Hoje, existem 94 reactores nucleares em funcionamento nos Estados Unidos, mais do que em qualquer outro país do mundo, e estas unidades fornecem colectivamente quase 20 por cento da electricidade do país. Trata-se de um grande feito, segundo Dean Worth, mas ele acredita que o nosso país precisa de muito mais energia nuclear, especialmente num momento em que se procuram desesperadamente alternativas às centrais eléctricas baseadas em combustíveis fósseis. Ele se tornou engenheiro nuclear exatamente por esse motivo – para garantir que a tecnologia nuclear esteja à altura da tarefa de fornecer resultados neste momento de considerável necessidade.
“A energia nuclear tem sido uma parte tremenda da infra-estrutura energética do nosso país nos últimos 60 anos, e o número de pessoas que mantêm essa infra-estrutura é incrivelmente pequeno”, diz Worth, professor assistente do MIT no Departamento de Ciência e Engenharia Nuclear (NSE), bem como professor de Desenvolvimento de Carreira em Estudos Energéticos da Atlantic Richfield. “Ao se tornar um engenheiro nuclear, você se torna uma entre um seleto número de pessoas responsáveis pela geração de energia livre de carbono nos Estados Unidos.”
Period uma missão em que ele estava ansioso por participar, e os objectivos que estabeleceu para si próprio estavam longe de ser modestos: queria ajudar a projectar e introduzir uma nova classe de reactores nucleares, com base na segurança, na economia e na fiabilidade da frota nuclear existente.
Worth nunca vacilou nesse objetivo e só encontrou incentivo ao longo do caminho. A comunidade de engenharia nuclear, diz ele, “é pequena, unida e muito acolhedora. Depois de entrar nela, a maioria das pessoas não se sente disposta a fazer mais nada”.
Iluminando as relações entre processos físicos
Em seu primeiro projeto de pesquisa como estudante de graduação na Universidade de Illinois Urbana em Champaign, Worth estudou a segurança dos barris de aço e concreto usados para armazenar barras de combustível usadas de reatores depois de resfriadas em tanques de água, normalmente por vários anos. A sua análise indicou que este método de armazenamento period bastante seguro, embora a questão sobre o que deveria ser feito com estes barris de combustível, em termos de eliminação a longo prazo, permaneça em aberto neste país.
Depois de iniciar os estudos de pós-graduação na Universidade de Michigan em 2020, Worth iniciou uma linha de pesquisa diferente, na qual ainda hoje se dedica. Essa área de estudo, chamada modelagem multifísica, envolve observar vários processos físicos que ocorrem no núcleo de um reator nuclear para ver como eles interagem – uma alternativa ao estudo desses processos, um de cada vez.
Um processo-chave, a neutrónica, diz respeito à forma como os neutrões circulam no núcleo do reactor, causando a fissão nuclear, que é o que gera a energia. Um segundo processo, denominado termo-hidráulica, envolve o resfriamento do reator para extrair o calor gerado pelos nêutrons. Uma simulação multifísica, analisando como estes dois processos interagem, poderia mostrar como o calor transportado à medida que o reactor produz energia afecta o comportamento dos neutrões, porque quanto mais quente for o combustível, menor será a probabilidade de causar fissão.
“Se você quiser alterar seu nível de potência ou fazer qualquer coisa com o reator, a temperatura do combustível é um dado crítico que você precisa saber”, diz Worth. “A modelagem multifísica nos permite correlacionar os processos de fissão neutrônica com uma propriedade térmica, a temperatura. Isso, por sua vez, pode nos ajudar a prever como o reator se comportará sob diferentes condições.”
A modelagem multifísica para reatores de água leve, que operam hoje com capacidades da ordem de 1.000 megawatts, está bastante bem estabelecida, diz Costs. Mas os métodos de modelação de reatores avançados — pequenos reatores modulares (SMR com capacidades que variam entre 20 e 300 MW) e microrreatores (classificados entre 1 e 20 MW) — são muito menos avançados. Apenas um número muito pequeno destes reactores está em funcionamento actualmente, mas Worth está a concentrar os seus esforços neles devido ao seu potencial para produzir energia de forma mais barata e mais segura, juntamente com a sua maior flexibilidade em termos de potência e tamanho.
Embora as simulações multifísicas tenham fornecido à comunidade nuclear uma riqueza de informações, elas podem exigir supercomputadores para resolver ou encontrar soluções aproximadas para equações não lineares acopladas e extremamente difíceis. Na esperança de reduzir significativamente a carga computacional, Worth está explorando ativamente abordagens de inteligência synthetic que poderiam fornecer respostas semelhantes, ao mesmo tempo que contorna completamente essas equações pesadas. Esse tem sido um tema central de sua agenda de pesquisa desde que ingressou no corpo docente do MIT em setembro de 2025.
Um papel essential para a inteligência synthetic
O que a inteligência synthetic e os métodos de aprendizagem automática, em explicit, são bons é encontrar padrões ocultos nos dados, tais como correlações entre variáveis críticas para o funcionamento de uma central nuclear. Por exemplo, Worth diz, “se você me disser o nível de potência do seu reator, ele (IA) poderia lhe dizer qual é a temperatura do combustível e até mesmo lhe dizer a distribuição tridimensional da temperatura em seu núcleo”. E se isso puder ser feito sem resolver quaisquer equações diferenciais complicadas, os custos computacionais poderão ser bastante reduzidos.
Worth está investigando diversas aplicações onde a IA pode ser especialmente útil, como ajudar no projeto de novos tipos de reatores. “Poderíamos então contar com as estruturas de segurança desenvolvidas ao longo dos últimos 50 anos para realizar uma análise de segurança do projeto proposto”, diz ele. “Desta forma, a IA não terá interface direta com nada que seja crítico para a segurança.” Na sua opinião, o papel da IA seria aumentar os procedimentos estabelecidos, em vez de substituí-los, ajudando a preencher as lacunas existentes no conhecimento.
Quando um modelo de aprendizado de máquina recebe uma quantidade suficiente de dados para aprender, ele pode nos ajudar a entender melhor a relação entre os principais processos físicos – novamente, sem ter que resolver equações diferenciais não lineares.
“Ao definir realmente essas relações, podemos tomar melhores decisões de design nos estágios iniciais”, diz Worth. “E quando essa tecnologia for desenvolvida e implementada, a IA pode ajudar-nos a tomar decisões de controlo mais inteligentes que nos permitirão operar os nossos reactores de uma forma mais segura e económica.”
Retribuindo à comunidade que o criou
Simplificando, um dos seus principais objetivos é trazer os benefícios da IA para a indústria nuclear, e ele vê as possibilidades como vastas e em grande parte inexploradas. Worth também acredita que está bem posicionado como professor do MIT para nos aproximar do futuro nuclear que ele imagina. Na sua opinião, ele está trabalhando não apenas para desenvolver a próxima geração de reatores, mas também para ajudar a preparar a próxima geração de líderes na área.
Worth conheceu alguns membros em potencial dessa “próxima geração” em um curso de design que ele ministrou no outono passado com Curtis Smitho Professor KEPCO de Prática de Ciência e Engenharia Nuclear. Para Worth, essa introdução durou apenas alguns meses, mas foi o suficiente para ele descobrir que os alunos do MIT são excepcionalmente motivados, trabalhadores e capazes. Não é de surpreender que essas sejam as mesmas qualidades que ele espera encontrar nos alunos que se juntam à sua equipe de pesquisa.
Worth recorda vividamente o apoio que recebeu ao dar os primeiros passos neste campo. Agora que passou de graduação a professor e adquiriu um corpo substancial de conhecimento ao longo do caminho, ele deseja que seus alunos “experimentem a mesma sensação que tive ao entrar na área”. Além dos seus objetivos específicos para melhorar o projeto e a operação de reatores nucleares, Worth diz: “Espero perpetuar o mesmo ambiente divertido e saudável que me fez amar a engenharia nuclear em primeiro lugar”.