研究人员开发先进模型以提高下一代反应堆安全性

Techpai 5月 23, 2021 2.13w 浏览 0

当最大的地震之一在2011年3月11日袭击日本时，福岛第一核电站的核反应堆按照设计自动关闭了。应急系统本来可以帮助维持核芯的必要冷却，但被随后的海啸摧毁。由于反应堆不能再自我冷却，核心过热，导致严重的核熔毁，这是自1986年切尔诺贝利灾难以来从未出现过的情况。

从那时起，反应堆在安全性、可持续性和效率方面有了成倍的提高。与福岛的轻水反应堆不同，它有液体冷却剂和铀燃料，而目前这一代反应堆有多种冷却剂选择，包括熔盐混合物、超临界水，甚至氦气等气体。

来自德克萨斯A&M大学核工程系的研究团队一直在研究一种新型第四代反应堆，即卵石床反应堆。卵石床反应堆使用球形燃料元件（被称为卵石）和流体冷却剂（通常是气体）。

在这样的反应堆中大约有40,000个燃料卵石。你可以把反应堆想象成一个真正的大桶，里面有4万个网球。

在事故发生期间，随着反应堆核心的气体开始升温，下面的冷空气开始上升，这个过程被称为自然对流冷却。此外，燃料卵石由热解碳和三向同性颗粒制成，使其能够抵抗高达3000华氏度的温度。作为一个极高温反应堆（VHTR），卵石床反应堆可以通过被动的自然循环来冷却，使得理论上不可能发生像福岛那样的事故。

然而，在正常运行期间，高速流动冷却卵石。这种流动在燃料卵石周围和之间产生运动，类似于一阵风改变网球轨迹的方式。你如何解释卵石之间的摩擦以及这种摩擦在冷却过程中的影响？

研究团队最近发表在《核技术》杂志上的研究成果回答这个问题。

他们使用离散元素法求解这些’网球’的位置，其中考虑了流动引起的运动和所有网球之间的摩擦，然后根据SANA实验中的热测量结果对该耦合模型进行测试。

研究团队开发了一个耦合的计算流体力学-离散元素方法模型，用于研究卵石床上的流动。这个模型现在可以应用于所有的高温卵石床反应器，并且是首个计算模型，计算模型更准确地评估反应堆中的不同物理现象。获取更多前沿科技研究访问：https://byteclicks.com

随着人工智能的不断进步，它在计算建模和仿真方面的应用也在不断增加。正是像这样的高精度工具，使供应商能够开发出更好的反应器。

卵石床反应器使用被动自然循环进行冷却，因此从理论上讲不可能发生堆芯熔化。

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