要使核能成为具有竞争力的清洁能源，其生产成本必须达到经济可行的水平。
麻省理工学院（MIT）核科学与工程系（NSE）二年级博士生劳伦·福蒂尔，正在为此目标贡献力量——她致力于开发核电站自主控制的远程操作协议。
福蒂尔本科就读于西北大学材料科学与工程专业，凭借ROTC奖学金完成学业后，曾在南海深处的一艘美国航空母舰上负责监督核电站运营。"这是一段难得的独特经历，完全依赖核动力驱动舰船——只要核反应堆正常运转，舰船就能在海洋中航行，"她说道。
在担任海军核操作员期间，福蒂尔逐渐对核电站的运营工作产生了浓厚兴趣，深入学习了核电站运营背后的科学原理，同时也发现了现有流程中存在的诸多不足——许多操作极度依赖人工，她开始思考是否能改变这一现状。
从一线运营走向学术研究
正当福蒂尔反复思考这些问题时，海军为她提供了一个攻读硕士学位的机会，可从一系列认可专业中自由选择。她选择了MIT的核工程专业，将其视为自身工作经历的延伸。"此前我在核领域的经历大多是积极正面的，所以我想在此基础上更进一步，从实际操作领域迈入学术领域，"福蒂尔说。海军严格的专业训练也为她应对MIT的学术挑战打下了坚实基础。
在攻读硕士学位期间，福蒂尔为核电站运营开发了一套监督控制系统，借助一款具有强大热工水力响应能力的模拟器开展研究，并假设模拟实验中得出的规律能够应用于真实场景。
然而，硕士阶段的研究不过是这项工作的冰山一角，仍有大量问题有待深入探索。
展望核能的未来，建在偏远地区的小型核电站将是一种可能的发展方向。现有的大型传统核电站之所以能够维持密集的人工操作模式，是因为其满负荷运行产生的电力收益足以覆盖庞大人员开支。而分散部署在偏远地区的微型反应堆，则难以负担如此规模的人工团队。这正是受严格监督、经过充分验证的自主运营模式大有用武之地的场景。
核心问题由此浮现：如何推动核电站实现自主运营？福蒂尔希望构建一套统一的集成方案——一个中央监督控制系统，而非多个相互联结的独立模块。这一设想合情合理，但挑战在于，如何将原本以人工操作为核心的运营流程，改造为同样适合机器参与的模式。
福蒂尔意识到，无论监督控制系统的框架设计得多么完善，若其结构过于刚性、无法兼容人机协作，其实用价值将大打折扣。"因为整个体系以人为中心，就无法灵活选择执行某项操作的最优方式，"她指出。那么，能否让人与机器各展所长、协同配合，仅在必要时由人工进行策略性干预？
MIT的跨机构合作
这一目标颇具挑战性，研究范围早已超出一篇硕士论文所能涵盖的边界。博士学位成为顺理成章的选择，福蒂尔在2025年完成硕士学业后，继续攻读博士学位。
正是在探索自主运营的过程中，福蒂尔深刻体会到了MIT多方合作的力量。她的研究导师萨西特·切蒂纳尔同时任职于MIT核科学与工程系和爱达荷国家实验室（INL）。为解决如何构建具备有效且易于使用的人机交互界面的自主监督控制系统这一难题，福蒂尔与INL高级人因科学家卡佳·勒布朗展开合作，并借助INL人类系统仿真实验室的研究资源，深入理解了信息物理系统的设计方法。
"我是一名工程师，在人类行为研究方面经验有限，因此与INL的合作对我帮助极大。在许多方面我获益匪浅，包括当机器失效、需要人工接管时，整个系统应当如何响应，"福蒂尔说。
她还与西屋公司展开合作——西屋是当代及下一代核电站的主要设计机构和供应商，福蒂尔于2025年夏在该公司完成了一段实习——借此机会验证了她在自主运营解决方案方面的诸多设想。
在MIT，福蒂尔从联合导师阿努拉达·安纳斯瓦米处系统学习了控制理论。安纳斯瓦米是机械工程系主动自适应控制实验室的创始人兼主任。"她是控制系统领域的专家，对我帮助很大——我能说清楚核电站该做什么，而她能帮我从控制系统的角度理解如何更好地开展运营，"福蒂尔说。安纳斯瓦米在监督控制系统的框架设计与具体实施方面给予了福蒂尔持续指导。福蒂尔还修读了多门控制系统相关课程，为这一领域积累了扎实基础。INL前核安全与监管研究部门主任、现任MIT核科学与工程系韩电实践教授的柯蒂斯·史密斯，是福蒂尔的另一位联合导师。
逐步推进自主化进程
福蒂尔强调，她所设计的运营系统将采取渐进、系统化的方式逐步迈向自主化，以便与用户之间建立充分的信任。"当我们引入一套自动化流程，能够一步一步引导用户完成本就需要执行的操作，这会让人感到放心，也有助于建立信任，"她指出。她的博士研究聚焦于将目标导向型运营理念融入控制系统，使其能够自主生成达成特定目标所需的操作序列，而非机械地执行预设流程。
另一个令人信赖的关键点在于，福蒂尔采用的是基于有限状态自动机的自动化方案，而非AI——与AI相比，有限状态自动机的执行逻辑高度透明。她在2024年夏于INL实习期间对这一方法进行了深入研究，认为其核心优势在于它是一种离散事件系统：自动化框架中的每一步操作均由事件驱动，即"若发生某事，则执行相应操作"。这意味着系统能够根据电站当前状态动态调整，并在不同状态或事件之间实现清晰的切换。这是一种基于传统自动化技术解决复杂问题的思路，而非依赖AI驱动的自动化。"我们并不采用机器学习这类数据驱动的统计方法，因为目前我们还不具备验证此类系统运行的工具，"福蒂尔说。
未来影响
福蒂尔在核电站自动化领域的研究成果颇具前景，她因此荣获美国能源部核能大学计划2025年度"核能研究与开发创新学生竞赛"的获奖者之一。
将核电站自动化程序应用于新一代设备，将为商业微型反应堆的研发与部署提供重要动力。
不过，当务之急仍是对监督控制系统进行扩展，将针对单一控制环节所积累的研究成果加以系统整合。福蒂尔对未来充满期待。"与各方的合作、以及与利益相关方建立的合作关系，真正帮助我们产生了影响，也证明了这项工作的价值，"她说，"有时候当你只盯着自己的圈子，来自外部的视角真的非常有用。"
Q&A
Q1：劳伦·福蒂尔为什么选择研究核电站自主运营，而不是继续在海军服役？
A：福蒂尔在担任海军核操作员期间，发现核电站许多操作极度依赖人工，效率不高。她借助海军提供的攻读硕士学位机会，进入MIT核科学与工程系，从实际运营领域转向学术研究，探索如何通过自主控制系统降低对人工操作的依赖，并在完成硕士学位后继续攻读博士，深化相关研究。
Q2：核电站自主控制系统为什么不使用AI或机器学习，而是采用有限状态自动机？
A：福蒂尔解释，机器学习属于数据驱动的统计方法，目前尚缺乏有效工具对此类系统在核电站中的运行进行验证，安全性存在不确定性。相比之下，有限状态自动机是一种离散事件驱动系统，每一步操作逻辑清晰透明，能够根据电站当前实际状态进行动态响应，更易于监管与验证，更适合当前阶段的核电自动化需求。
Q3：微型反应堆为什么特别需要自主运营技术？
A：微型反应堆通常部署在偏远或农村地区，难以配备大规模专业运营团队，人工密集型的操作模式在经济上不可行。因此，开发经过严格验证的自主运营系统，能够在减少人员配置的同时保障安全运行，是微型反应堆实现大规模商业化部署的关键前提。
