為了幫助美國核管理委員會 (NRC) 評估下一代核動力反應堆、燃料循環設施和燃料技術的安全性，桑迪亞國家實驗室的研究人員一直在擴展名為 Melcor 的嚴重事故建模計算機代碼，以使用不同的反應堆幾何形狀、燃料類型和冷卻劑系統。

(圖片：美國能源部)

數十年來，Sandia 和 NRC 一直在共同努力，以促進對事故條件下系統性能的理解。這項研究涵蓋了事故進展、可燃氣體產生和運輸、熔融堆芯混凝土相互作用、燃料冷卻劑相互作用等領域。從 1980 年代開始，NRC 指示桑迪亞將這些功能整合到一個軟件包中。

泄漏和釋放后果估計方法 (Melcor) 代碼可以對包括核電廠可能發生的嚴重事故在內的各種現象進行建模，然后估計由于事故可能導致的放射性物質泄漏程度。代碼的工作始于 1979 年三哩島事故之后。

自 2000 年代初以來，Melcor 已得到擴展和更新，以支持其他類型核設施的安全評估——包括研究反應堆、生產醫用同位素的反應堆和美國能源部使用放射性材料的設施——甚至聚變反應堆。

目前，計算機代碼用于通知 NRC 的監管決策活動，包括新反應堆的許可審查，以了解可能性極低但影響大的事故的風險。桑迪亞的代碼被用來研究日本福島第一核電站的事故，并為 NRC 評估美國核反應堆的幾項安全改進措施降低風險的潛力。

下一代反應堆設計

自 2018 年以來，桑迪亞擴大了嚴重事故代碼，以評估下一代反應堆的風險和對燃料循環的總體影響。

“我們希望利用代碼中數十年的經驗和經過驗證的模型，并將其擴展到新的反應堆設計和新應用，”首席代碼開發人員 Larry Humphries 說。“該規范是適用于存在大量不確定性的新反應堆設計的理想工具。它能夠設置靈敏度參數并確定哪些變量對于為監管機構生成風險評估數據至關重要。”

為了證明 Melcor 已準備好協助 NRC 審查新的反應堆設計，該團隊開發了三個已發布核反應堆設計的模型。選擇了三種反應堆設計來代表下一代反應堆的多樣性，包括最初由洛斯阿拉莫斯國家實驗室設計的微型反應堆、高溫氦冷卻反應堆和高溫熔融氟化物冷卻反應堆。

反應堆模型包括從預計存在于反應堆容器及其周圍建筑物中的放射性核素到冷卻劑管道和其中流體的物理特性的所有內容。然后，該團隊模擬了廣泛的潛在事故。他們分析了隨著時間的推移會發生什么，看看有多少裂變產物被釋放出來。

公開會議

Melcor 的進步已在最近的幾次虛擬公開會議上得到證明。這些會議的目的是向美國決策者、核能行業成員、國際核能監管機構和公共利益團體成員展示 NRC 擁有評估新型和先進核反應堆設計的安全性所需的工具。

桑迪亞核反應堆嚴重事故建模小組經理戴維·盧薩特 (David Luxat) 表示：“該代碼是數十年核事故知識的儲存庫，這表明核能對社會的風險從根本上說是低的。” “我們已經能夠利用這些知識來提高美國核電站的安全性和經濟性。現在，桑迪亞正在努力擴展和應用這些知識，以實現下一代更安全、更經濟的核動力反應堆。這對于應對氣候變化和加強子孫后代的能源安全至關重要。”

桑迪亞核工程師布拉德比尼補充說：“如果工業能夠建造任何令人興奮的新事物，我們需要能夠對下一代設計進行安全和許可計算，以便美國監管機構能夠對其進行評估。”和代碼開發人員。“如果發生事故，我們最關心的是表征可能對公眾造成的放射性危害。這可能不是核能最耀眼的方面，但它是最必要的方面之一。”