华能核能技术研究院反应堆工程团队在球床堆智能计算领域取得新进展

近日，华能核能技术研究院反应堆工程团队在球床式高温气冷堆多循环燃耗分布预测研究方向取得重要进展。相关研究成果以《Dynamic mode decomposition for multi-cycle burnup distribution prediction in the high-temperature gas-cooled reactor》为题，发表于国际核工程领域权威期刊《Nuclear Engineering and Design》(Volume 458, 2026, 115131)。

图1 论文封面

论文第一作者为华能核能技术研究院博士后陈舒宁，通讯作者为堆工所所长刘伟与上海交通大学刘晓晶教授。本研究得到中国华能集团有限公司科技项目“基于堆芯多物理场耦合的高温气冷堆燃料元件破损分析技术研究(HNKJ25-H201)”支持。

图2 球床高温气冷堆燃耗分解模态

球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)是我国自主研发的第四代先进核能系统，其燃料管理方式特殊，堆芯燃耗空间分布不均，因此传统中子物理-热工水力耦合计算耗时长、成本高。针对这一痛点，研究团队首次将动态模态分解(DMD)及基于Koopman算子的扩展方法(eDMD)引入燃耗预测，构建非侵入式数据驱动降阶模型。通过调节多项关键运行参数，建立上万组工况的燃耗演化数据集，模型直接从数据中学习时空演化规律，无需反复求解多物理耦合方程即可快速输出预测结果。

图3 标准DMD与eDMD含时燃耗预测精度对比

研究表明，标准DMD在循环前期精度较好，但随循环推进，误差逐步累积，堆芯上层区域偏差显著。为突破线性方法难以捕捉非线性扰动的局限，团队采用非线性提升的eDMD方法，有效抑制了逐循环误差累积，整体预测精度大幅提升，全堆平均误差控制在较低水平。同时，提取的低阶主导燃耗模态可分别对应燃耗深度轴向分布、燃料球与石墨球过渡特征与径向非均匀性，与堆芯物理规律相互契合，模型具备物理可解释性。

计算效率上，模型完成一次性训练后，燃耗空间分布含时演化预测仅需毫秒级，较传统多物理耦合计算提速6至10个数量级，模型文件体积不足1MB。该方法可为燃料管理快速筛选、参数不确定性分析等场景提供高效数值工具，有力支撑高温气冷堆堆芯设计优化与运行安全分析。