Editorial: Novel nuclear reactors and research reactors

doi:10.3389/fenrg.2025.1673172

2025-08-24

DOI：10.3389/fenrg.2025.1673172

原文链接

原文求助

摘要

En 中文

核能技术的进步使下一代反应堆系统引起了广泛关注，包括第四代反应堆、小型模块化反应堆（SMRs）和聚变反应堆。第四代设计——如超高温反应堆、液态金属冷却快堆和熔盐反应堆——在可持续性、安全性、成本效益和防扩散方面展现出显著改进（Li et al., 2025; Mochizuki, 2025; Liu et al., 2018）。与此同时，SMRs具有独特优势，包括应用灵活性、部署灵活性、增强的安全性和减少的环境影响。研究堆在核创新中也发挥着关键作用，承担材料辐照测试、同位素生产和核技术理论/实验研究等关键功能（Colvin et al., 2025; Jin et al., 2025）。与常规核电站相比，这些先进和研究堆具有独特的设计和运行特性，使其模拟和工程过程显著更加复杂和跨学科。近年来，随着第四代核系统、小型模块化反应堆和研究堆的持续创新，反应堆建模与模拟正朝着更高精度、多尺度化和多物理场耦合的方向发展（Weng et al., 2021; Fiorina et al., 2022）。新型反应堆的设计与应用呈现出更高的复杂性和多样性，对热工水力特性和安全提出了更高要求，同时也引入了燃料行为和材料演变方面的新挑战。为应对这些需求，研究人员正积极推动先进数值方法、耦合模拟工具和高性能计算的应用，同时加强模型验证和不确定性分析。与此同时，神经网络方法正越来越多地集成到反应堆系统的分析与优化中，为下一代核技术的设计与安全运行提供有力支持（Zou et al., 2023; Elhareef et al., 2023; Wang et al., 2025）。因此，核工程领域持续推进建模与模拟技术，以应对新型反应堆开发带来的复杂多样挑战，推动核技术向更高性能和创新水平发展。我们收集了Geng et al.、Cui and Cai、Wu et al.和Lu et al.关于新型核反应堆和研究堆的热工水力与安全分析的论文四篇。我们还收集了Cacuci关于不确定性量化、敏感性分析和优化的两篇论文。Cacuci介绍了nth-order adjoint sensitivity methodology（nth-FASAM-L），用于线性系统中的精确高阶敏感性计算，随后将其应用于中子慢化问题以展示优化效能。本专题聚焦于新型核反应堆和研究堆设计、模拟与分析的关键方面。收集的研究涵盖了热工水力行为、燃料与材料演变、概念创新和高阶敏感性分析。通过采用多物理场耦合、高保真建模和先进数值技术，这些工作展示了提升下一代核能系统安全性、效率和工程可行性的最新进展。展望未来，平衡计算精度与实践适用性仍然是先进建模与模拟技术的核心挑战。在模型验证、算法优化以及与人工智能集成方面的持续努力将为新型核反应堆系统的工业应用提供必要支持。

Keyword:

Generation IV reactors

small modular reactors

nuclear reactor simulation

thermal-hydraulics

uncertainty quantification