrangą, kurią naudoja didžiausia JAV branduolinė įmonė. „Ši programa suteikia net neprofesionalui galimybę perkonfigūruoti kurą ir reaktorių neturint specialių žinių“, – sako Shirvanas.
Nuo pažangios matematikos iki želė pupelių skaičiavimo
Paties Shirvan kompetencija branduolinio mokslo ir inžinerijos srityje vystėsi gana organiškai. Jis užaugo Teherane, Irane, o kai jam buvo 14 metų, šeima persikėlė į Geinsvilį, kur gyvena Širvano teta ir šeima. Jis prisimena keletą nepatogių metų naujojoje vidurinėje mokykloje, kur buvo suburtas su naujai atvykusiais tarptautiniais studentais ir įtrauktas į pradinio lygio klases. „Irane baigiau pažangiąją matematiką ir skaičiau želė“, – juokiasi jis.
Shirvan kreipėsi į Floridos universitetą dėl bakalauro studijų, nes tai buvo ekonomiškai prasminga; mokykla skyrė visas stipendijas Floridos studentams, kurie gavo tam tikrą minimalų SAT balą. Širvanas kvalifikuotas. Jo dėdė, kuris tada buvo branduolinės inžinerijos katedros profesorius, paskatino Shirvan lankyti pamokas katedroje. Kursai, kuriuos Shirvanas vedė dėdė, ir stažuotė sustiprino jo meilę tarpdisciplininiam požiūriui, kurio reikalavo ši sritis.
Visada žinojęs, kad nori mokyti – prisimena, kad Teherane anksti baigė matematikos testus, kad galėtų užsidirbti atlygį už tai, kad yra klasės prižiūrėtojas – Shirvan žinojo, kad šalia bus abiturientų mokykla. Jo dėdė paskatino jį kreiptis į MIT ir Mičigano universitetą, kur vyksta geros reputacijos šios srities programos. Shirvanas pasirinko MIT, nes „tik MIT buvo branduolinio projektavimo programa. Buvo dėstytojų, skirtų naujų reaktorių projektavimui, nagrinėjant kelias disciplinas ir visa tai sujungti. Jis tęsė magistro ir doktorantūros studijas NSE, vadovaujamas profesoriaus Mujido Kazimi, daugiausia dėmesio skirdamas kompaktiškų slėginių ir verdančio vandens reaktorių projektams. Kai Kazimi staiga mirė 2015 m., Širvanas buvo mokslininkas ir perėjo prie kadencijos, kad vadovautų profesoriaus komandai.
Kitas projektas, kurio Shirvanas ėmėsi 2015 m.: vadovavimas MIT kursui apie branduolinių reaktorių technologiją komunalinių paslaugų vadovams. Programa, kurią siūlo tik institutas, yra įvadas į branduolinę inžineriją ir saugą darbuotojams, kurie galbūt neturi daug patirties šioje srityje. „Tai puikus kursas, nes pamatysite, kokios yra tikrosios problemos energetikos sektoriuje, pavyzdžiui, tinklo stabilumas“, – sako Shirvan.
Daugialypis požiūris į taupymą
Kita labai reali problema, su kuria susiduria branduolinės energetikos įmonės, yra kaina. Priešingai nei girdime naujienose, vienas didžiausių kliūčių statant naujus branduolinius objektus Jungtinėse Valstijose yra kaina, kuri šiandien gali būti net tris kartus didesnė už atsinaujinančius energijos šaltinius, sako Shirvan. Nors buvo išbandyta daug metodų, pavyzdžiui, pažangi gamyba, Shirvan mano, kad sprendimas sumažinti išlaidas yra kompaktiškesnių reaktorių projektavimas.
Jo komanda sukūrė atvirojo kodo pažangų branduolinių sąnaudų įrankį ir daugiausia dėmesio skyrė dviem skirtingiems projektams: mažam vandens reaktoriui, kuriame naudojama kompaktiška garo technologija, ir horizontaliam dujų reaktoriui. Kompaktiškumas taip pat reiškia kuro efektyvumą, kaip tai daro Shirvan darbas, ir šilumos mainų įrenginio tobulinimą. Viskas grįžta į pagrindus ir pateikia „pagrįstus komercinius argumentus su jūsų tyrimu“, – aiškina Shirvan.
Shirvan džiaugiasi JAV branduolinės pramonės ateitimi ir tuo, kad 2022 m. Infliacijos mažinimo įstatymas suteikia tokias pačias subsidijas branduolinei energijai kaip ir atsinaujinantiems energijos šaltiniams. Jis pripažįsta, kad šiose naujose vienodose sąlygose pažangiosios branduolinės energijos įperkamumas dar turi nuveikti ilgą kelią. „Atėjo laikas žengti į priekį kuriant ekonomišką dizainą“, – sako Shirvan, – „Tikiuosi, kad galėsiu tai paremti, toliau vadovaudamas šioms pastangoms pasitelkdamas savo komandos tyrimus“.
