中核集團原子能院成功開發出數字微堆

2016年7月27日，在國際原子能機構（IAEA）、國家原子能機構（CAEA）和參與國際微堆低濃化和應用大會各國嘉賓的見證下。中核集團中國原子能科學研究院發布了其在數字反應堆領域的最新成果——數字微堆系統。這標志著我國已經全面掌握了數字微堆技術，也標志著中核集團在數字反應堆技術開發領域取得了重要突破。鐵精粉

關于數字微堆的科普知識閱讀：

1、反應堆技術發展面臨的問題

為了滿足反應堆技術對安全性、可靠性、經濟性、可持續性的要求，對反應堆工程的研究、設計、建造、運行、延壽、退役等方面均提出了新的挑戰，例如，在基礎研究方面需要開展大量的材料和燃料研究、熱工流體和物理試驗；在設計方面，堆芯設計、安全分析、系統設計，臺架試驗、零功率試驗等大量的反應堆設計工作需要進行協同設計和優化；在建造方面，希望降低初期建造投資并減少建造周期；在運行方面，需要降低燃料成本，減少核廢料的產生，保證各種環境條件下的安全運行；在延壽方面，需要開展大量的反應堆安全評價工作；在退役方面，需要優化退役流程，減少放射性廢物和對環境的影響。

2、數字反應堆是什么

數字反應堆是基于高精度模擬技術、大數據應用技術和高速數據傳輸技術，應用先進的反應堆物理、熱工水力、安全、燃料、結構力學、三維設計等計算機軟件，對反應堆進行全方位、全周期的數字化模擬，使之具有可視及可操作性等，以完成反應堆現實的或超越現實的研究。

3、數字反應堆的三大優勢

一般而言，數字反應堆有三大優勢。第一是降低反應堆工程建設成本。第二是提高反應堆安全性。第三是協助促進核廢物最小化。

4、數字反應堆十大關鍵技術

1）高性能并行數值計算技術朝陽鐵精粉

利用高性能并行計算技術，實現多物理場、多尺度的精細化模擬計算。

多物理場耦合 多尺度的精細化模擬

2）先進的中子物理分析技術

利用超精細網格和能群的先進中子學計算技術，實現多物理、全三維、全范圍、緊耦合物理計算。

全堆芯pin -pin 中子場分布

3）輻射劑量場全耦合技術。

利用高精度中子、光子輸運計算、先進建模方法，實現實時劑量場可視化。朝陽鐵粉

輻射劑量場分布

4）先進的熱工水力建模技術。

利用高性能計算技術，實現海量網格并行的CFD仿真計算。

柵板聯箱流場模擬 堆本體流場模擬

5）先進的安全分析技術。

利用先進建模與仿真方法，實現對各種事故工況的全范圍精細化仿真模擬。

6）材料模擬計算技術

利用輻照損傷多尺度模擬方法及大規模并行程序開發流程、物理建模方法，實現輻照損傷的多尺度模擬。

多尺度材料模擬

7）燃料性能分析技術

與堆芯物理、熱工水力耦合，開展穩態、瞬態工況一體化分析，實現從微觀尺度（原子）到宏觀尺度（組件）的模擬分析。

8）多專業協同工廠設計

利用三維平臺、廠房布置、管道布置、電氣設計、工藝設計、協同設計軟件，實現多專業并行協同設計和設計資源/數據/流程的高度集成。.

三維工廠設計 基于參數化的協同設計

9）三維結構設計

利用大規模并行計算技術 ，實現反應堆全壽期內多物理場耦合作用下的結構行為、演變過程的大規模高性能數值模擬。

結構設計 地震屈曲

10）虛擬工程仿真技術

利用可視化虛擬現實技術，實現反應堆建設、運行、維護和退役的虛擬仿真。

中子束流模擬 虛擬安裝

5、數字反應堆五大壽命階段

反應堆的全生命周期包括研究、設計、建造、運行及退役五大壽命階段，數字化技術在各階段有其重要意義。其中，反應堆技術研究階段，可加速和改變反應堆物理、熱工水力、材料、化學腐蝕、燃料和冷卻劑等基礎技術研究方法和思路；反應堆工程設計階段，可實現反應堆工程各個專業的全流程協同設計；反應堆建造階段，可支撐設備制造、安裝、調試和試運行，大大縮短建設周期；反應堆運行階段，可成為操縱員培訓、操作規程驗證、可運行性分析的重要手段，并大大減小核安全風險；反應堆退役階段，可實現退役過程仿真、輻射劑量場實時分析和全三維耦合，從而大大減小退役實施過程的輻射安全風險。

6、數字微堆

中國原子能科學研究院作為“中國反應堆的搖籃”，基于其在反應堆工程基礎技術和設計開發方面的雄厚經驗，以及在反應堆研究、設計和安全分析軟件方面的領先技術，近年來一直致力于開發先進的數字反應堆技術，目前首先在數字微堆（數字微型中子源反應堆）方面獲得突破。

微型中子源反應堆（簡稱“微堆”或“MNSR”）是中國原子能科學研究院自主研發的一種小型低功率反應堆。微堆以其小型、易于操作、功率低、固有安全性好、對環境污染小、可建在大中城市人口稠密的大學和科研單位等優點，又被譽為“城市的藍光”。從上個世紀80年代起微堆在國內外得以迅速地推廣和應用，主要用于教學與培訓、中子活化分析、中子照相、中子治癌等。

數字微堆是由中核集團中國原子能科學研究院利用數字反應堆技術，集微堆設計、建造、調試、運行和退役等方面多年的研發和工程經驗的基礎上所做的又一項開創性的工作。數字微堆采用三維建模、蒙卡方法、計算流體力學、屏蔽計算、燃料性能分析、系統瞬態分析、虛擬現實等先進設計技術，構建了一個虛擬數字反應堆集成開發環境，在該環境下可進行微堆“沉浸式”全廠漫游和設備展示，以及對安裝、首次臨界、運行、應用、退役和安全等全方位的模擬仿真，可為設計人員、建造人員、運行人員、維修人員、參觀者等各類人員帶來“所見及所得”的真實體驗。

數字微堆更加直觀地展現出微堆結構簡單、易于操作和固有安全性好等優點，可大大提高公眾對微堆的認知度和接受度。采用數字微堆技術后，新設計和建造一個微堆將顯著縮短建設周期，節省建設投資，并可為用戶提供數字化運行和維修的培訓和教學系統，這將為微堆走出國門插上數字化的翅膀，讓“城市的藍光”照亮更多的城市，為和平利用原子能做出更大的貢獻。

后續原子能院將加快開發各種類型數字反應堆，為中核集團正在推進的數字核工業技術增添新的內容，也將助力研究堆更快、更好、更容地走出去！