编者按: 利用计算程序为现有的反应堆申请执照在核友圈已经不是新鲜事了，可是把反应堆放到超大规模的高性能计算机环境中听起来却是很“高、大、上”，当然这并不能用来发电，而且超级计算机还要专门的核电站来供电，但是为什么核能工作者还要乐此不疲地去投入呢？本文就带大家走进虚拟反应堆的代表项目“CASL” 。

为了重塑美国在核能研发领域的领导力，美国能源部(DOE)核能办公室于2010年成立了核能先进仿真建模中心(A DOE Energy Innovation Hub for Modeling and Simulation of Nuclear Reactors)以发展核能数值仿真技术。先进仿真建模中心旨在成为与曼哈顿工程(核武器)、MIT 林肯实验室(雷达)、AT&T 贝尔实验室(晶体管)等具有同样影响力的创新中心。创新中心在发展核能数值仿真技术领域资助了轻水堆先进仿真联盟（The Consortium for Advanced Simulation of Light Water Reactors ）(CASL)和核能先进仿真与建模(NEAMS)两个项目。

CASL项目简介

成立时间：美国能源部核能办公室于2010年通过公开竞标，组织成立的用于营运核能仿真与建模创新中心的团队。

团队组成：该团队由橡树岭牵头的4个国家实验室，麻省理工为代表的3所大学及多个核工业企业及组织组成。

正如美国能源部副部长波内曼（Poneman）在宣布拨款成立CASL时所说，“成立这样的联合研发中心使我们又回到了美国最伟大的工业实验室在其鼎盛时期之辉煌的一页，建立既有创造性又高度一体化的研究团队，从而可以比分散着做取得更多成就，而且更快”。

CASL的任务与目标

CASL不仅是美国核工领域顶尖的科学家及工程师的团队，并拥有一流的计算机设备及软件资源，而且能源部给予了足够的经费以便在足够的时间里（一个年代，两个五年计划）让这个庞大的多领域的高度合作的团队能够实现那些确定的高度优先的目标，即创立一个真实的模拟现代核反应堆的数字反应堆（The Virtual Environment for Reactor Application），即VERA，以用来回答当前面临的关于反应堆运行及安全方面的重大问题。比如，反应堆功率的增加，寿命和运行执照的延长。而且，综合VERA研究得到的和实际的反应堆的数据，可以为近期，中期和长期核能开发提供技术方案，克服核工业面临的挑战，这也包括AP1000，及其他第三代水堆的研发和改进。

核工业所面临的重大挑战也就是CASL要集中努力解决的课题。几十年来这些挑战往往以牺牲经济效益而通过改变燃料的设计及运行等措施补足余量或加强限制，从而回避这些可能的挑战。

CASL的第一个五年计划具体规划：FY2010 – FY2014

第一年：确立高度优先项目的技术路线；

为田纳西流域管理局的Watts Bar核电站建立第一个高分辨率的堆芯模型；

首个燃料芯与包壳相互作用的三维评估；

打造VERA的结构并装入工业用地最基本的堆芯模拟机。

第二年：建立一套方法把以计算机为基础的工具放置于工业应用的环境中，以便在实况状态下作实验；

用VERA作中子物理模拟（预期堆芯中子分布的变化）。

第三年：提高中子物理学领域的模拟能力以得到整个堆芯内几千个燃料元件中中子运动的，以前从未获得过的详细情况。

第四年：演示用VERA能改进对燃料芯与包壳相互作用以及腐蚀引起的功率损失的理解（减少腐蚀能防止功率损失）；

在限定的范围内颁发VERA外部版，包括原有内部版的精细化，加上腐蚀及表面化学的模拟；

完成和验证VERA堆芯模拟机。

第五年：颁发VERA外部版：用Watts Bar 1号机组的多燃料循环的数据验证VERA，演示解决CRUD问题的能力。

经过五年的努力，CASL已完成了能对压水堆正常运行作分析的数字反应堆VERA（VERA文本3.3+MAMBA）。并取得了重大突破。解决了二十多年来从未解决的问题-CURD（在加拿大Chalk River 反应堆首先发现的燃料棒包壳表面的不明沉积物 Unidentified Deposits）。自2015年始，CASL除继续完善压水堆的瞬态模拟等功能外，又启动了第二个五年计划，即加入了沸水堆和小型堆，为此，能源部又拨款1.22亿美元。

CASL的第二个五年计划的关键目标：FY2015 – FY2019

1、深化VERA对压水堆的模拟功能并扩展至沸水堆和小堆，具体目标如下：

     · 事故状况下燃料性能模拟 以提高核电站的安全性；

     · 材料和冷却剂间的化学及腐蚀作用之模拟 以使寿命更长的电站减少腐蚀；

     · 在运行及瞬态工况下二相热工水力学模拟 以有效提高电站的性能；

     · 扩展到其他形式和未来的反应堆 已达到全工业领域性能的改进。

2、开发VERA模拟动力学的能力，改进计算机性能及精度，以创造最大的价值。

3、由CASL工业界委员会组建一个自身维持的机构，从事VERA未来的进一步提高，及推广应用至整个核工业界。