JP2006017718A - 原子炉の燃料集合体設計を生成するための方法、装置、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 １つ又はそれ以上の原子炉の炉心で使用可能な新しい燃料集合体設計のデータベースを生成することに関する。
【解決手段】 １つの実施例では、仮想炉心で評価されることになる候補の新しい燃料集合体設計の初期母集団は、記憶された履歴の新しい燃料集合体設計から生成することができる。修正された候補の新しい燃料集合体設計を生成するために、初期母集団で所与の候補に対して行われる棒型変更のセットを設定することができる。所与の候補の新しい燃料集合体は、セットから１つの棒型変更を行うことによって修正することができる。修正された集合体設計が装荷された仮想炉心の原子炉運転は、複数のシミュレーション結果を生成するためにシミュレートすることができる。シミュレーション結果は、修正された集合体設計を表す集合体性能出力を含むことができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、一般的に原子炉に関し、更に具体的には１つ又はそれ以上の原子炉の炉心で使用可能な新しい燃料集合体設計のデータベースを生成することに関する。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）又は加圧水型原子炉（ＰＷＲ）のような原子炉の炉心は、異なる特性を持つ燃料棒（ＢＷＲ）又は燃料棒のグループ（ＰＷＲ）の数百の個々の燃料集合体を有する。これらの集合体（又は燃料棒グループ）は、燃料集合体内の棒間、及び燃料集合体間の相互作用が、政府及び顧客固有の制約を含む全ての法規制上及び原子炉設計上の制約を満たすように配置されるのが好ましい。更にＢＷＲでは、制御機構、例えば棒パターン設計及び炉心流動が、炉心サイクルエネルギを最適化するように決定される必要がある。炉心サイクルエネルギは、停止時に行われるなどの、新しい燃料要素で炉心をリフレッシュすることが必要となるまでの原子炉炉心が発生するエネルギ量である。

ＢＷＲの場合、例えば、炉心内の潜在的な燃料集合体構成の数及び集合体内の個々の燃料棒型は、数百の階乗を越える可能性がある。これらの多くの異なる潜在的な構成の内で、ほんのわずかな燃料棒型だけが、原子炉の特定の炉心において全ての適用可能な設計制約を満たすことができる。更に、全ての適用可能な設計制約を満たすこれらの燃料棒型のわずかな割合だけが経済的である。従来、ＢＷＲ炉心に使用可能な一般的な燃料集合体は、約１０−３０＋間の異なる棒型を含むことができる。これは、異なる棒型の数が大きいほど、消費者により高い集合体コストをもたらす可能性のある製造時の複雑さ及びコストが増大する点で望ましくない。

従来、棒パターン、燃料集合体、及び／又は炉心設計の決定は、試行錯誤によって行われていた。具体的には、エンジニア又は設計者の過去の経験のみに基づいて、特定の設計を行う際に初期設計が識別された。炉心の特定の燃料集合体設計のような最初に識別された設計は、次に、コンピュータによって仮想上の炉心でシミュレートされた。特定の設計制約が満たされなかった場合には、構成が修正され、別のコンピュータシミュレーションが実行された。上記に説明された手順を使用して適切な設計が特定されるまでに、通常何週間もの時間的資源が必要であった。

例えば、使用される１つの従来のプロセスは、原子炉プラント固有の運転パラメータを、入力ファイルとして機能することができるＡＳＣＩＩテキストファイルに繰り返し入力することを設計者に要求する独立型の手動プロセスである。入力ファイルに入力されたデータは、新しく且つ露出した燃料集合体配置の構成、制御羽根（評価された原子炉が沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の場合）の羽根ノッチ位置、可溶性ホウ酸濃度（例えば、ＰＷＲの場合）、炉心流動、炉心露出（例えば、１ショートトンにつきメガワット日で測定された炉心エネルギサイクルの燃焼量（ＭＷＤ／ｓｔ））などを含むことができる。

適切なコンピュータ上で実行するソフトウェアプログラムとして具現化することができる、原子力規制委員会（ＮＲＣ）認可の炉心シミュレーションプログラムは、例えば、結果として得られた入力ファイルを読み取り、シミュレーションの結果をテキスト又はバイナリファイルに出力する。次に、設計者は、シミュレーション出力を評価して、設計基準が満たされているかどうかを判断し、更に温度限界値のマージンに対する違反が生じていないことを検証する。設計基準を満たさなかった場合（すなわち、１つ又はそれ以上の限界値の違反）は、入力ファイルへの設計者による手動での修正を必要とする。特に、設計者は、１つ又はそれ以上の運転パラメータを手動で変更し、炉心シミュレーションプログラムを再実行させることになる。このプロセスは、満足のいく設計が達成されるまで繰り返すことができる。

このプロセスは極めて時間を消費する。要求されるＡＳＣＩＩテキストファイルは、構築するのが困難であり、しばしばエラーを起こしやすい。ファイルは、固定フォーマットであり極めて長く、場合によっては５千又はそれ以上の命令行を越えることがある。ファイルの単一のエラーが、シミュレータのクラッシュを引き起こし、悪くすると、最初に検出するのが難しい場合がある少し逸脱した結果を生じるが、実際の運転中の原子炉炉心に配置されたときに、時間と反復を浪費し、恐らくは炉心サイクルエネルギを減少させることになる。更に、設計者をより好ましい解決に導くための手動の反復プロセスによる支援は提供されない。現在のプロセスでは、担当の設計者又はエンジニアの経験と直感が、設計解決策を決定する唯一の手段である。
米国出願公開２００４−０１２２６３２

広範囲の原子炉（又は異なるプラント現場での異なる原子炉設計）全体にわたり有益であり、且つ異なる原子炉の各々についての複数の炉心制約又は設計パラメータを満たす燃料集合体を効果的に設計することができるプロセスは開発されていないと考えられる。更に、多くの異なる原子炉の炉心設計に適用することができる選択可能な新しい燃料集合体設計のデータベースを生成する周知の自動化プロセスは存在しないと思われる。

本発明の例示的な実施形態は、１つ又はそれ以上の原子炉で使用できる選択可能な新しい燃料集合体設計のデータベースを生成するための方法、装置、及びコンピュータプログラムに関する。１つの実施例では、仮想炉心で評価されることになる候補の新しい燃料集合体設計の初期母集団は、記憶された履歴の新しい燃料集合体設計から生成することができる。修正された候補の新しい燃料集合体設計を生成するために、初期母集団で所与の候補に対して行われる棒型変更のセットを設定することができる。所与の候補の新しい燃料集合体は、セットから少なくとも１つの棒型変更を行うことによって修正することができる。修正された集合体設計が装荷された仮想炉心の原子炉運転は、複数のシミュレーション結果を生成するためにシミュレートすることができる。シミュレーション結果は、修正された集合体設計を表す集合体性能出力を含むことができる。集合体性能出力は、複数のユーザ入力限界値に基づいてランク付けすることができ、修正された候補の新しい燃料集合体設計は、データベースを生成するために、集合体性能出力がユーザ入力限界値に対する許容マージンを満たすか或いは該許容マージン内にある場合に、記憶することができる。

本発明は、添付図面を参照しながらその例示的な実施形態を詳細に説明することによって明らかになるはずであり、添付図面は、同じ要素は同じ参照番号によって表され、本発明の例示的な実施形態を例証する目的だけのため与えられ、限定するものではない。

種々の原子炉炉心に使用可能な新しい燃料集合体設計のデータベースを決定するための方法、構成、及びコンピュータプログラムを説明する。この構成は、ユーザと通信しコンピュータベースのシステムと対話するためのグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）及び／又は処理媒体（例えばソフトウェア駆動コンピュータプログラム、プロセッサ、アプリケーションサーバによって駆動されるアプリケーションなど）を含むことができる。これによって、ユーザは、生成されたデータベースからの選択された新しい燃料集合体が装荷された炉心設計を仮想的に生成し評価することができる。

記憶された設計は、限定ではないが：原子炉プラントで次に予定されている停止時に設置するため、次の停止時に選択されたプラントの所与の炉心内に装荷されることになる所与の数の新しい燃料集合体ストリーム（Ｎストリーム）を求めること、異なる原子炉プラントの種々の原子炉炉心において実施することができる要求される燃料集合体の棒型の所与の標準セットを求めること、及び／又は、原子炉プラントの新しい炉心の一部として、例えば；出力増大運転（すなわち、プラントの定格出力レベルを超えた出力での運転）用の原子炉プラントの所与の炉心を構成するための集合体データベースの使用；特定の運転モード用の所与の炉心を構成するための集合体データベースの使用（例えば、ある制御羽のグループ化、連続交換回数、及び流れの使用）；高温過剰反応度及び軸方向出力プロファイルなどのグローバルな炉心設計問題の解決策の候補を提供するための集合体データベースの使用；冷態停止マージン、燃料棒ピーク露出、及び燃料棒ピークｋＷ／ｆｔに起因するものなどのローカルな炉心問題の解決策の候補を提供するための集合体データベースの使用；プラントのエネルギ利用計画の変更又は予期しないプラント停止により発生する可能性のあるような、プラント異常状態下での所与の炉心を再構成するための集合体データベースの使用；などを含む幾つかの設計応用に用いることができる。

図１は、本発明の例示的な実施形態に従って本方法を実施するための構成を示す。図１を参照すると、構成１０００は、例えばアクセス可能なウェブサイトの中央ネクサスとして機能することができるアプリケーションサーバ２００を含むことができる。アプリケーションサーバ２００は、例えばＣｉｔｒｉｘ ＭｅｔａＦｒａｍｅ Ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｅｒｖｅｒのような任意の周知のアプリケーションサーバソフトウェアとして具現化することができる。アプリケーションサーバ２００は、複数の計算サーバ４００、暗号サーバ２６０、及びメモリ２５０に作動的に接続できる。メモリ２５０は、例えばリレーショナルデータベースサーバとして具現化できる。

複数の外部ユーザ３００は、暗号化１２８ビットセキュアソケットレイヤ（ＳＳＬ）接続３７５などの適切に暗号化された媒体を介してアプリケーションサーバ２００と通信することができるが、本発明は、この暗号化通信媒体に限定されない。外部ユーザ３００は、インターネットを介して、或いはウェブベースのインターネットブラウザなどの適切なインターフェースを使用する、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、個人用携帯型情報端末（ＰＤＡ）などのいずれか１つによりアプリケーションサーバ２００に接続できる。更にアプリケーションサーバ２００は、適切なローカルエリアネットワーク接続（ＬＡＮ２７５）を介して内部ユーザ３５０にアクセス可能であり、これにより、例えば内部ユーザ３５０はイントラネットを介してアクセスできるようになる。

以下、簡略にするために「ユーザ」は、外部ユーザ３００、内部ユーザ３５０、或いは他の設計者がアクセスする構成１０００のいずれかを表すのに総称して用いられる。例えば、ユーザは、ウェブサイトにアクセスしてユーザの原子炉の望ましい炉心設計を決定する原子炉プラントの代表者のいずれか、及び／又は本発明の方法及び構成を使用することによって炉心設計又は炉心の特定の燃料集合体設計を開発するために原子炉プラント現場によって雇用されたベンダとすることができる。

アプリケーションサーバ２００は、ユーザがアプリケーションにアクセスするための集中記憶位置を提供する。本質的には、各ユーザアプリケーションセッションは、サーバ上で動作可能であるが、ユーザがアプリケーションと対話することができるユーザアクセス装置（例えばＰＣ）にローカルに表示することができる。しかしながら、この配置手段は、例示的な実施形態として提供され、所与のユーザがこれらのアクセス装置上でローカルにアプリケーションを実行することを制限しない。このアプリケーションは、目的関数値を計算するために全ての計算を命令し且つデータにアクセスする役割を果たし、ユーザが再検討を要求できる炉心設計の種々の特徴部の適切なグラフィック表示の生成に対処する。グラフィック情報は、１２８ビットＳＳＬ接続３７５又はＬＡＮ２７５によって伝達され、ユーザの適切なディスプレイ装置上に表示される。

図２は、図１の構成に関連するアプリケーションサーバ２００を示す。図２を参照すると、アプリケーションサーバ２００は、バス２０５を利用して種々の構成要素を接続し、ユーザから受信されるデータの経路を提供する。バス２０５は、多くのコンピュータアーキテクチャで標準的な周辺構成要素相互接続（ＰＣＩ）バスのように従来からのバスアーキテクチャで実装することができる。ＶＭＥＢＵＳ、ＮＵＢＵＳ、アドレスデータバス、ＲＤＲＡＭ、ＤＤＲ（ダブルデータレート）バスなど他のバスアーキテクチャは勿論、バス２０５を実装するのに利用することができる。ユーザは、適切な接続（ＬＡＮ２７５及び／又はネットワークインターフェース２２５）を介してアプリケーションサーバ２００に情報を伝達し、アプリケーションサーバ２００と通信する。

また、アプリケーションサーバ２００は、現在利用可能なＰＥＮＴＩＵＭ（商標）プロセッサなどの通常のマイクロプロセッサで構築可能なホストプロセッサ２１０を含むことができる。ホストプロセッサ２１０は、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）及びブラウザ機能などのアプリケーションサーバ２００での全てのリアルタイム機能及び非リアルタイム機能が実行される中央ネクサスに相当し、表示及びユーザによる再検討のために、セキュリティ機能を命令し、種々の限界値の目的関数の計算などの計算を命令する。従って、ホストプロセッサ２１０は、ブラウザの使用を介してアクセス可能なＧＵＩ２３０を含むことができる。ブラウザは、構成１０００のユーザにインターフェースを提供し且つユーザと対話するソフトウェアデバイスである。例示的な実施形態では、Ｃｉｔｒｉｘ ＩＣＡクライアント（市販のＣｉｔｒｉｘ ＭｅｔａＦｒａｍｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｕｉｔｅ ソフトウェアの一部）と連動するブラウザは、ＧＵＩ２３０をフォーマットし表示する役割を果たすことができる。

ブラウザは通常、標準ハイパーテキストマークアップ言語（ＨＴＭＬ）によって管理され命令される。しかしながら、ユーザが計算についての判断、表示データなどを管理可能な、ユーザに対して提示又は「役立つ」アプリケーションは、Ｃ＃、Ｊａｖａ（商標）、又はビジュアルフォートラン、或いはこれらの任意の組合せを使用して実施することができる。更に、他のよく知られた高レベル言語（例えば、Ｃ、Ｃ＋＋など）をアプリケーション実装において組み入れることができる。これらの言語の全ては、所与のアプリケーション実装の特定の詳細についてカスタマイズ又は適合させることができ、画像を周知のＪＰＧ、ＧＩＦ、ＴＩＦＦ、及び他の標準圧縮方式を使用してブラウザに表示させることができ、他の非標準言語及び圧縮方式を、ＸＭＬ、ＡＳＰ．ＮＥＴ、「自家製」言語、或いは他の周知の非標準言語及び方式のようにＧＵＩ２３０に使用できる。

ネットワークＩ／Ｆ２２５を介したアプリケーションサーバ２００は、暗号サーバ２６０に動作可能に接続できる。従ってアプリケーションサーバ２００は、暗号サーバ２６０を使用することによって全てのセキュリティ機能を実装し、外部からのセキュリティ侵入から構成１０００を守るためのファイアウォールを設定する。更に、暗号サーバ２６０は、登録ユーザの全ての個人情報への外部アクセスを保護する。

アプリケーションサーバ２００はまた、複数の計算サーバ４００に動作可能に接続することができる。計算サーバ４００は、ユーザ入力データを処理し、炉心設計のシミュレーションを命令し、以下に更に詳細に説明されることに関する比較のための値を計算し、更にＧＵＩ２３０を介して表示されかつアプリケーションサーバ２００が提示可能な結果を提供するために必要とされる計算の一部或いは全てを実行することができる。

計算サーバ４００は、例えば、ＷＩＮＤＯＷＳ（商標）２０００サーバとして具現化することができるが、他のハードウェア（例えば、Ａｌｐｈａ、ＩＡ−６４）及びプラットフォーム（例えば、Ｌｉｎｕｘ、Ｕｎｉｘ（商標））も可能である。更に具体的には、計算サーバ４００は、多数の複雑な計算を行うよう構成することができ、該計算には、限定ではないが、目的関数を構成して目的関数値を計算する段階、３Ｄシミュレータプログラムを実行して、評価されることになる新しい燃料集合体を装荷可能な特定の炉心設計で原子炉炉心運転をシミュレートし、更にシミュレーションから出力を生成する段階、ＧＵＩ２３０を介したユーザによるアクセス及び表示の結果データを提供する段階、及び以下に更に詳細に説明されるような最適化ルーチンを繰り返す段階を含むことができる。

図３は、本発明の例示的な実施形態による例示的なデータベースサーバ２５０を示す。メモリ又はデータベースサーバ２５０は、オラクルリレーショナルデータベースのようなリレーショナルデータベースとすることができる。リレーショナルデータベースサーバ２５０は、本発明の方法を実施するために必要なデータ及び結果の全てを処理する幾つかの下位データベースを含むことができる。例えば、リレーショナルデータベースサーバ２５０は、ユーザ入力限界値の全て及び／又は特定の原子炉について評価される全ての炉心設計の設計制約を記憶するデータベースである限界値データベース２５１のような下位データベースを包含する記憶領域を含むことができる。また事前に生成され、モデル化され、更に記憶されたパレット或いは複数の異なる新しい燃料集合体設計を含むことができる新しい燃料集合体設計データベース２５２も存在できる。以下により詳細に説明されることになる例示的な実施形態は、任意の数の異なる設計用途で用いるために、新しい燃料集合体設計データベース２５２を生成及びポピュレートすることができる方法を示すことになる。

更に、リレーショナルデータベースサーバ２５０は、３Ｄシミュレータでシミュレートされることになる炉心設計のパラメータを記憶する待ち行列データベース２５３、及び定義済みユーザ入力限界値に最も一致する基準炉心設計の生成に際して、選択することができるパターン設計を装荷する履歴原子炉炉心を含む履歴炉心設計データベース２５４を含むことができる。更に、リレーショナルデータベース２５０は、複数の異なる燃料棒型及び関連する棒特性を記憶することができる燃料棒型データベース２５６、及び、例えば、評価されることになる複数の燃料集合体の各々における、複数の異なる集合体メトリクスを記憶することができる集合体性能メトリクスデータベース２５８を含むことができる。

シミュレータ結果は、シミュレータ結果データベース２５５内に記憶することができる。シミュレータ結果データベース２５５（及び限界値データベース２５１）は、特定の炉心設計に適用可能な幾つかの目的関数値を計算するために計算サーバ４００がアクセスすることができる。目的関数値は、例えば、炉心全体及び／又は新しい燃料集合体設計が幾つかのユーザ入力限界値又は制約値を満たすかどうかを判断するために、モデル化されることになる仮想炉心内に挿入された特定の新しい燃料集合体設計についてランク付けすることができる。これらの目的関数値は、リレーショナルデータベースサーバ２５０内の目的関数値データベース２５７に記憶することができる。また３Ｄシミュレータ入力パラメータデータベース２５９は、リレーショナルデータベースサーバ２５０内に含むことができる。データベース２５９は、全ての露出段階での制御羽根の位置及び原子炉運転パラメータを含むことができる。計算サーバ４００がリレーショナルデータベースサーバ２５０に動作可能に接続され、且つこれと通信できるときに、図３に示された下位データベースの各々は、１つ又はそれ以上の計算サーバ４００にアクセス可能である。

図４は、本発明の例示的な実施形態に従って、選択可能な新しい燃料集合体設計のデータベースを生成することができる方法を示すフローチャートである。新しい燃料集合体データベースを生成するために、候補の新しい燃料集合体設計の初期母集団を生成することができる（Ｓ３１０）。初期母集団を生成するためには、ユーザは、評価されている原子炉プラントの炉心性能パラメータ又は安全基準に関係する複数のユーザ入力限界値に限界値データベース２５１からアクセスすることができ、或いは該限界値を限界値データベース２５１に入力することができる。

例えば、ユーザ入力限界値は、例えば１つ又はそれ以上のクライアント入力プラント固有の設計制約、炉心性能基準、原子炉運転に使用される運転パラメータ限界値、炉心安全限界値、及び運転パラメータ及び安全限界値に対するマージンを含むことができる。ユーザは、ＧＵＩ及びホストプロセッサ２１０を介して限界値データベース２５１にこれらの限界値を入力することができ、或いは（すでに記憶されている場合には）限界値データベース２５１からこれらにアクセスすることができる。

ユーザ入力限界値に基づいて、ユーザは、履歴燃料サイクル設計データベース２５４にアクセスし、ユーザ入力限界値とほぼ一致する新しい燃料集合体設計（すなわち、２、３のユーザ入力限界値に違反する可能性があるだけで、必要なエネルギ特性をもたらすことができる設計など）を探索及び／又は選択することができる。ユーザは、履歴燃料サイクル設計データベース２５４から候補の新しい燃料集合体設計の適切なリスト又は初期母集団を生成することができる。これは単に、データベース２５２によって表すことができる選択可能な新しい燃料集合体設計の新しい燃料集合体データベースを開発するための出発点として機能するだけである。

初期母集団が生成されると、ユーザは、修正された候補の新しい燃料集合体設計を生成するために所与の候補の新しい燃料集合体設計（Ｓ３２０）に対して行う棒型変更のセットを設定することができる。以下で更に詳細に説明されるように、棒型変更のセットは、所与の新しい燃料集合体設計の集合体性能メトリクスの評価に基づいて設定することができる。一般に、各集合体性能メトリックでは、所与の燃料棒型はメトリックへのその影響に基づいて選択することができ、許容可能な集合体性能メトリックの最大及び最小値又は範囲にわたる他の燃料棒変更を求めることができる。従って、燃料棒変更は、例えば集合体メトリクスデータベース２５８のリレーショナルデータベースサーバ２５０内に記憶することができ、例えば、仮想炉心において引き続きシミュレートし、該シミュレーション結果に基づいてランク付けされる所与の燃料集合体設計を修正するのに使用することができる。

評価されることになる所与の候補の新しい燃料集合体は、Ｓ３２０で生成された棒型変更のセットから少なくとも１つの棒型変更を行うことによって修正することができる（Ｓ３３０）。次いで、修正された候補の新しい燃料集合体設計は、集合体性能出力としても知られる、シミュレーション結果を生成するための適切なシミュレーションソフトウェアを使用するシミュレーション原子炉運転（Ｓ３４０）を行う仮想炉心に（すなわち、仮想的に、構成１０００のホストプロセッサ２１０によって提供される選択可能な入力画面を使用して）「装荷」することができる。

シミュレーションは、計算サーバ４００によって実行することができるが、該シミュレーションは、構成１０００の外部で実行される３Ｄシミュレーションプロセスとすることができる。ユーザは、ＰＡＮＡＣＥＡ、ＬＯＧＯＳ、ＳＩＭＵＬＡＴＥ、ＰＯＬＣＡ、或いは知られているように適切なシミュレータドライバが定義されコード化されている他の任意の周知のシミュレータソフトウェアなどといった、よく知られた実行可能なソフトウェアベースの３Ｄシミュレータプログラムを用いることができる。計算サーバ４００は、ＧＵＩ２３０を介したユーザの入力に基づいてこれらのシミュレータプログラムを実行することができる。

従って、ユーザはＧＵＩ２３０を使用して任意の時間に３Ｄシミュレーションを開始することができ、シミュレーションを開始するための幾つかの異なる手段を有することができる。例えば、ユーザは、ウィンドウドロップダウンメニューから「ランシミュレーション」を選択することができ、或いは、知られているようにアプリケーションツールバーの「ＲＵＮ」アイコンをクリックすることができる。更に、ユーザは、シミュレーションのグラフィカル更新又はステータスを受信することができる。シミュレーションに関係するデータは、リレーショナルデータベースサーバ２５０内の待ち行列データベース２５３で待ち行列に入れることができる。シミュレーションが待ち行列に入ると、ユーザは、例えばシミュレーションが完了した時間に関する音声及び／又は視覚的表示を行うことができる。

シミュレーションからの出力（すなわち、集合体性能出力）は、ユーザ入力限界値に基づいてランク付けすることができる（Ｓ３５０）。ユーザは、必要であれば、所与の集合体性能出力がユーザ入力限界値又は制約パラメータを侵害していないかどうかを比較するときに、出力の各々に関するデータを表示することができる。これによってユーザは、例えば定義された限界値を越えない、或いは幾つかのエネルギ要件を満たすという観点で改善を定義することができる場合に、履歴炉心設計に対して視覚的比較を行い、修正された燃料集合体設計に従って装荷された仮想炉心に関して何らかの改善があったかどうかを判断することができる。

図４に示されるように、機能Ｓ３３０−Ｓ３５０は、最適化プロセスＳ８００を使用して実行することができる。言い換えると、図１及び図２に示される例示的な構成の処理機能は、評価されている所与の新しい燃料集合体設計にこれ以上の改善が見られなくなるまで、集合体性能出力のシミュレーションを継続して修正し、シミュレートし、更にランク付けするソフトウェア最適化ルーチンを実行することができる。最適化ルーチンが、前の反復からの改善を示さない集合体性能出力ランク付け（最適化に使用される目的関数から生じた対応する目的関数値によって表される）を生成すると、その出力に対応する修正された新しい燃料集合体設計は、新しい燃料データベースを生成するために記憶することができる（Ｓ３６０）。

新しい燃料集合体データベースを生成する際に最適化を利用することは、１つの例示的機構に過ぎない点を理解されたい。繰り返される反復は、例えばＧＵＩ２３０を介したユーザによる手動入力コマンドに基づく例示的な構成１０００の処理能力を使用して実行することができる。いずれにしても、ユーザ入力限界値を満たす修正された新しい燃料集合体設計（又は、例えばそれが限界値の１つである場合には、満たされる所望のエネルギ要件）を記憶し、新しい燃料集合体設計データベース２５２をポピュレートすることができる。

各所与の新しい燃料集合体設計では、機能Ｓ３３０−Ｓ３６０は、セットからの全ての棒型変更が所与の候補の新しい燃料集合体設計について評価されるまで繰り返すことができる（Ｓ３７０）。更に、初期母集団からの各候補の新しい燃料集合体設計は、機能Ｓ３２０−Ｓ３６０に従って評価し、その結果、新しい燃料集合体データベース２５２を実現することができる。

その結果、構成１０００は、上述のように新しい燃料集合体データベース２５２を生成するよう構成することができる。ユーザは、限界値データベース２５１から評価されている原子炉プラントの炉心性能パラメータ又は安全基準に関係する複数のユーザ入力限界値にアクセスすることができ、或いは該限界値を限界値データベース２５１に入力することができる。

ユーザは、ＧＵＩ２３０を介して履歴燃料サイクル設計データベース２５４にアクセスし、ユーザ入力限界値とほぼ一致することができる新しい燃料集合体設計を探索及び／又は選択し、評価のために燃料集合体設計の初期母集団を開発することができる。初期母集団が生成されると、ユーザは、例えば、所与の燃料集合体を修正させるために変更されるものを決定する際に、後で選択するために集合体メトリクスデータベース２５８に記憶されることになる所与の候補の新しい燃料集合体設計に対して行われる棒型変更のセットを、ＧＵＩ２３０を介して構築することができる。

ユーザは、所与の候補の新しい燃料集合体設計を修正して、該修正された設計により燃料集合体をシミュレートされた炉心運転を行う仮想炉心に（すなわち、仮想的に、構成１０００のホストプロセッサ２１０によって提供される選択可能な入力画面を使用して）装荷することができる。シミュレーションは、計算サーバ４００によって、又は結果すなわち出力を生成する外部３Ｄシミュレータプログラムによって実行することができる。

ユーザは、ユーザ入力限界値に基づくシミュレーションからの出力（すなわち、集合体性能出力）のランク付けを命令し、視覚的分析のため必要であればＧＵＩ２３０を介して結果を表示することができる。集合体性能出力がユーザ入力限界値に適合し、すなわち許容マージン内にある場合には、ユーザは、修正された候補の新しい燃料集合体設計をデータベース２５２の一部として記憶することができる。

勿論、上記のプロセスの１つ又はそれ以上は、最適化ルーチンの一部として自動化することができる。言い換えると、ユーザは、所望の最適化パラメータをＧＵＩ２３０を介して選択し、その結果、構成１０００は、評価されている所与の新しい燃料集合体設計にこれ以上の改善が見られなくなるまで集合体性能出力のシミュレーションを継続的に修正して、シミュレートし、更にランク付けするソフトウェア最適化ルーチンを実施することができる。例えば、米国出願公開２００４−０１２２６３２である図１３では、例えば、燃料装荷、棒パターン、炉心流、シーケンス間隔、及び／又は集合体選択のうちの１つ又はそれ以上に関係する要求される最適化パラメータを選択するための例示的な最適化構成画面を記載している。

従って、例示的な実施形態によれば、ユーザは、上述のような新しい燃料集合体設計をデータベースを生成することができる。複数の異なる燃料集合体は、データベース２５２に記憶された設計に基づいて製造することができ、潜在的に設計により大きな柔軟性を与える。すなわち、要求される燃料集合体は、データベース２５２を用いて製造することができ、原子炉の所与の炉心は、例えば、新しい燃料集合体データベース２５２から選択された少なくとも１つの新しい燃料集合体を用いて開発された設計を用いて装荷することができる。

データベース２５２を用いて求められて製造された集合体は、例えば、計画されたメンテナンス停止などの間に、選択された原子炉プラントの所与の炉心内に挿入することができる。言い換えると、評価されることになる選択された原子力発電プラントでは、炉心は、データベース２５２を用いて設計された１つ又はそれ以上の燃料集合体で配置することができ、向上した運転効率を潜在的に与え、エネルギサイクルを延ばし、及び／又は、例えば炉心運転及び／又は安全限界値に近いマージンで運転するようになる。

図５は、本発明の例示的な実施形態に従って、図４の棒型変更のセットの設定を更に詳細に示すフローチャートである。図５は、初期母集団の１つ又はそれ以上の所与の新しい燃料集合体設計を修正するために行われることになる燃料棒変更のセットを設定するための機能Ｓ３２０の更に詳細な説明を示す。

図５を参照すると、ユーザは、集合体性能メトリクスデータベース２５８から集合体性能メトリクスにアクセスすることによって評価されている所与の新しい燃料集合体設計に適用可能な集合体性能メトリクスを求めることができる（Ｓ３２２）。例えばユーザは、ＧＵＩ２３０を介してデータベース２５８から要求される集合体性能メトリクスを選択することによって、適切なグラフィカル表示装置上で見るための要求集合体性能メトリクスを選択することができる。

各集合体性能メトリックは、所与の候補の新しい燃料集合体設計に対して行われることになる燃料棒変更のセットを構築する際に評価することができる。例えば、所与の燃料棒型は、燃料棒型データベース２５６から選択することができる（Ｓ３２３）。選択は、評価されている所与の集合体性能メトリックに対する棒型の影響に基づくものとすることができる。表１は、棒型を定めるのに使用することができる燃料棒変数を示し、表２は、例えば、各所与の集合体性能メトリックに最も大きな影響を有することができる集合体性能メトリクス及び燃料棒変数を示す。

表１及び表２を参照すると、所与の燃料棒型は、表１の燃料棒変数が表２の所与の性能メトリックに影響を与える程度に基づいて選択することができる。表１に関して、燃料棒変数Ａ−Ｃは、炉心の所与の燃料集合体でのローカルな変更を生じる可能性のあるローカル変更を表す。燃料棒変数Ｄ及びＥは、炉心に対してグローバルに影響を与える可能性のあるグローバル変更又は燃料変更を表す。

例えば、バーンアウト反応速度は、照射履歴全体での燃料集合体（例えば、３サイクル）に対する中性子倍増率ｋ_ωの尺度である。表２に示されるように、バーンアウト反応速度に最も影響（炉心に対するグローバルな影響）を与える燃料棒変数は、所与の燃料棒型での総濃縮ウラン（Ｄ）及び合計可燃性ポイズン（Ｅ）を含む。

低温条件での炉心反応速度に対する集合体の影響を反映する冷態停止限界の集合体性能メトリック、すなわち、十分に回収されたままの関心のある集合体に隣接する制御羽根を除いて挿入された炉心内制御羽根全てによる原子炉停止では、低温停止に最も影響を与える燃料棒変数は、軸方向ゾーンの数及び長さ（Ａ）、所与のゾーン内の濃縮ウラン（Ｂ）、及び所与のゾーン内の可燃性ポイズン含有量（Ｃ）を含むことができる。これらの燃料棒変数は、炉心内の所与の集合体にローカルな影響を及ぼすことになる。

ローカル照射蓄積メトリックは、棒寿命の最初から最後までの各棒の照射の尺度を反映し、棒変数Ａ−Ｃによって最も影響を受ける。棒照射は、時間と共に集積される各燃料棒でのローカル出力に基づいて蓄積される。

集合体の出力プロファイルのピン毎の形状である半径方向出力プロファイルは、臨界出力比（臨界熱流速（ＣＨＦ）に対するマージンが存在する出力によって分割されたＣＨＦに起因して薄膜層が形成する出力）に影響を与える。燃料棒変数Ｄ及びＥは、放射プロファイルに最も大きな影響を及ぼす。

軸方向出力プロファイル（これはｚ軸プロファイルであり、原子炉において燃料サイクルが稼働することができる長さに影響を与える）では、燃料棒変数Ａ−Ｃは、軸方向出力プロファイル集合体性能メトリックに最も影響を与えることができる。ローカルｋＷ／ｆｔ集合体性能メトリックは、ペレット又は棒の被覆管での燃料温度のようにペレットのローカル出力を反映する。表２に示されるように、燃料棒変数Ａ−Ｃは、この集合体性能メトリックに対して最も影響を与える。従って、評価されることになる特定の集合体性能メトリクスに応じて、ユーザは、燃料棒変数の１つ又はそれ以上が１つ又はそれ以上の所与の集合体性能メトリクスに影響を与える程度を決定付ける所与の燃料棒型を選択することができる。

選択された棒型に基づいて、ユーザは、各集合体性能メトリックについての最大及び最小許容可能値、或いは集合体性能メトリックの範囲にわたるように行われることになる１つ又はそれ以上の燃料棒変更を求めることができる（Ｓ３２４）。表３は、所与の集合体性能メトリックレンジにわたって行うことができる燃料棒変更を示す。

表３を参照すると、実施例のように、ユーザが冷態停止でのマージンが増大することになる燃料棒変更を要求する場合、ユーザは、例えば、集合体の上方軸方向ゾーンでポイズン含有量を低減させ且つ集合体の上方軸方向ゾーンでウラン濃縮度を上げる棒型変更を行うことになる。従って、所与の集合体性能メトリックでは、リレーショナルデータベース２５０に記憶される（Ｓ３２５）多数の棒変更が選択されて、所与の候補の新しい燃料集合体設計に対して実行して集合体性能メトリクスデータベース２５８に記憶するための燃料棒変更のリストをポピュレートする。燃料棒変更セットは、要求される集合体性能メトリクスがユーザによって評価される（Ｓ３２６の出力がＹＥＳ）と完了することができる。

図６は、本発明の例示的な実施形態に従って、所与の候補の新しい燃料集合体に対して要求される棒型を求めるための最適化プロセスを示すフローチャートである。上記で検討されたように、図４のＳ３３０−Ｓ３５０の機能は、最適化ルーチンを使用して実行することができる。次に図６を参照すると、最適化ルーチンＳ６００の一部として、ユーザは、棒型の設定されたセットから候補の新しい燃料集合体で交換するための優勢な棒型を選択できる（Ｓ６１０）。優勢な棒型は、例えば、プラント固有の設計制約に関係するユーザ入力限界値、炉心性能基準、運転上及び／又は限界値、運転パラメータに対する炉心安全限界値及びマージン、並びに炉心安全限界値の１つ又はそれ以上に対して優勢な影響を与える棒とすることができる。これは、ユーザによって手動で選択されるか、或いは、例えば棒型のセットから優勢な棒型を選択するための適切な基準によって決定することができる。

優勢な棒型は、修正された候補の新しい燃料集合体設計を生成するために候補の新しい燃料集合体設計での既存の棒型と置き換えることができる（Ｓ６２０）。修正された候補の新しい燃料集合体内の特定の燃料棒交換は、集合体性能メトリクスを満足するまで最適化（Ｓ６３０）を用いて決定することができる（Ｓ６４０）。燃料棒配置の最適化に基づいて、全ての集合体性能メトリクスを満たす評価されている所与の候補の新しい燃料集合体設計を記憶し、例えば新しい燃料集合体設計データベース２５２をポピュレートすることができる。それ以外（Ｓ６４０の出力が「ＮＯ」である）では、別の棒型変更がセットから選択されて、候補の新しい燃料集合体を修正（Ｓ６５０）し、更に、機能Ｓ６２０−Ｓ６４０を繰り返すことができる。

図７は、本発明の例示的な実施形態に従って、図６の燃料棒配置を最適化する段階を更に詳細に示すフローチャートである。図７は、燃料棒配置最適化Ｓ６３０処理を更に詳細に示す。

図７を参照すると、評価されることになる候補の新しい燃料集合体設計での１つ又はそれ以上の制限された棒を識別することができる（Ｓ６３１）。次いで、１つ又は複数の非制限の棒が、非制限の棒の記憶されたリスト（最適化の前にリレーショナルデータベース２５０内に記憶されるか或いはユーザが入力することができる）から選択され、候補の新しい燃料集合体設計内の制限棒の位置にある１つ又は複数の制限棒と交換することができる（Ｓ６３２）。

次に、交換された非制限棒を備える修正された新しい燃料集合体設計は、適切な燃料サイクル炉心設計又は「仮想炉心」に「装荷」される。ユーザは、記憶された燃料サイクル設計データベース２５４からユーザのためのユーザ入力限界値と最も一致する燃料サイクル設計を選択することができる（Ｓ６３３）。言い換えると、ユーザは、ユーザ入力限界値の大部分を最も満足する、及び／又はユーザ入力限界値に対して許容可能なマージン内にある仮想炉心のための全体的な炉心設計を選択する。

燃料サイクル設計が選択されると、ユーザは、入力集合体メトリクスに基づいて、改善を目標とする仮想炉心用の選択された設計における新しい燃料集合体位置を識別することができる（Ｓ６３４）。例えばユーザは、シミュレートされることになる仮想炉心の平面図断面と、修正された新しい燃料集合体設計からの１つ又はそれ以上の新しい燃料集合体の挿入のための炉心内の目標指定集合体位置とを表示することができる。次いで、目標位置での燃料集合体が交換され（Ｓ６３５）、修正された候補の新しい燃料集合体設計と置き換えることができる。

次に、修正された新しい燃料集合体設計に従って装荷された仮想炉心は、シミュレーション結果（集合体性能出力）を生成するために適切なシミュレーションソフトウェアベースのシミュレーションプログラムを使用してシミュレートすることができる（Ｓ６３６）。目的関数を用いて、集合体性能出力に対応する目的関数値を計算（Ｓ６３７）し、候補の新しい燃料集合体設計用の集合体性能メトリクスが満足されるかどうか、或いは許容可能なマージン内で満たされるかどうかを判断することができる（図６を参照、Ｓ６４０）。従って、目的関数値を用いて、集合体性能メトリクスに対して所与の新しい燃料集合体設計の集合体性能出力をランク付けすることができる。

図８は、本発明の例示的な実施形態に従う図４のシミュレーションを更に詳細に示すフローチャートである。図４は、例えば図４のＳ３４０で示されるようなシミュレーション及び／又は図７のＳ６３６のシミュレーションを表すことができる。

ユーザがシミュレーションを開始すると、多くの自動化段階が続く。最初に、炉心設計問題の全ての定義が、３Ｄ原子炉炉心シミュレータ用の３Ｄ命令セット（例えばコンピュータジョブ）に変換される（Ｓ３４２）。これによって、ユーザは上記に説明されたシミュレータなどの、シミュレータの幾つかのタイプを選択することが可能となる。特定のシミュレータの選択は、ユーザが入力するプラント基準（例えば限界値）に依存する場合がある。コンピュータジョブは各リレーショナルデータベースサーバ２５０の待ち行列データベース２５３内の待ち行列に入れる準備がされる（Ｓ３４４）。特定のシミュレーションのデータを記憶することによって、任意のポテンシャルシミュレーション反復を最後又は前回の反復から始めることが可能となる。このデータを記憶し検索することによって、炉心設計に対して今後のシミュレーション反復を行うのに数分又は数秒しかかからない。

同時に、利用可能な計算サーバ４００の各々で実行するプログラムは、数秒毎にスキャンして、実行に使用可能なジョブを探す（Ｓ３４６）。ジョブの実行の準備ができている場合、計算サーバ４００の１つ又はそれ以上が待ち行列データベース２５３からデータを取得し、適切な３Ｄシミュレータを実行する。上述のように、１つ又はそれ以上のステータスメッセージをユーザに表示することができる。シミュレーションが完了すると、関心のある全ての結果は、リレーショナルデータベースサーバ２５０内の１つ又はそれ以上の下位データベース（例えばシミュレーション結果データベース２５５）内に記憶することができる（Ｓ３４８）。従って、テスト炉心設計の目的関数値を計算するために、リレーショナルデータベースサーバ２５０にアクセスすることができる。

図９は、図４のランク付け段階を更に詳細に示すフロー図である。集合体性能出力のランク付けにおいて、所与の候補の新しい燃料集合体設計を備えたシミュレート炉心設計（すなわち仮想炉心）が場合によっては「制約」とも呼ばれるユーザ入力限界値とどの程度一致するかを比較するために、目的関数を計算することができる（例えば、図７のＳ６３７を参照）。目的関数は、制約又は限界値を組込み、且つ炉心設計の限界値に対する適合度を定量化する数式である。例えば、シミュレーションの結果及び計算された目的関数値に基づいて、炉心設計者、エンジニア、或いは例えばプラント監督者とすることができるユーザは、特定の炉心設計がユーザの限界値要件を満たす（すなわち最大サイクルエネルギ要件を満たす）かどうかを判断することができる。

目的関数は、計算サーバ４００によるアクセスのためにリレーショナルデータベースサーバ２５０内に記憶することができる。目的関数値を与える目的関数計算もまた、下位目的関数値データベース２５７などのリレーショナルデータベースサーバ２５０内に記憶することができる。図９を参照すると、目的関数計算への入力は、限界値データベース２５１からのユーザ入力限界値と、シミュレータ結果データベース２５５からのシミュレータ結果（集合体性能出力）を含むことができる。従って、１つ又はそれ以上の計算サーバ４００は、リレーショナルデータベースサーバ２５０からこのデータにアクセスすることができる（Ｓ３５２）。

本発明の方法及び構成は、利用することができる任意の数の目的関数フォーマットが想定されるが、１つの実施形態は、３つの構成要素、すなわち（ａ）「ＣＯＮＳ」として表される特定の制約パラメータのユーザ入力限界値（例えば、原子炉プラントパラメータの設計制約）、「ＲＥＳＵＬＴ」として表される特定の制約パラメータについての３Ｄシミュレータからのシミュレーション結果、及び「ＭＵＬＴ」によって表される制約パラメータの乗数を有する目的関数を含む。予め定義されたＭＵＬＴのセットは、例えば、原子力プラント構成の大きな集まりから（ＢＷＲプラントの集まり、ＰＷＲプラントの集まりなどから）経験的に求めることができる。これらの乗数は、原子炉エネルギ、反応速度限界値、及び温度限界値が適切なレベルで決定できる値に設定することができる。

従って、経験的に決定された乗数の一般的なセットを例示的な実施形態に従って使用することができ、Ｎ個の異なる炉心設計全体に適用することができる。しかしながら、ユーザの好みが、幾つかの制約に予め設定されたデフォルト値によって識別された乗数よりも大きな乗数を「課す」よう要求する場合があるので、ＧＵＩ２３０は乗数の手動による変更を可能にすることができる。

目的関数値は、各個々の制約パラメータについて、及び全体として全ての制約パラメータについて計算することができ、この場合、全ての制約パラメータは、特定の炉心で評価されるもののエンティティを表す。目的関数の個々の制約構成要素は、式（１）で記述されるように計算することができる。

ＯＢＪ_ｐａｒ＝ＭＵＬＴ_ｐａｒ ^＊（ＲＥＳＵＬＴ_ｐａｒ−ＣＯＮＳ_ｐａｒ） （１）
ここで「ｐａｒ」は、ユーザ入力限界値のいずれかとすることができる。これらのパラメータは評価のための可能性のある候補とすることができるパラメータだけではなく、原子炉の適切な炉心構成を求めるために通常使用されるパラメータであることを理解されたい。総目的関数は、全ての制約パラメータの総和とすることができる。すなわち、
ＯＢＪ_ＴＯＴ＝ＳＵＭ（ｐａｒ＝１，３１）｛ＯＢＪ_ｐａｒ｝ （２）
式１を参照すると、ＲＥＳＵＬＴがＣＯＮＳより小さい（例えば、制約に関する違反がない）場合、差はゼロにリセットされ目的関数はゼロになる。従って、ゼロの目的関数値は、特定の制約（すなわちユーザ入力限界値）がシミュレーション結果（すなわち集合体性能出力）によって違反されなかったことを示す。目的関数の正の値は、修正を必要とする場合がある違反を表す。更にシミュレーション結果は、空間的座標（ｉ，ｊ，ｋ）及び時間座標（照射段階）（例えば、炉心エネルギサイクルでの特定の時間）の形式で提供することができる。従って、ユーザは、どの時間座標（例えば照射段階）に問題が位置するかを理解することができる。従って、炉心への修正は、識別された照射段階を目標にして行うことができる。

更に、目的関数値は、各照射段階の関数として計算することができ、設計問題全体について総計される（Ｓ３５４）。各制約について計算された目的関数値及び照射段階毎の目的関数値は、各目的関数値を正規化して合計目的関数値に対する所与の制約の寄与率を提供することによって更に調べることができる（Ｓ３５６）。目的関数計算の各結果又は値は、例えば、リレーショナルデータベースサーバ２５０内の下位目的関数値データベース２５７に記憶することができる（Ｓ３５８）。

目的関数値は、炉心開発の手動の決定において利用することができる。例えば、目的関数の計算値は、限界値を違反するパラメータを求めるためにユーザによってグラフィカルに見ることができる。更に、炉心設計の連続した反復全体にわたる目的関数値でのいかなる変化も、提案された設計における改善及び損失の両方を推定するための標準規格をユーザに提供する。

幾つかの反復にわたる目的関数値の増加は、ユーザの変更が要求される解決から遠ざかる炉心設計を生成していることを示す可能性があり、より少ない目的関数値の連続した反復（例えば、ゼロに向かって正の値から減少していく目的関数値）は、反復の炉心設計での改善を示すことができる。連続した反復全体にわたる目的関数値、限界値、及びシミュレーション結果は、リレーショナルデータベースサーバ２５０内の種々の下位データベースに記憶することができる。従って、その後の修正が役立たないことが判明した場合には、過去の反復からの設計を迅速に検索することができる。

例示的な方法の実施を上記の図１及び２で主にハードウェア構成要素の観点から説明したが、例示的な方法はまた、コンピュータプログラムとしてソフトウェアにおいて具現化することもできる。例えば、本発明の例示的な実施形態によるプログラムは、１つ又はそれ以上の原子炉で使用できる選択可能な新しい燃料集合体設計のデータベースをコンピュータに生成させるコンピュータプログラム製品であってもよい。

コンピュータプログラム製品は、１つ又はそれ以上の原子炉で使用できる選択可能な新しい燃料集合体設計のデータベースを、構成のプロセッサに生成させることができるコンピュータプログラム論理又はコード部分が具現化されたコンピュータ可読媒体を含むことができる。

コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ本体の内部にインストールされた組込み媒体か、或いはコンピュータ本体から分離可能に配置された取り外し可能媒体とすることができる。組込み媒体の実施例には、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、及びハードディスクなどの書き換え可能不揮発性メモリが含まれるが、これらに限定されない。取り外し可能媒体の実施例には、ＣＤ−ＲＯＭ及びＤＶＤなどの光記憶媒体、ＭＯのような磁気光記憶媒体、フロッピー（登録商標）ディスク、カセットテープ、及び取り外し可能ハードディスクのような磁気記憶媒体、メモリカードのような組込み型書き換え可能不揮発性メモリを備える媒体、及びＲＯＭカセットのような組込み型ＲＯＭを備える媒体を含むことができるが、これらに限定されない。

これらのプログラムはまた、外部から供給される伝播信号及び／又は搬送波に組み込まれたコンピュータデータ信号の形態で提供することができる。例示的な方法の１つ又はそれ以上の命令又は機能を組み入れるコンピュータデータ信号は、例示的な方法の命令又は機能を実行するエンティティによる送信及び／又は受信用の搬送波で搬送することができる。例えば、例示的な実施形態の機能又は命令は、図１の例示的な構成の１つ又はそれ以上の構成要素を制御するコンピュータで搬送波の１つ又はそれ以上のコードセグメントを処理することによって実施することができ、ここでは、本明細書で説明される例示的な方法に従って、１つ又はそれ以上の原子炉で使用できる選択可能な新しい燃料集合体設計のデータベースを生成するための命令又は機能を実行することができる。

更に、このようなプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体に記録される場合には、容易に記憶及び分配することができる。記憶媒体がコンピュータによって読み取られるときに、該記憶媒体は、本明細書で説明される例示的な方法に従って、新しい燃料集合体データベースを生成する段階を可能にすることができる。

本発明の例示的な実施形態は、幾つかの利点を提供することができる。新しい燃料データベースを生成する例示的な方法は、幾つかの異なる原子炉のための複数の炉心制約及び／又は集合体性能メトリクスを満足する、原子炉炉心設計内の新しい燃料集合体における標準燃料棒型の所与の数の型式及び配置を決定することができる。

コスト又は性能に関係なく任意の数の異なる棒型を通常利用する現在の炉心設計とは異なり、特定の原子炉プラントの特定の炉心に関する燃料集合体又は棒パターン設計を開発する際に棒型の特定の標準セットを決定することができる。従って、潜在的に制限のない量の異なる燃料集合体を、少数の異なる燃料棒型を用いて製作することができる。これにより、炉心温度限界値に対して潜在的に改善された安全限界を備えて、炉心設計のより大きな効率及び柔軟性、削減された製造コストが可能とすることができる。

新しい集合体設計のデータベースは、ある範囲の集合体性能メトリクスにわたって生成され、通常生じる炉心装荷並びに運転設計問題と当該問題を解決するよう特別に調整された新しい集合体設計とを「マッピング」することができる。これは、設計サイクルタイムを短縮すると同時に、設計結果を改善することができる合理化された炉心装荷及び運転設計プロセスを可能にすることができる。例えば、新しい集合体設計のデータベースを使用することにより、運転限界値に対する改善されたマージン、サイクルエネルギの増大、及び原子炉運転の柔軟性の改善などといった、グローバルな炉心変更に変換することができる。更に、新しい集合体データベースは、プラント始動の直前にプラントエネルギ利用の変化により必要となる場合がある、或いは例えば設備問題に起因する予期しないサイクル中停止において必要となる可能性がある迅速な炉心再構成を容易にすることができる。

新しい集合体データベースは、次の再装荷設計に容易に対応するための軽微な運転変更に起因する、予想プラント運転と実プラント運転との間の差違を考慮する。こうした差違は、次の再装荷設計において、シミュレーションモデルの不正確さ、設備メンテナンスに起因するプラント利用率の低下、又は季節変動によって生じる可能性のある局所化問題をもたらすことになる。特性はローカルな問題に対処するために僅かに変更された状態で、前回の再装荷設計の新しい集合体をデータベースからの「同様の」新しい集合体に置き換えることにより、設計解決策が容易に達成される。このようにして、「新規」の設計炉心は、以前の設計の炉心に対して同様のグローバルな動作を維持することになる。

更に、例示的な実施形態は、コンピューティング環境を利用して、異なる原子炉で使用する新しい集合体設計のデータベースを生成するのに必要な時間量の大幅な短縮を行うことができる。本方法は、特定の原子炉炉心設計についてのユーザの入力制約又は設計限界値に完全に適合させることができ、より少ない数の異なる棒型を備えて、従来の手動による反復プロセスに比べて、炉心設計を迅速に変更して、該変更された設計をシミュレートするよう運転上の大きな柔軟性を提供することができる。更に、手動反復プロセスに関して説明されたように、シミュレータ入力ファイルを生成する際にもはやエラーが生じる可能性はない。

従って、説明される本発明の例示的な実施形態は、多くの方法で変更することができることは明らかである。例えば、例示的な構成及び／又は方法を説明する図１−９の機能ブロックは、ハードウェア及び／又はソフトウェアにおいて実装することができる。ハードウェア／ソフトウェアの実装は、製造のプロセッサ及び物品の組合せを含むことができる。製造の物品は、記憶媒体及び実行可能なコンピュータプログラムを更に含むことができる。

実行可能なコンピュータプログラムは、説明された動作又は機能を行うための命令を含むことができる。またコンピュータ実行可能なプログラムは、外部から供給される伝播信号の一部として提供することができる。このような変型形態は、本発明の例示的な実施形態の精神及び範囲から逸脱するものとはみなされず、当業者には明らかなように、このような修正の全ては添付の請求項の範囲内に含まれるものとされる。

本発明の例示的な実施形態による方法を実施するための構成を示す図。 本発明の例示的な実施形態による方法を実施するための構成のアプリケーションサーバを示す図。 本発明の例示的な実施形態による下位のデータベースを有するリレーショナルデータベースを示す図。 本発明の例示的な実施形態に従って、選択可能な新しい燃料集合体設計のデータベースが生成される方法を示すフローチャート。 本発明の例示的な実施形態に従って、図４の棒型変更のセットを設定する段階を更に詳細に示すフローチャート。 本発明の例示的な実施形態に従って、所与の候補の新しい燃料集合体のための望ましい棒型を決定するための最適化プロセスを示すフローチャート。 本発明の例示的な実施形態に従って、図６の燃料配置を最適化する段階を更に詳細に示すフローチャート。 本発明の例示的な実施形態に従って、図４のシミュレーティング段階を更に詳細に示すフローチャート。 本発明の例示的な実施形態に従って図４のランク付け段階を更に詳細に示すフローチャート。

符号の説明

２００ アプリケーションサーバ
２５０ メモリ
２６０ 暗号サーバ
２７５ ローカルエリアネットワーク接続
３００ 外部ユーザ
３５０ 内部ユーザ
３７５ １２８ビットＳＳＬ接続
４００ 計算サーバ

Claims (10)

1. １つ又はそれ以上の原子炉の炉心で使用できる選択可能な新しい燃料集合体設計のデータベースを生成する方法であって、
   記憶された履歴の新しい燃料集合体設計から仮想炉心で評価されることになる候補の新しい燃料集合体設計の初期母集団を生成する段階と、
   修正された候補の新しい燃料集合体設計を生成するために、前記初期母集団で所与の候補に対して行われる棒型変更のセットを設定する段階と、
   前記セットから少なくとも１つの棒型変更を行うことによって所与の候補の新しい燃料集合体を修正する段階と、
   前記修正された集合体設計を表す集合体性能出力を含む複数のシミュレーション結果を生成するために、前記修正された集合体設計が装荷された仮想炉心の原子炉運転をシミュレートする段階と、
   複数のユーザ入力限界値に基づいて前記集合体性能出力をランク付けする段階と、
   前記データベースを生成するために、前記集合体性能出力が前記ユーザ入力限界値に対する許容マージンを満たすか或いは該許容マージン内にある場合に、前記修正された候補の新しい燃料集合体設計を記憶する段階と、
   を含む方法。
2. 前記初期母集団の各集合体設計において、
   付加的な候補の新しい燃料集合体設計で前記データベースをポピュレートするために前記修正段階、シミュレート段階、ランク付け段階、及び記憶段階を繰り返す段階を更に含み、
   前記修正段階、シミュレート段階、ランク付け段階、及び記憶段階は、前記初期母集団で前記新しい燃料集合体設計の一部又は全てに対して行われる請求項１に記載の方法。
3. 所与の候補の新しい燃料集合体設計は、所与の炉心で評価されることになる単一の新しい燃料集合体、複数の新しい燃料集合体、及び新しい燃料集合体の複数のグループのうちの１つについての設計を表す請求項１に記載の方法。
4. 前記ユーザ入力限界値は、クライアント入力のプラント固有の設計制約、炉心性能基準、原子炉運転で使用される運転パラメータ限界値、炉心安全限界値、並びにこれらの運転及び安全限界値に対するマージンの１つ又はそれ以上を含む請求項１に記載の方法。
5. 前記棒型変更のセットを設定する段階が、評価されている所与の候補の新しい燃料集合体設計に適用可能な複数の集合体性能メトリクスを求める段階を含み、各集合体性能メトリクスについて、前記棒型変更のセットを設定する段階が更に、
   前記所与の集合体性能メトリクスに影響を与える１つ又はそれ以上の燃料棒型を選択する段階と、
   前記選択された棒型に基づいて、許容可能な範囲の所与の集合体性能メトリクスを満足する燃料棒型を提供するように行われることになる燃料棒変更を決定する段階と、
   実行される前記燃料棒変更のセットをポピュレートするために、前記選択された棒型に対応して行われることになる前記燃料棒変更を記憶する段階と、
   を更に含む請求項１に記載の方法。
6. 前記集合体性能メトリクスのセットを求める段階が、前記候補の新しい燃料集合体設計に適用可能な原子炉性能メトリクス及び機械的性能メトリクスと、前記原子炉性能メトリクス及び機械的性能メトリクスの各々についての最大及び最小許容可能範囲とを設定する段階を含み、
   前記原子炉性能メトリクスが、前記候補の新しい燃料集合体設計における、バーンアウト反応速度値、冷態停止マージン、及びローカル照射蓄積値のうちの少なくとも１つを含み、
   前記機械的性能メトリクスが、前記候補の新しい燃料集合体設計のローカルｋＷ／ｆｔ値における、半径方向出力プロファイル、軸方向出力プロファイルのうちの少なくとも１つを含む方法。
7. 前記修正段階、シミュレート段階、及びランク付け段階が、前記所与の候補の新しい燃料集合体設計において前記燃料棒型を最適化する最適化処理段階の一部として含まれる請求項１に記載の方法。
8. 前記最適化処理段階が、前記候補の新しい燃料集合体設計における交換のために、前記燃料棒型変更のセットから優勢棒を選択する段階と、
   前記優勢棒型を前記候補の新しい燃料集合体設計における既存の棒型と置き換えて、修正された設計を生成する段階と、
   前記修正された候補設計において制限された棒位置を識別する段階と、
   前記修正された候補設計の制限された位置にある棒と非制限の棒とを交換する段階と、
   ユーザ入力限界値と最も一致する燃料サイクル設計を選択する段階と、
   を含み、
   仮想的炉心で使用されることになる前記選択された燃料サイクル設計が前記修正された候補設計を含み、
   前記最適化処理段階が更に、
   集合体性能メトリクスに基づいて改善することを目標とする、前記選択された燃料サイクル設計における新しい燃料集合体位置を識別する段階と、
   前記識別された位置の新しい燃料集合体を前記修正された候補設計の１つ又はそれ以上の新しい燃料集合体と交換する段階と、
   前記修正された候補設計の１つ又はそれ以上の新しい燃料集合体が装荷された前記仮想炉心の原子炉運転をシミュレートして集合体性能出力を生成する段階と、
   前記集合体性能メトリクスに対する前記所与の候補の新しい燃料集合体設計の集合体性能出力をランク付けするために使用されることになる前記集合体性能出力に基づく目的関数値を計算する段階と、
   を含む請求項７に記載の方法。
9. 前記複数の原子炉プラントが、沸騰水型原子炉、加圧水型原子炉、ガス冷却型原子炉、液体金属原子炉又は重水型原子炉からなる群から選択された少なくとも１つの原子炉を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. １つ又はそれ以上の原子炉の炉心で使用できる選択可能な新しい燃料集合体設計のデータベースを生成するための装置であって、
    データを入力及び受信するために前記装置へのユーザアクセスを可能にするインターフェースと、
    記憶された履歴の新しい燃料集合体設計から仮想的炉心において評価されることになる候補の新しい燃料集合体設計の初期母集団を生成し、
    前記セットから少なくとも１つの棒型変更を行うことによって所与の候補の新しい燃料集合体を修正し、
    前記修正された集合体設計を表す集合体性能出力を含む複数のシミュレーション結果を生成するために、前記修正された集合体設計が装荷された仮想炉心の原子炉運転をシミュレートし、
    複数のユーザ入力限界値に基づいて前記集合体性能出力をランク付けし、
    前記データベースを生成するために、前記集合体性能出力が前記ユーザ入力限界値に対する許容マージンを満たすか或いは該許容マージン内にある場合に、前記修正された候補の新しい燃料集合体設計を記憶する、
    ように構成されたプロセッサ装置と、
    を備えた装置。

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