为使核能成为具有竞争力的清洁能源，核电站运营必须实现经济高效。麻省理工学院核科学与工程系（NSE）二年级博士生劳伦·福蒂尔正致力于为核电站自主控制开发远程操作协议，推动这一目标的实现。
福蒂尔本科就读于西北大学材料科学与工程专业，依靠预备役军官训练团奖学金完成学业。毕业后，她曾在南海深处的美国航空母舰上负责监督核电站运营。"那是一段极为特殊的经历，完全依赖核动力的运作方式让我印象深刻。航母在海上航行，靠的就是那座核反应堆，"她说。
在担任海军核操作员期间，福蒂尔逐渐对核电站的运营产生了浓厚兴趣，深入学习了电站运营背后的科学原理。与此同时，她也注意到许多操作流程高度依赖人工，开始思考是否存在更高效的方式。
从运营到学术
正当她酝酿这些想法时，海军为她提供了攻读硕士学位的机会。福蒂尔选择了麻省理工学院的核工程专业，作为此前工作的延伸。"我在核能领域的经历一直非常积极，所以我想在此基础上，从运营领域迈入学术领域，"她说。海军严格的训练也为她应对麻省理工学院的学术高压奠定了坚实基础。
硕士阶段，福蒂尔开发了一套用于核电站运营的监督控制系统，借助具备强热工水力响应能力的模拟器开展研究，并假设模拟实验中获得的经验可以迁移至实际应用。
然而，硕士研究只是开始，仍有大量工作有待完成。
面向未来，部署在农村地区的小型核电站是一种现实可能。传统大型核电站依赖大量人工操作，其满负荷运行的电力产出足以支撑庞大的运营团队。但分布式微型反应堆若要在偏远地区规模化部署，则难以维持大量人员配置，经过严格验证的自主运营系统将在此发挥关键作用。
核心问题在于：如何推动核电站向自主运营转型？福蒂尔希望构建一套统一的中央监督控制系统，而非多个相互关联的模块。然而，难点在于将原本以人工操作为主的流程改造成人机协同的模式。
"由于所有流程都以人为中心，系统无法灵活选择最优操作方式，"福蒂尔指出。她设想的解决方案是：人与机器各司其职、协同配合，仅在必要时由人工进行战略性介入。
麻省理工学院的跨机构合作
博士阶段，福蒂尔充分发挥了麻省理工学院的合作优势。她的研究导师萨奇特·塞蒂纳尔同时任职于麻省理工学院核科学与工程系和爱达荷国家实验室（INL）。为了设计出兼顾有效性与易用性的人机交互界面，福蒂尔与INL高级人因科学家卡提娅·勒布朗展开合作。INL人类系统仿真实验室的协作则帮助她深入理解了信息物理系统的设计方法。
"我本质上是一名工程师，在人类行为研究方面经验有限，因此与INL的合作让我受益匪浅。在人工介入时机的判断等诸多方面，我获得了宝贵的洞见，"福蒂尔说。
此外，她还与核电站设计领域的领军企业西屋电气合作，于2025年夏天在该公司完成了实习，对自主运营方案进行了实践检验。
在麻省理工学院，福蒂尔跟随联合导师阿努拉达·安纳斯瓦米学习控制理论。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，我能解释核电站需要做什么，而她能帮助我从控制系统的角度理解如何实现这些操作，"福蒂尔说。
安纳斯瓦米为她提供监督控制系统框架与执行方面的指导，福蒂尔也同步修读了多门控制系统相关课程，夯实学科基础。INL前核安全与监管研究部主任、现麻省理工学院核科学与工程系KEPCO实践教授柯蒂斯·史密斯，是她的另一位联合导师。
循序渐进地迈向自主运营
福蒂尔强调，她所设计的系统将以渐进方式推进自主化，以逐步建立用户信任。"当我们引入一套自动化流程，一步步引导操作人员完成既有操作时，这本身就能带来安慰感，有助于建立信任，"她说。她的博士研究聚焦于目标导向型运营，让控制系统能够自主规划实现目标所需的操作序列，而非固守预设的操作程序。
值得关注的是，福蒂尔采用的是有限状态自动机技术，而非AI。这一方法具有高度透明性，每一步操作均由事件驱动——"若发生某事，则执行某操作"——系统能够根据当前电站状态灵活调整，并清晰地在各状态间切换。她在2024年夏天于INL的实习期间对这一技术进行了深入研究。"我们没有采用机器学习这类数据驱动的统计方法，因为目前尚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获得了广泛认可，她荣获2025年美国能源部核能大学计划核能研发创新学生竞赛奖项。
将核电站自动化程序应用于下一代设备，将为商业微型反应堆的开发与部署提供重要支撑。
下一步，福蒂尔将专注于扩展监督控制系统的规模，将局部控制研究中积累的经验加以整合运用。"与各方合作伙伴建立的协作关系，以及与利益相关方形成的联结，真正帮助我们产生了实质影响，也支撑了这项工作的现实意义，"她说，"有时候，当你局限于自己的思维圈子时，外部视角的介入真的非常有价值。"
Q&A
Q1：劳伦·福蒂尔为什么不用AI来开发核电站自动化控制系统？
A：福蒂尔选择了有限状态自动机技术，而非机器学习或AI方法。原因在于有限状态自动机具有高度透明性，每一步操作均由明确的事件驱动，系统状态切换清晰可追溯。而数据驱动的统计方法（如机器学习）目前还不具备足够的验证工具，难以满足核电站这类高安全要求场景的标准，因此暂不适用。
Q2：核电站自主运营系统如何确保安全可信？
A：福蒂尔的设计采用循序渐进的方式推进自动化，通过逐步引导操作人员完成既有流程，帮助用户建立对系统的信任。此外，系统采用目标导向型运营逻辑，控制系统能自主规划操作序列，同时保留人工战略性介入的机制，确保人机协同、各司其职，而非完全取代人类操作员。
Q3：微型反应堆为什么需要自主控制系统？
A：传统大型核电站满负荷运行，电力产出足以支撑庞大的人工运营团队。但面向未来的微型反应堆往往部署在偏远农村地区，难以维持大量专业人员配置。自主控制系统能够在缺乏充足人力资源的环境下保障电站正常运行，是微型反应堆实现规模化商业部署的关键技术支撑。
