Hoje, existem 94 reatores nucleares em operação nos Estados Unidos, mais do que em qualquer outro país do mundo, e essas unidades, juntas, fornecem quase 20% da eletricidade do país. Isso é uma grande conquista, segundo Dean Price, mas ele acredita que o país precisa de muito mais da energia nuclear, especialmente em um momento em que alternativas às usinas termelétricas movidas a combustíveis fósseis são desesperadamente buscadas. Ele se tornou engenheiro nuclear justamente por esse motivo: garantir que a tecnologia nuclear esteja à altura da tarefa de atender a essa necessidade tão premente.

“A energia nuclear tem sido uma parte fundamental da infraestrutura energética do nosso país nos últimos 60 anos, e o número de pessoas que mantêm essa infraestrutura é incrivelmente pequeno”, afirma Price, professor assistente do Departamento de Ciência e Engenharia Nuclear (NSE) do MIT, além de professor titular da Cátedra Atlantic Richfield de Desenvolvimento de Carreira em Estudos de Energia. “Ao se tornar um engenheiro nuclear, você se torna parte de um seleto grupo de pessoas responsáveis pela geração de energia livre de carbono nos Estados Unidos.” 

Essa era uma missão na qual ele estava ansioso para participar, e os objetivos que estabeleceu para si mesmo estavam longe de ser modestos: ele queria ajudar a projetar e inaugurar uma nova classe de reatores nucleares, aproveitando a segurança, a economia e a confiabilidade da frota nuclear existente.

Price nunca se desviou desse objetivo e só encontrou incentivo ao longo do caminho. A comunidade de engenharia nuclear, diz ele, “é pequena, unida e muito acolhedora. Depois que você entra, a maioria das pessoas não se sente inclinada a fazer outra coisa”.

Em seu primeiro projeto de pesquisa como aluno de graduação na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, Price estudou a segurança dos contêineres de aço e concreto usados para armazenar barras de combustível nuclear irradiado após o resfriamento em tanques de água, geralmente por vários anos. Sua análise indicou que esse método de armazenamento era bastante seguro, embora a questão sobre o que deve ser feito com esses contêineres de combustível, em termos de descarte a longo prazo, permaneça em aberto neste país.

Após iniciar seus estudos de pós-graduação na Universidade de Michigan em 2020, Price adotou uma linha de pesquisa diferente, na qual permanece envolvido até hoje. Essa área de estudo, chamada modelagem multifísica, envolve a análise de diversos processos físicos que ocorrem no núcleo de um reator nuclear para observar como eles interagem — uma alternativa ao estudo desses processos individualmente.

Um processo fundamental, a neutrônica, diz respeito à forma como os nêutrons se movimentam no núcleo do reator, causando a fissão nuclear, que é o que gera a energia. Um segundo processo, chamado termohidráulica, envolve o resfriamento do reator para extrair o calor gerado pelos nêutrons. Uma simulação multifísica, analisando como esses dois processos interagem, poderia mostrar como o calor dissipado durante a produção de energia pelo reator afeta o comportamento dos nêutrons, pois quanto mais quente o combustível, menor a probabilidade de ocorrer fissão.

“Se você precisar alterar o nível de potência ou fazer qualquer alteração no reator, a temperatura do combustível é um dado crucial que precisa ser conhecido”, afirma Price. “A modelagem multifísica nos permite correlacionar os processos neutrônicos de fissão 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 são os que operam atualmente com capacidades da ordem de 1.000 megawatts, está bem estabelecida, afirma Price. Mas os métodos para modelar reatores avançados — pequenos reatores modulares (SMRs, com capacidades que variam de cerca de 20 a 300 MW) e microrreatores (com potência nominal de 1 a 20 MW) — são muito menos avançados. Apenas um número muito pequeno desses reatores está em operação hoje, mas Price está concentrando seus esforços neles devido ao seu potencial para produzir energia de forma mais barata e segura, além de 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 complexas. Na esperança de reduzir significativamente a carga computacional, Price está explorando ativamente abordagens de inteligência artificial que possam fornecer respostas semelhantes, evitando completamente essas equações complexas. Esse tem sido um tema central de sua agenda de pesquisa desde que ingressou no corpo docente do MIT em setembro de 2025.

O que a inteligência artificial e os métodos de aprendizado de máquina, em particular, fazem bem é encontrar padrões ocultos nos dados, como correlações entre variáveis críticas para o funcionamento de uma usina nuclear. Por exemplo, Price afirma: "se você me disser o nível de potência do seu reator, a IA poderá lhe dizer qual é a temperatura do combustível e até mesmo a distribuição tridimensional da temperatura no núcleo". E se isso puder ser feito sem resolver equações diferenciais complexas, os custos computacionais poderão ser drasticamente reduzidos.

Price está investigando diversas aplicações em que a IA pode ser especialmente útil, como auxiliar no projeto de novos tipos de reatores. "Poderíamos então nos basear nas estruturas de segurança desenvolvidas nos últimos 50 anos para realizar uma análise de segurança do projeto proposto", afirma. "Dessa forma, a IA não interagirá diretamente com nada que seja crítico para a segurança." Em sua visão, o papel da IA seria o de complementar os procedimentos estabelecidos, em vez de substituí-los, ajudando a preencher as lacunas de conhecimento existentes.

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 processos físicos importantes — novamente sem precisar resolver equações diferenciais não lineares. 

“Ao compreendermos essas relações com precisão, podemos tomar decisões de projeto melhores nos estágios iniciais”, diz Price. “E quando essa tecnologia for desenvolvida e implementada, a IA poderá nos ajudar a tomar decisões de controle mais inteligentes, o que nos permitirá operar nossos reatores de forma mais segura e econômica.”

Price conheceu alguns membros em potencial dessa “próxima geração” em um curso de design que ministrou em conjunto com Curtis Smith , professor titular da Cátedra KEPCO de Ciência e Engenharia Nuclear, no semestre passado. Para Price, essa apresentação durou apenas alguns meses, mas foi o suficiente para ele descobrir que os alunos do MIT são excepcionalmente motivados, dedicados e capazes. Não surpreendentemente, essas são as mesmas qualidades que ele espera encontrar nos alunos que se juntarem à sua equipe de pesquisa.

Price recorda vividamente o apoio que recebeu ao dar seus primeiros passos, ainda hesitantes, nessa área. Agora que galgou posições, de aluno de graduação a professor, e adquiriu um conhecimento substancial ao longo do caminho, ele quer que seus alunos “vivenciem a mesma sensação que eu tive ao entrar na área”. Além de seus objetivos específicos para aprimorar o projeto e a operação de reatores nucleares, Price afirma: “Espero perpetuar o mesmo ambiente divertido e saudável que me fez amar a engenharia nuclear desde o início”.