Digital twin-centered hybrid data-driven multi-stage deep learning framework for enhanced nuclear reactor power prediction
Notice bibliographique
Résumé
The accurate and efficient modeling of nuclear reactor transients is crucial for ensuring safe and optimal reactor operation. Traditional physics-based models, while valuable, can be computationally intensive and may not fully capture the complexities of real-world reactor behavior. This paper introduces a novel hybrid digital twin-focused multi-stage deep learning framework that addresses these limitations, offering a faster and more robust solution for predicting the final steady-state power of reactor transients. By leveraging a combination of feed-forward neural networks with both classification and regression stages, and training on a unique dataset that integrates real-world measurements of reactor power and controls state from the Missouri University of Science and Technology Reactor (MSTR) with noise-enhanced simulated data, our approach achieves remarkable accuracy (96% classification, 2.3% MAPE). The incorporation of simulated data with noise significantly improves the model’s generalization capabilities, mitigating the risk of overfitting. Designed as a digital twin supporting system, this framework integrates real-time, synchronized predictions of reactor state transitions, enabling dynamic operational monitoring and optimization. This innovative solution not only enables rapid and precise prediction of reactor behavior but also has the potential to revolutionize nuclear reactor operations, facilitating enhanced safety protocols, optimized performance, and streamlined decision-making processes. By aligning data-driven insights with the principles of digital twins, this work lays the groundwork for adaptable and scalable solutions in nuclear system management. • The study proposes a multi-stage deep learning framework that combines classification and regression stages to predict the final steady-state power of reactor transients. • The framework is trained on a hybrid dataset that includes both real-world measurements and simulated data. • The use of simulated data with noise enhances the model’s robustness against overfitting. • The proposed framework demonstrates high accuracy in predicting reactor power. • The study’s findings suggest that the proposed framework offers a promising alternative for nuclear engineering applications.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».