通用原子公司加速核燃料数字孪晶测试和鉴定

四个单独模型中的一个用于分析 SiGA 包层内的光纤结构。资料来源（全部图片） | 通用原子电磁系统公司。

10 月 2 日，通用原子电磁系统公司（GA-EMS，美国加利福尼亚州圣迭戈市）根据与能源部（DOE）签订的合同完成了一个重要的里程碑，即开发核燃料数字孪生系统，这是一种建模和仿真能力，旨在帮助加快当前和下一代反应堆材料的核燃料鉴定和许可过程。GA-EMS 完成了四个单独性能模型的初步开发，以支持其 SiGA 碳化硅（SiC）复合包壳技术。

“GA-EMS总裁Scott Forney说："数字孪生是物理对象或系统的虚拟再现，这里指的是我们的SiGA包层核燃料系统。“数字孪生完成后，我们就可以预测 SiGA 在核反应堆堆芯中的性能，从而降低燃料开发和测试成本，缩短这一革命性技术获得监管部门批准所需的时间，同时不会牺牲安全性。

特色内容
四个独立的物理模型捕捉了 SiGA 包层在辐照时的复杂机械响应。我们采用了多尺度建模方法，每个单独的模型涵盖不同的长度尺度--从基于机理的微尺度模型到反应堆系统级模型。在未来的工作中，这些单独的模型将合并成一个集成的数字孪生模型。

GA-EMS 的 SiGA 复合材料是一种连续的碳化硅纤维增强型碳化硅基体材料，是公司包层技术的支柱。据报道，SiGA包层的耐温性能远远超过目前的材料，并能减少燃料重新装载的频率，因此能为电力公司带来安全和经济效益。 

“GA-EMS 核技术与材料副总裁 Christina Back 博士说："通过利用洛斯阿拉莫斯国家实验室和爱达荷国家实验室的专业知识，我们加快了单个模型的开发和验证。“在开发每个性能模型的过程中，我们的工作都包括专门的实验室测试。我们期待着继续下一阶段的工作，将这些单独的模型整合到一起，并将它们纳入一个更大的数字孪生框架。利用该框架来适当应用单独的效应模型，将使高效预测燃料性能的复杂性和准确性达到一个新的水平"。

在 2012 年启动、由能源部资助和监督的 ATF 计划中，GA-EMS 提供陶瓷基复合材料 (CMC) 燃料棒包壳，以取代目前核反应堆燃料棒中使用的金属包壳。上图是 GA 利用 SiGA 技术设计的 ATF 燃料棒包层。

GA-EMS 与能源部签订了一份为期 30 个月的合同，提供核级 SiGA 材料的单个模型，作为未来数字孪生的基础。根据一项协同计划，GA-EMS 最近宣布对其碳化硅复合管进行辐照测试，并制造出第一根为压水反应堆设计的全长（12 英尺）碳化硅复合管。根据与能源部签订的合同，GA-EMS 正在推进 SiGA 夹层技术，以提高核燃料效率，并改善当前和未来核反应堆的安全性。