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Selbstlernende Computer können dank Künstlicher Intelligenz (KI) Schach oder das japanische Spiel "Go" so gut wie die Weltmeister in beiden Disziplinen bestreiten. Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und des US-Versorgers Exelon setzen dieses Prinzip ein, um die Brennstäbe und -elemente sowie die Steuerstäbe im Kern eines Reaktors optimal zu positionieren. Das verbessert die Ausnutzung des nuklearen Brennstoffs. Die Betriebskosten eines typischen Kernkraftwerks sinken dadurch um drei Millionen Dollar pro Jahr, heisst es.
Brennelemente bestehen aus hunderten schlanken Brennstäben, die mit angereichertem Uran gefüllt sind. Daneben gibt es Steuerstäbe, die Neutronen einfangen. Sie können mit Gadolinium gefüllt sein. Je tiefer diese im Reaktorkern stecken, desto geringer ist dessen Aktivität, bis hinunter zur völligen Abschaltung. Durch Ein- und Ausfahren dieser Elemente wird die Leistung des Reaktors gesteuert, sodass er möglichst gleichmässig Wärme erzeugt, die ausserhalb des Reaktordruckbehälters in Dampf umgewandelt wird, der zur Stromerzeugung dient.
Die Platzierung der Brennstäbe und -elemente, die unterschiedlich hoch angereichertes Uran enthalten sowie der Steuerstäbe ist entscheidend für die Effektivität der Anlage. Wie bei Schach oder Go gibt es schier unendlich viele Kombinationen der Positionierung. Menschen sind überfordert, wenn es darum geht, die unzähligen Möglichkeiten und die jeweiligen Folgen durchzuspielen. Die Stäbe stehen im Reaktorkern wie Schachfiguren auf dem Spielbrett. Bei einem idealen Layout beeinflussen sie sich gegenseitig so, dass die Neutronen, die die Atomkerne spalten, ideal über den gesamten Reaktorkern verteilt sind. Genau dieses Layout errechnet der smarte Computer.
"Dieses Verfahren kann auf jeden Kernreaktor der Welt angewendet werden", sagt der leitende Autor der Studie, Koroush Shirvan, Assistenzprofessor am Lehrstuh für Nuklearwissenschaften und -engineering des MIT. "Durch die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Kernenergie, die allein 20 Prozent des in den USA erzeugten Stroms liefert, können wir dazu beitragen, das Wachstum der globalen Kohlenstoffemissionen zu begrenzen", so der Nuklearwissenschaftler.