- 阿貢國家實驗室利用變壓器模型加速核反應堆流體動力學模擬。
- 目標是改善湍流建模，以預測流體行為對反應堆的影響。
- 基於人工智能的模型能快速產生準確的模擬結果。
- 研究人員計劃將模型應用於整個核電廠的模擬，包括數位雙胞胎技術。
美國能源部阿貢國家實驗室的研究人員正在利用基於變壓器的模型，加速高級核反應堆流體動力學的模擬，從而幫助工程師更快地研究反應堆的安全性和性能。變壓器是許多生成式人工智能系統背後的神經網絡架構，而阿貢的研究人員則將該技術調整用於另一項任務：模擬流體在核能系統內的運動和熱傳遞。該團隊正在將變壓器架構整合進阿貢的系統分析模塊（System Analysis Module, SAM），這是一種用於研究高級核反應堆的模擬工具。
其目標是改善湍流建模，這有助於研究人員預測複雜的流體行為及其對反應堆系統的影響。通過將基於變壓器的模型與湍流模擬相結合，研究人員希望產生比傳統方法更快且更準確的結果。這項工作最終可能使工程師能夠模擬整個核電廠，包括反應堆、冷卻系統和其他支援基礎設施。
改善湍流建模的目標
在核反應堆中，瞭解流體運動至關重要，因為流體會運輸熱量並與整個電廠的組件互動。湍流建模幫助研究人員預測這些複雜的流動，但詳細的模擬可能需要大量的計算資源。阿貢的基於變壓器的方法分析物理數據點之間的關係，包括位置、速度和流體流動。該模型已經在表徵流體流動的阻力和熱傳遞方面展現出高度的準確性，這是可靠湍流模擬的重要特性。阿貢核科學與工程部（Nuclear Science and Engineering Division, NSED）的首席核工程師及安全與工程分析部經理胡鋭（Rui Hu）表示：「利用人工智能，
我們可以達到與複雜方法一樣的準確度，同時又能擁有簡單方法的速度。這是一種準確性和速度的結合。」
數位雙胞胎技術的探索
根據阿貢的説法，基於人工智能的模型幾乎可以瞬時產生模擬結果，同時保持與更複雜計算方法相關聯的準確性。這可能使研究人員能夠進行更真實的模擬，而無需相同的時間和計算需求。改進的建模可以支持反應堆設計、性能和安全性的研究。它還可以幫助工程師評估流體行為的變化如何影響整個核系統。
研究人員的下一步是將該模型應用於整個電廠的模擬。這些模擬可能包括反應堆本身以及冷卻、安全、輔助和其他支援系統。該團隊還在探索數位雙胞胎技術，即物理系統的虛擬表徵，可以實時運行和更新。阿貢的研究人員表示，他們是首批探索在核系統中使用變壓器架構進行數位雙胞胎技術的團隊之一。數位雙胞胎最終可以使工程師在結合物理系統的實時信息的同時，監控和模擬核設施。結合更快的模擬模型，這項技術可以提供另一種研究電廠性能和識別潛在問題的工具。
未來的工作將集中在擴展基於變壓器的模型、提高其準確性和靈活性，以及將新的人工智能能力整合到 SAM 的模擬工作流程中。該項目得到了美國能源部核能先進建模與模擬（Nuclear Energy Advanced Modeling and Simulation, NEAMS）計劃的支持。
變壓器模型在核能模擬中的潛力
阿貢國家實驗室的研究展示了變壓器模型在核反應堆流體動力學模擬中的應用潛力。這種新技術不僅能加速模擬過程，還能提高準確性，對於核電廠的設計和安全性研究至關重要。隨著數位雙胞胎技術的探索，未來工程師將能夠更有效地監控和模擬核設施，這將有助於識別潛在問題並優化系統性能。這項研究標誌著核能領域在應用人工智能方面的重要進展。