Pebble床反应堆使用被动自然循环来冷却，这使得理论上不可能发生堆芯熔化。学分:让·拉古萨博士和毛里西奥·爱德华多·塔诺·雷塔诺博士/德州农工大学；2011年3月11日，当现代最大的地震袭击日本时，福岛第一核电站的核反应堆按照设计自动关闭。原本有助于维持堆芯必要冷却的应急系统被随后的海啸摧毁。由于反应堆无法再自行冷却，堆芯过热，导致严重的核熔毁，这种情况自1986年切尔诺贝利灾难以来从未出现过。从那以后，反应堆在安全性、可持续性和效率方面都有了指数级的提高。与福岛的轻水反应堆不同，它有液体冷却剂和铀燃料，目前这一代反应堆有多种冷却剂选择，包括熔盐混合物、超临界水，甚至氦气等气体。
德克萨斯A& M大学核工程系的让·拉古萨博士和毛里西奥·爱德华多·塔诺·雷塔诺·雷塔丹斯博士一直在研究一种新的第四代反应堆——球床反应堆。卵石床反应堆使用球形燃料元件(称为卵石)和流体冷却剂(通常是气体)。
拉古萨说:“这样一个反应堆里大约有4万块燃料卵石。“把反应堆想象成一个真正的大水桶，里面装着4万个网球。”
在一次事故中，随着反应堆堆芯中的气体开始升温，下方的冷空气开始上升，这一过程被称为自然对流冷却。此外，燃料卵石由热解碳和三结构各向同性颗粒制成，使它们能够抵抗高达3000华氏度的温度。作为一个超高温反应堆(VHTR)，球床反应堆可以通过被动自然循环冷却，这使得像福岛这样的事故理论上不可能发生。
然而，在正常操作过程中，高速气流会冷却鹅卵石。这种流动在燃料卵石周围和之间产生运动，类似于一阵风改变网球轨迹的方式。你如何解释鹅卵石之间的摩擦以及这种摩擦在冷却过程中的影响？
这是拉古萨和塔诺在他们最近发表在《核技术》杂志上的题为“耦合计算流体动力学-球床反应堆旁路流的离散元方法研究”的文章中试图回答的问题
塔诺说:“我们用离散元法求解了这些‘网球’的位置，其中我们考虑了所有网球之间的流动诱导运动和摩擦。"然后，在SANA实验中，根据热测量值对耦合模型进行测试."
SANA实验是在20世纪90年代早期进行的，测量了当热量从圆筒中心传递到外部时，反应堆中的机制是如何相互交换的。这个实验让塔诺和拉古萨有了一个标准来验证他们的模型。
因此，他们的团队开发了一个耦合的计算流体动力学-离散元方法模型来研究卵石层上的流动。这个模型不能适用于所有的高温球床反应堆，并且是第一个这样做的计算模型。正是这种非常高精度的工具让供应商能够开发出更好的反应堆。
“我们创建的计算模型帮助我们更准确地评估反应堆中的不同物理现象，”塔诺说。“因此，反应堆可以在更高的裕度下运行，理论上可以产生更多的功率，同时提高反应堆的安全性。我们对能源部熔盐反应堆的模型也做了同样的事情。”
随着人工智能的不断发展，其在计算建模和仿真方面的应用也在增长。“我们正处于一个非常激动人心的时期，”拉古萨说。“我们鼓励任何对计算建模感兴趣的潜在学生伸出援手，因为这个领域有望长期存在。”
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