CASL介绍：

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(CASL)和核能先进仿真与建模(NEAMS)两个项目。

其中轻水堆先进仿真联盟（CASL）项目是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。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。创新中心将利用仿真与建模的方法完成下列关键目标来实现其改善现有核能运营的目的。

在工程设计、分析中利用顶级计算能力实现提升反应堆功率，延长寿命，提高燃耗的目标；

 • 用高精度的方法(如利用中子输运和CFD 替代扩散理论和子通道方法)，为工程分析开发一个高度集成的、多物理耦合的仿真建模环境；

• 通过在 CASL 项目中直接使用先进的建模仿真方法来培养和培训反应堆工程师；

• 用具有预测功能的工具替代之前基于经验的设计和分析工具，以此提升基础科学能力；

• 结合不确定性量化(UQ)方法，并将其作为开发具有预测功能的数值反应堆工具的重要基础；

• 使 NRC 能够借助并利用CASL 的数值反应堆工具支持执照申请及认证工作。

CASL 将发展一套先进的仿真建模能力来开发一个可预测轻水堆特性的仿真环境——虚拟反应堆（VR）。VR的仿真环境将融合科学的模型、丰富的工程经验和先进的数值计算方法及计算机科学等基础，并将其仿真结果与正在运行的压水堆数据进行验证和不确定性量化（UQ）。在美国能源部的支持下VR将把现有的系统和安全分析工具与最先进的燃料性能、中子动力学、热工水力和结构性能模块进行耦合，该项工作将在当前顶级的计算机和先进的平台架构上完成。

为开发虚拟反应堆，CALS 项目将重点研究先进模型应用（AMA），虚拟反应堆的集成（VRI），模型和数值方法（MNM），材料性能和优化（MPO），不确定性量化和验证（VUQ）等5个关键技术领域。

AMA 是上述关键问题及全范围验证等应用的主要接口。AMA将开发一套功能需求，优先提供建模需求及评估能力为虚拟反应堆提供指导；VRI主要负责在软件框架下开发一套VR 工具来集成其他关键技术领域开发的模型、方法和数据；MNM将提升现有的并促进开发新的基础建模能力。这些建模能力可为中子物理及热工水力开发一套先进的算法，同时能与大规模并行求解环境进行集成。MNM的主要使命是交付一套辐射传输和热工水力组件，这些组件能够满足VR严格的物理模型和数值算法的要求；MPO主要为燃料、燃料包壳和材料结构开发优化的材料性能模型，对燃料和材料的失效进行更好地预测。MPO进行的科学工作将减少对相关实验的依赖；VUQ对VR 模型和集成系统的不确定性量化及验证对仿真建模在真实反应堆中的应用非常关键。运行和安全裕量测定的改善将会直接提升反应堆功率，并延长其寿命。VUQ提出的方法将会显著地提升核电分析的先进性并支持从整体试验向小尺度分项试验整合的方向转变。 

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