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中核集团原子能院成功开发出数字微堆

2016年7月27日，在国际原子能机构（iaea）、国家原子能机构（caea）和参与国际微堆低浓化和应用大会各国嘉宾的见证下。中核集团中国原子能科学研究院发布了其在数字反应堆领域的最新成果——数字微堆系统。这标志着我国已经全面掌握了数字微堆技术，也标志着中核集团在数字反应堆技术开发领域取得了重要突破。

关于数字微堆的科普知识阅读：

1、反应堆技术发展面临的问题

为了满足反应堆技术对安全性、可靠性、经济性、可持续性的要求，对反应堆工程的研究、设计、建造、运行、延寿、退役等方面均提出了新的挑战，例如，在基础研究方面需要开展大量的材料和燃料研究、热工流体和物理试验；在设计方面，堆芯设计、安全分析、系统设计，台架试验、零功率试验等大量的反应堆设计工作需要进行协同设计和优化；在建造方面，希望降低初期建造投资并减少建造周期；在运行方面，需要降低燃料成本，减少核废料的产生，保证各种环境条件下的安全运行；在延寿方面，需要开展大量的反应堆安全评价工作；在退役方面，需要优化退役流程，减少放射性废物和对环境的影响。

2、数字反应堆是什么

数字反应堆是基于高精度模拟技术、大数据应用技术和高速数据传输技术，应用先进的反应堆物理、热工水力、安全、燃料、结构力学、三维设计等计算机软件，对反应堆进行全方位、全周期的数字化模拟，使之具有可视及可操作性等，以完成反应堆现实的或超越现实的研究。

3、数字反应堆的三大优势

一般而言，数字反应堆有三大优势。第一是降低反应堆工程建设成本。第二是提高反应堆安全性。第三是协助促进核废物最小化。

4、数字反应堆十大关键技术

1）高性能并行数值计算技术

利用高性能并行计算技术，实现多物理场、多尺度的精细化模拟计算。

多物理场耦合 多尺度的精细化模拟

2）先进的中子物理分析技术

利用超精细网格和能群的先进中子学计算技术，实现多物理、全三维、全范围、紧耦合物理计算。

全堆芯pin -pin 中子场分布

3）辐射剂量场全耦合技术。

利用高精度中子、光子输运计算、先进建模方法，实现实时剂量场可视化。

辐射剂量场分布

4）先进的热工水力建模技术。

利用高性能计算技术，实现海量网格并行的cfd仿真计算。

栅板联箱流场模拟 堆本体流场模拟

5）先进的安全分析技术。

利用先进建模与仿真方法，实现对各种事故工况的全范围精细化仿真模拟。

6）材料模拟计算技术

利用辐照损伤多尺度模拟方法及大规模并行程序开发流程、物理建模方法，实现辐照损伤的多尺度模拟。

多尺度材料模拟

7）燃料性能分析技术

与堆芯物理、热工水力耦合，开展稳态、瞬态工况一体化分析，实现从微观尺度（原子）到宏观尺度（组件）的模拟分析。

8）多专业协同工厂设计

利用三维平台、厂房布置、管道布置、电气设计、工艺设计、协同设计软件，实现多专业并行协同设计和设计资源/数据/流程的高度集成。.

三维工厂设计 基于参数化的协同设计

9）三维结构设计

利用大规模并行计算技术 ，实现反应堆全寿期内多物理场耦合作用下的结构行为、演变过程的大规模高性能数值模拟。

结构设计 地震屈曲

10）虚拟工程仿真技术

利用可视化虚拟现实技术，实现反应堆建设、运行、维护和退役的虚拟仿真。

中子束流模拟 虚拟安装

5、数字反应堆五大寿命阶段

反应堆的全生命周期包括研究、设计、建造、运行及退役五大寿命阶段，数字化技术在各阶段有其重要意义。其中，反应堆技术研究阶段，可加速和改变反应堆物理、热工水力、材料、化学腐蚀、燃料和冷却剂等基础技术研究方法和思路；反应堆工程设计阶段，可实现反应堆工程各个专业的全流程协同设计；反应堆建造阶段，可支撑设备制造、安装、调试和试运行，大大缩短建设周期；反应堆运行阶段，可成为操纵员培训、操作规程验证、可运行性分析的重要手段，并大大减小核安全风险；反应堆退役阶段，可实现退役过程仿真、辐射剂量场实时分析和全三维耦合，从而大大减小退役实施过程的辐射安全风险。

6、数字微堆

中国原子能科学研究院作为“中国反应堆的摇篮”，基于其在反应堆工程基础技术和设计开发方面的雄厚经验，以及在反应堆研究、设计和安全分析软件方面的领先技术，近年来一直致力于开发先进的数字反应堆技术，目前首先在数字微堆（数字微型中子源反应堆）方面获得突破。

微型中子源反应堆（简称“微堆”或“mnsr”）是中国原子能科学研究院自主研发的一种小型低功率反应堆。微堆以其小型、易于操作、功率低、固有安全性好、对环境污染小、可建在大中城市人口稠密的大学和科研单位等优点，又被誉为“城市的蓝光”。从上个世纪80年代起微堆在国内外得以迅速地推广和应用，主要用于教学与培训、中子活化分析、中子照相、中子治癌等。

数字微堆是由中核集团中国原子能科学研究院利用数字反应堆技术，集微堆设计、建造、调试、运行和退役等方面多年的研发和工程经验的基础上所做的又一项开创性的工作。数字微堆采用三维建模、蒙卡方法、计算流体力学、屏蔽计算、燃料性能分析、系统瞬态分析、虚拟现实等先进设计技术，构建了一个虚拟数字反应堆集成开发环境，在该环境下可进行微堆“沉浸式”全厂漫游和设备展示，以及对安装、首次临界、运行、应用、退役和安全等全方位的模拟仿真，可为设计人员、建造人员、运行人员、维修人员、参观者等各类人员带来“所见及所得”的真实体验。

数字微堆更加直观地展现出微堆结构简单、易于操作和固有安全性好等优点，可大大提高公众对微堆的认知度和接受度。采用数字微堆技术后，新设计和建造一个微堆将显著缩短建设周期，节省建设投资，并可为用户提供数字化运行和维修的培训和教学系统，这将为微堆走出国门插上数字化的翅膀，让“城市的蓝光”照亮更多的城市，为和平利用原子能做出更大的贡献。

后续原子能院将加快开发各种类型数字反应堆，为中核集团正在推进的数字核工业技术增添新的内容，也将助力研究堆更快、更好、更容地走出去！