Computational Tools for the Integrated Design of Advanced Nuclear Reactors

摘要

先进核反应堆可为全世界提供安全、清洁、可靠的电能。从概念设计前期,到详细设计工作、执照申请和电站运行等不同阶段,开发先进核反应堆对计算模型的依赖程度都非常高。一个综合性反应堆建模框架不仅可以实现无缝通信、连接、自动化和连续开发等功能,更可以极大地提高反应堆设计工作的能力和效率。在这种系统中,各种关键性能指标(如最优燃料管理、设计基础事故状态下包壳的峰值温度、平准化发电成本等)可以明确地与设计输入数据(如集成模块管道的厚度、容差等数据)联系在一起,保证极高的设计一致性。此系统结合高性能计算系统之后,能够同时执行数千个集成的案例对整个系统进行敏感性分析,从而高效、可靠地评估各种设计,确定最优方案。TerraPower公司开发了一款类似的工具,他们将其命名为"高级反应堆建模接口系统"(ARMI),并已将其应用于目前正在开发的TerraPower行波反应堆设计及其他创新性能源产品的设计工作中。ARMI系统使用之前已有的、具有强大谱系的各种工具,以及创新性设计所需的多种新的物理和数据管理模块。此系统将之前已有的和各种新的物理测量值(这些数据对任何优秀的设计而言都是非常重要的基础数据)进行了对比确认和验证。本文综述了集成反应堆堆芯工程设计工具的情况和TerraPower公司的生产实践情况。