位于普渡大学校园地下的普渡大学一号反应堆(PUR-1)，是一座只用于研究的核反应堆。它产生的总能量大约相当于10台微波炉，但在美国核能研究中却有一个特殊身份：它是美国唯一一座获得美国核管理委员会许可的全数字化反应堆。
普渡大学这座已有64年历史的反应堆在2019年获得了下一代反应堆建成后也将具备的功能，使其成为测试人工智能、远程监控、自主控制和先进网络安全技术的理想场所，这些技术也将应用于新型反应堆。(普渡大学照片/约翰·安德伍德)
PUR-1建于1962年，最初采用模拟仪表和控制系统。2019年，在美国能源部核能办公室支持下，这座反应堆完成数字化升级，用电脑屏幕、键盘和以太网等数字化设备，取代了过去常见的旋钮、拨盘等模拟装置。普渡大学核工程学院院长、PUR-1设施主管Seungjin Kim表示，普渡大学转向数字化仪器和控制，是为了向核工业界证明，这条路在美国走得通。
全数字化的意义并不只在于控制室看起来更“现代”。对未来的小型模块化反应堆和微型反应堆来说，数字通信、远程控制、实时数据监测和人工智能辅助运行，都是降低运维成本、提升安全性和延长寿命的重要基础。许多先进反应堆未来可能由同一个控制中心远程操作，尤其适合服务农村或偏远地区，这也让PUR-1成为相关技术验证的现实平台。
普渡大学核工程助理教授、PUR-1副主任斯蒂利亚诺斯·查齐达基斯的团队，已于2023年完成PUR-1“数字孪生”系统建设。这个数字孪生体实时接收反应堆传感器数据，并通过人工智能算法进行预测和分析，使研究人员能够在不影响反应堆实际运行的情况下，对其数字副本开展实验。相关开发同样获得美国能源部核能办公室资助。
在《科学报告》发表的一项研究中，查齐达基斯团队与阿贡国家实验室合作者展示了PUR-1数字孪生模型的用途。他们利用该平台测试了一种面向小型模块化反应堆性能提升的机器学习算法，结果显示，该算法能够快速学习反应堆稳定功率测量背后的物理规律，并以99%的准确率预测相关指标随时间的变化。
远程监测和操作也带来了网络安全问题。普渡大学研究人员已利用PUR-1实时数据，评估人工智能和机器学习模型区分核系统异常与正常网络安全状态的能力。研究结果显示，这些模型能够成功识别异常网络安全事件。查齐达基斯团队还在探索量子加密用于保护反应堆通信的可行性，并计划通过PUR-1数字孪生模型访问真实信号，测试量子设备能否对相关数据进行加密。
PUR-1不仅服务科研，也承担教学和公众科普功能。普渡大学师生利用它开展网络安全、高级数字控制、中子活化和同位素生产等方向的学习与研究。学生还可以参加美国核管理委员会组织的考试，取得PUR-1操作许可。该反应堆设施每年平均接待约1500名参观者，包括学校参观团、核能行业代表和政策制定者。
普渡大学核工程学院还面向高中生开设“原子运作”暑期项目，让学生了解反应堆工作原理并参与实践活动;2025年夏季，该学院又为高中教师举办了为期三天的试点研讨会。对于没有研究堆的高校学生，PUR-1也通过美国能源部资助的反应堆共享项目开放实验机会，使他们能够进行启动程序、功率调整等训练，提前接触未来先进反应堆可能采用的数字化技术。
