橡树岭国家实验室以先进建模仿真支撑核能部署

美国能源部 (DOE) 橡树岭国家实验室 (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) 正通过先进建模与仿真能力，为现役核电机组功率提升和先进反应堆部署提供技术支撑。相关工作覆盖反应堆物理、安全分析、燃料性能评估、实验验证和监管审查等多个环节。

在核能项目进入部件制造和工程建设之前，开发商、公用事业公司和监管机构通常需要通过计算分析和验证数据，确认反应堆系统及关键部件能够按设计要求运行。ORNL依托成熟软件、专家分析能力和高性能计算基础设施，为反应堆概念从设计走向示范提供技术依据，同时服务于现有核电站运行性能和可靠性提升。

在现役轻水堆方面，ORNL正利用建模和仿真技术评估功率提升方案。电力公司、设备供应商和监管机构与该实验室合作，模拟反应堆运行状态，分析部件升级效果，并为提高在运机组发电能力的决策提供支持。

在美国能源部核能先进建模与仿真项目支持下，ORNL使用反应堆应用虚拟环境 (Virtual Environment for Reactor Applications, VERA) 套件和BISON燃料性能代码，评估燃料在更高温度下长期运行的表现，以及在冷却剂丧失事故条件下的响应。这类分析有助于重新审视燃料性能相关的保守假设，并判断反应堆在更高功率水平下运行的可行性。

ORNL的相关能力以SCALE代码系统为重要基础。该工具可用于先进反应堆设计、安全分析和法规审查，功能覆盖反应堆物理、临界安全、辐射屏蔽、乏燃料特性分析，以及运输和贮存包装设计等领域。

2022年，ORNL协助美国核管理委员会 (Nuclear Regulatory Commission, NRC) 审查凯罗斯电力公司 (Kairos Power) 赫尔墨斯示范反应堆建设许可证申请。ORNL利用SCALE开展反应性、功率和核素库存分析，为先进反应堆许可审查提供了经过验证的计算工具和专业技术支持。赫尔墨斯示范反应堆是美国首个商用氟化物盐冷却高温反应堆示范项目。

ORNL还与先进反应堆开发商开展合作，为关键部署节点提供独立技术评估。近期，该实验室与安塔瑞斯核能公司 (Antares Nuclear) 合作，使用SCALE建模和仿真能力，对安塔瑞斯R1反应堆设计进行独立评估。该合作由“核能加速创新门户” (Gateway for Accelerated Innovation in Nuclear) 项目资助，重点分析反应堆关键性能和安全特性，以提高设计预测的可靠性，并为反应堆硬件研制和示范试验提供数据基础。

从现役机组功率提升到先进反应堆首堆示范，核能项目的部署往往取决于建设前完成的大量分析和验证工作。ORNL表示，其建模与仿真能力将继续为新一代核能技术提供严谨分析、可靠工具和工程化支撑。