先进核能软件发展与核信息学实践

【摘要】：世界核能协会将三代及以上堆型称为先进核能系统,包括快中子增殖反应堆、加速器驱动次临界堆、聚变反应堆、混合反应堆等。先进核能系统带来了一系列全新的科学问题,如:中子能量范围大、能谱结构复杂、各向异性强烈,多种冷却剂特性各异,堆芯/包层结构复杂多样,材料性能要求更高,涉及新型燃料循环,多种物理效应紧密耦合等。传统核能软件难以解决这些问题。FDS团队依托多学科交叉的优势条件,在先进核能软件相关理论、算法和开发方面开展了深入研究,软件功能的普适性和信息技术的先进性是其重要特点。目前发展了涵盖基础物理问题模拟、设计交互与优化和多过程综合集成仿真等三大类二十余套先进核能软件,包括:通过国际组织QA认证的中子学软件,被选为国际重大科技合作项目"国际热核聚变实验堆(ITER)"的核设计与安全分析参考软件,已在四十多个国家获得广泛应用;以及在秦山第三核电厂稳定运行三年的风险监测器系统TQRM,该系统被中国核能行业协会鉴定为国内第一个具有完全自主知识产权的核电厂风险监测器系统,已达国际先进水平。综合化和集成化是国际先进核能软件发展的大趋势,FDS团队在上述先进核能软件研发基础上,启动了"数字社会环境下的虚拟核电站Virtual4DS"研发计划,该计划拟发展一套综合考虑辐射输运、燃耗、热工水力、结构应力、材料行为、燃料性能、概率安全、事故安全与环境影响等方面,支持核电站全范围全周期多物理过程综合模拟的三维高保真集成仿真环境。先进核能软件需要核科学与先进信息技术的深入交叉融合,这也正是核信息学研究的主要内容之一。本文将从学科体系角度对核信息学进行初步探讨和研究,并介绍FDS团队在先进核能软件发展方面的一些具体实践。