JP2006017717A - 原子炉の標準ロッドタイプを決定するための方法、装置、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 異なる原子炉の炉心で複数の異なる燃料集合体に適用できる標準ロッドタイプを決定することに関する。
【解決手段】 本方法は、ロッドタイプに関係する限界値のセットを定める段階と、限界値に基づいて原子炉プラントの選択された数の炉心で使用するための評価されることになるロッドタイプの初期母集団を求める段階とを含むことができる。ロッドタイプの初期母集団に基づいて、１つ又はそれ以上の炉心に適用可能な、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。選択可能な新しい燃料集合体設計の少なくとも１つのサブセットに関係する集合体データが、データベースから検索され、標準ロッドタイプのセットとして検索された集合体データに基づいて初期母集団からロッドタイプの目標数を選択することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般的に原子炉に関し、更に具体的には異なる原子炉の炉心で複数の異なる燃料集合体に適用できる標準ロッドタイプを決定することに関する。

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ロッド（ＢＷＲ）又は燃料ロッドのグループ（ＰＷＲ）の数百の個々の燃料集合体を有する。これらの集合体（又は燃料ロッドグループ）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オプティマイゼイション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ロッドタイプは、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ロッドタイプだけが、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ロッドタイプ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＋間の異なるロッドタイプを含むことができる。これは、異なるロッドタイプの数が大きいほど、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。

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に適用可能な燃料集合体を構築するためのロッドタイプの所与の標準セットを決定するための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プラントの１つ又はそれ以上の炉心で使用する標準ロッドタイプのセット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に関する。１つの実施例では、この方法は、ロッドタイプに関係する限界値のセットを定める段階、及び限界値に基づいて、原子炉プラントの選択された数の炉心で使用するための評価されることになるロッドタイプの初期母集団を求める段階を含むことができる。ロッドタイプの初期母集団に基づいて、１つ又はそれ以上の炉心に適用可能な、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。選択可能な新しい燃料集合体設計の少なくとも１つのサブセットに関係する集合体データが、データベースから検索され、標準ロッドタイプのセットとして検索された集合体データに基づいて初期母集団からロッドタイプの目標数を選択することができる。

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燃料集合体用の標準的ロッドタイプを求めるための方法、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、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、例えば、異なる原子炉プラントの種々の原子炉炉心で実施することができる望ましい燃料集合体用、原子炉プラントの次の予定停止時の据え付け用、及び／又は原子炉プラントの新しい炉心の一部として所与の標準のロッドタイプのセットを求めるようにする。

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オプティマイゼイション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。

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、複数の異なる燃料ロッドタイプ及び関連する棒特性を記憶することができる燃料ロッドタイプデータベース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、例えば新しい燃料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よる棒の標準セットを求める方法を説明するフローチャートである。以下の方法は、ＢＷＲの燃料ロッドの標準セットを求める観点で説明されており、本明細書において説明されることになるが、本方法は、例えば、加圧水型原子炉、ガス冷却式原子炉、液体金属原子炉、或いは重水炉のいずれかにおける棒の標準セットを求めることに適用することができる。以下の記述は、動作の点でこの方法を説明する。

図４を参照すると、所与の原子炉プラント或いはユーザによって選択された所与の複数の原子炉プラントでは、ＧＵＩ２３０及びホストプロセッサ２１０を介してデータベースサーバ２５０にアクセスすることによって、更に具体的には、評価される原子炉プラントの各々の複数の予め記憶されたロッドタイプの限界値又は制約パラメータを包含できる限界値データベース２５１にアクセスすることによって、ユーザは、複数のロッドタイプ限界値（Ｓ１００）を定めることができる。もしくは、ロッドタイプに関係する限界値は、ユーザによって限界値データベース２５１に入力することができる。ロッドタイプ限界値は、ロッドタイプ製造条件に関係することができる。例えば、製造条件は、所与の燃料ロッドタイプの許容可能な濃縮ブレンド制限又は値、所与の燃料ロッドタイプの許容可能な可燃性吸収材ブレンド限界値、所与の燃料ロッドタイプ限界値内の許容可能な軸方向ゾーン、及び所与の燃料集合体制約又はパラメータの許容可能なロッドタイプを含むことができる。これらは、単に例示的なロッドタイプに関係する限界値であり、他の限界値又は制約は当業者であれば明らかにすることができる。

定義済みロッドタイプ限界値に基づいて、燃料集合体設計での評価されることになるロッドタイプの初期母集団を決定することができる（Ｓ２００）。以下に更に説明されるように、初期母集団は、例えば燃料ロッドの機械的な性能及び燃料ロッドのコストの関数としてロッドタイプのより大きな母集団から決定することができる。これらの条件は、初期母集団を開発するためのフィルタに相当することができる。

ロッドタイプの初期母集団が決定されると、ユーザは、ロッドタイプの初期母集団を評価するために新しい燃料集合体設計（Ｓ３００）を選択可能なデータベースを生成することができる。以下に更に詳細に説明されるように、一般に、新しい燃料集合体設計のデータベースの生成は、幾つかのサブプロセスを含むことができる。例えばユーザは、シミュレートされる仮想炉心において評価されるべき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。この初期母集団は、例えば履歴燃料サイクル設計データベース２５４に記憶できる記憶された履歴新しい燃料集合体設計から生成することができる。

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、初期母集団での所与の候補の新しい燃料集合体に対して行うロッドタイプ変更のセットを設定できる。燃料ロッドタイプ変更のこのセットは、例えば、所与のロッドタイプは、燃料ロッドタイプデータベース２５６にアクセスして、評価されるべき候補の新しい燃料集合体内の幾つかの集合体性能メトリクスにどう影響を及ぼすかを求めることによって生成できる。

評価されるべき候補の新しい燃料集合体設計は、１つ（又はそれ以上のロッドタイプ変更）を実行することによって修正でき、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、複数のシミュレーション出力、又は「集合体性能出力」を生成するためにシミュレートすることができる。集合体性能出力は、例えば集合体及び／又は炉心性能に関係する幾つかのユーザ入力限界値との比較に基づいてランク付けすることができる。ユーザ入力集合体及び／又は炉心関連限界値を満たす修正された候補の新しい燃料集合体設計は、新しい燃料集合体設計データベース２５２内に記憶することができ、これによってロッドタイプの標準セットを決定するのに使用されることになるデータベースを生成する。

データベースが生成されると、ユーザは、更なる分析（Ｓ４００）のための集合体性能メトリクスを満たす新しい燃料集合体設計の少なくともサブセットの集合体データを検索することができる（Ｓ４００）。このデータは、新しい燃料集合体設計データベース２５２から検索することができる。

検索された集合体データは、複数の原子炉プラントで使用するロッドタイプの標準セットとして初期母集団からロッドタイプの目標数を選択するために分析することができる（Ｓ５００）。ある実施例では、これは、検索された集合体データからデータベースを生成する際に評価された新しい燃料集合体設計のサブセットでの燃料タイプ発生頻度ヒストグラムを生成することによって行うことができる。頻度ヒストグラムに基づいて、初期母集団の所与の数のロッドタイプを削除することができる。例えば、所与の頻度閾値より低い発生頻度を有するロッドタイプは、初期母集団から削除して、ロッドタイプの修正又は変更された母集団を提供することができる。発生頻度閾値は、ユーザによって設定することができ、適切なグラフィカル表示装置は、ＧＵＩ２３０、ホストプロセッサ２１０、及びリレーショナルデータベース２５０を介してユーザによりアクセスすることができ、頻度閾値基準を満たすことができるロッドタイプを表示する。

次いで、変更されたロッドタイプ母集団は、変更された母集団のロッドタイプの各々を形成する製造又は製作コストに基づいて更にランク付け（又はフィルタ処理）される。ユーザはまた、ＧＵＩ２３０を介して、必要であれば製作コスト及び発生頻度の両方の点でランク付けを示す適切なグラフィカル表示装置を得ることができる。次にユーザは、ロッドタイプの目標数を達成するために、より高いコスト、より低い発生頻度のフィルタ処理を繰り返すことによって、残りの母集団を更に分析することができる。次いで、ロッドタイプの標準セットに相当するロッドタイプのこの目標数は、リレーショナルデータベース２５０、具体的には、例えば燃料ロッドタイプデータベース２５６内に記憶することができる。

従って、構成１０００は、１つ又はそれ以上の原子炉プラントの１つ又はそれ以上の炉心で使用するように適合された標準ロッドタイプのセットを求めるように構成することができる。ＧＵＩ２３０は、ネットワークＩ／Ｆ２２５を介して、ユーザからの所与の制約パラメータを受け取ることができる。所与の制約パラメータは、関連するロッドタイプのセット（限界値データベース２５１内に記憶することができる）とすることができ、及び／又は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、更にこれらの運転上の限界値及び安全限界値に対する限界のような、データベース２５１内に記憶することができる他のユーザ入力限界値を含むこともできる。

従って、データベースサーバ２５０及び計算サーバ４００と連動して及び／又はこれらと動作可能に通信するホストプロセッサ２１０は、図４で説明された機能を実行するように構成することができる。これは、ＧＵＩ２３０を介したユーザ指示入力コマンドに基づいて、及び／又は、例えばオプティマイゼイションルーチンの目的関数を繰り返すための必要なオプティマイゼイション基準を選択することによって行うことができる。

構成１０００は、少なくともロッドタイプに関係する限界値に基づいて、評価されることになるロッドタイプの初期母集団を求めることができ、１つ又はそれ以上の炉心に適用可能なロッドタイプの初期母集団の１つ又はそれ以上を含む選択可能な新しい燃料集合体設計を生成することができる。上記で検討したように、これらの生成された設計は、データベースサーバ２５０の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段階を含むことができる。計算サーバ４００は、ＧＵＩ２３０を介したホストプロセッサ２１０へのユーザ入力の制御下で、例えば、少なくとも選択可能な新しい燃料集合体設計のサブセットに関係する集合体データ（新しい燃料集合体設計データベース２５２内に記憶された）を検索し、検索された集合体データに基づいて標準ロッドタイプのセットとして初期母集団からロッドタイプの目標数を選択するように構成することができる。

ユーザ又は設計者は勿論、例えばロッドタイプの目標数を選択するための基準を設定及び選択することができる。従って、データベースサーバ２５０の種々の下位データベースは、例えば、制約パラメータ（データベース２５１を参照）、ロッドタイプの初期母集団（データベース２５６）、集合体データが検索される選択可能な新しい燃料集合体設計のデータベース（データベース２５２）、及び標準ロッドタイプのセット（燃料ロッドタイプデータベース２５６）の１つ又はそれ以上を記憶するように構成することができる。

その結果、例示的な実施形態によれば、ユーザは、上述のように求められたロッドタイプの標準セットからの１つ又はそれ以上のロッドタイプを含む適切な新しい燃料集合体を設計又はモデル化することができる。従って、小数の異なるロッドタイプ（或いはロッドタイプの標準セット）を利用する複数の異なる燃料集合体を製造することができ、設計に大幅な柔軟性を与える。すなわち、要求される燃料集合体は、標準セットの１つ又はそれ以上のロッドタイプを使用して生成することができる。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中などの、選択された原子炉プラントの所与の炉心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、標準セットの１つ又はそれ以上のロッドタイプで設計された１つ又はそれ以上の燃料集合体により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。

ロッドタイプの目標数を選択する場合、発生頻度及び／又は高コストによって初期母集団からロッドタイプを削除するフィルタリング機能では、標準ロッドタイプの要求される目標セットをユーザに提供できない点を理解されたい。ユーザは、選択可能な新しい燃料集合体設計の燃料集合体データベースを微調整又は修正するために、変更されたロッドタイプ母集団を使用してＳ３００のデータベース生成を再実行することができる。ロッドタイプの変更された母集団を備えた修正された新しい燃料集合体設計の再評価を含む、変更された新しい燃料集合体データベース内に記憶された集合体データに基づいて、検索及び分析機能は、発生頻度及び製造コストに関係するフィルタリング基準に応じてロッドタイプの目標数が達成されるまで繰り返すことができる。

図５は、本発明の例示的な実施形態に従って、ロッドタイプの初期母集団を求める方法を示すフローチャートである。図５を参照すると、初期母集団のロッドタイプの各々では、ユーザは、限界値データベース２５１から検索されたロッドタイプ限界値との比較に基づいて燃料ロッド機械性能（Ｓ２１０）を評価することができる。

例えばユーザは、燃料ロッド機械性能が評価されている燃料ロッドタイプの１つ又はそれ以上の軸方向ゾーンに対して許容可能であるかどうかといった、ロッドタイプに関係する限界値の１つ又はそれ以上の観点で所与の燃料ロッドタイプの燃料ロッド機械性能を評価することができる。他の比較は、燃料ロッド機械性能が所与の燃料ロッドの軸方向ゾーンの指定数に対する所与の数の許容可能境界で許容可能であるか、及び／又は燃料ロッド機械性能が各軸方向ゾーンで許容可能であるか、評価されている燃料ロッドの各軸方向ゾーン内で許容可能な濃縮濃度及び／又は許容可能な可燃性吸収材濃度が存在するか否かに関するものとすることができる。従って、ロッドタイプ限界値に基づく燃料ロッド機械性能のこの評価は、燃料ロッドタイプ候補の初期母集団を削減するための第１フィルタとしての役割を果たすことができる。

次に、低減され又は変更されたロッドタイプ母集団は、燃料ロッドコスト分析（Ｓ２２０）にかけられる。許容可能な機械性能に適合又は呈示するこれらの燃料ロッドタイプは、燃料ロッドを製造又は製作するためのコスト閾値を満たすかどうかに関して評価することができる。この燃料ロッドコスト閾値は、例えば評価されている所与の用途又は所与の原子炉プラントに対してユーザが設定した値とすることができる。燃料ロッドコスト閾値は、１つ又はそれ以上の候補の新しい燃料集合体設計において評価されることになるロッドタイプの初期母集団の一部としてどのロッドタイプが機能するかを決定するための変更された母集団の第２フィルタとして作用することができる。次いで、「残存している」候補は、例えばロッドタイプの標準セットを求める際に、評価されることになる燃料ロッドタイプの初期母集団として燃料ロッドタイプデータベース２５６内に記憶することができる（Ｓ２３０）。

図６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。ロッドタイプの目標数（標準セット）を求めるための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。ユーザ入力限界値は、上記に説明されたロッドタイプに関係する限界値とは異なる。

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）に対して行うロッドタイプ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、ロッドタイプ変更のセットは、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、所与の燃料ロッドタイプ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ロッド変更を求めることができる。従って、燃料ロッド変更は、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で生成されたロッドタイプ変更のセットから少なくとも１つのロッドタイプ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、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６に示されるように、機能Ｓ３３０−Ｓ３５０は、オプティマイゼイションプロセス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オプティマイゼイションルーチンを実行することができる。オプティマイゼイションルーチンが、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（オプティマイゼイション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オプティマイゼイションを利用することは、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ロッドタイプ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。

図７は、本発明の例示的な実施形態に従って、図６のロッドタイプ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７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ロッド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７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ロッド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、所与の燃料ロッドタイプは、燃料ロッドタイプデータベース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ロッドタイプの影響に基づくものとすることができる。表１は、ロッドタイプを定めるのに使用することができる燃料ロッド変数を示し、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ロッド変数を示す。

表１及び２を参照すると、所与の燃料ロッドタイプは、表１の燃料ロッド変数が表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、燃料ロッド変数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。燃料ロッド変数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）を与える燃料ロッド変数は、所与の燃料ロッドタイプでの総濃縮ウラン（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マージン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ロッド変数は、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。これらの燃料ロッド変数は、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ロッド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。燃料ロッド変数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、燃料ロッド変数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、燃料ロッド変数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、燃料ロッド変数の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ロッドタイプを選択することができる。

選択されたロッドタイプに基づいて、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ロッド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ロッド変更を示す。

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ロッド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ロッドタイプ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ロッド変更のリストをポピュレートする。燃料ロッド変更セットは、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８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ロッドタイプを求めるためのオプティマイゼイション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６のＳ３３０−Ｓ３５０の機能は、オプティマイゼイションルーチンを使用して実行することができる。次に図８を参照すると、オプティマイゼイションルーチンＳ８００の一部として、ユーザは、ロッドタイプ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ロッドタイプを選択できる（Ｓ８１０）。優勢なロッドタイプは、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、例えばロッドタイプのセットから優勢なロッドタイプ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。

優勢なロッドタイプは、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ロッドタイプと置き換えることができる（Ｓ８２０）。修正された候補の新しい燃料集合体内の特定の燃料ロッド交換は、集合体性能メトリクスを満足するまでオプティマイゼイション（Ｓ８３０）を用いて決定することができる（Ｓ８４０）。燃料ロッド配置のオプティマイゼイションに基づいて、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（Ｓ８４０の出力が「ＮＯ」である）では、別のロッドタイプ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（Ｓ８５０）し、更に、機能Ｓ８２０−Ｓ８４０を繰り返すことができる。

図９は、本発明の例示的な実施形態に従って、図８の燃料配置をオプティマイゼイションする段階を更に詳細に示すフローチャートである。図９は、燃料ロッド配置オプティマイゼイションＳ８３０処理を更に詳細に示す。

図９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（Ｓ８３１）。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（オプティマイゼイション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（Ｓ８３２）。

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（Ｓ８３３）。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（Ｓ８３４）。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（Ｓ８３５）、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（Ｓ８３６）。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（Ｓ８３７）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８を参照、Ｓ８４０）。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１０は、本発明の例示的な実施形態に従う図６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６は、例えば図６のＳ３４０で示されるようなシミュレーション及び／又は図９のＳ８３６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１１は、図６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９のＳ８３７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１１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、複数の原子炉プラントの１つ又はそれ以上の炉心で使用する標準ロッドタイプのセットをコンピュータに決定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、複数の原子炉プラントの１つ又はそれ以上の炉心において使用する標準ロッドタイプのセットを、構成のプロセッサに決定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、ロッドタイプの標準セットを求め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、ロッドタイプの標準セットを求め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。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ロッドタイプ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、任意の数の異なるロッドタイプ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、ロッドタイプ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、少数の異なる燃料ロッドタイプ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。

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標準ロッドタイプの望ましいセット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ロッドタイプを備えて、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１−１１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本発明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棒の標準セットを決定する方法を説明するフローチャート。 本発明の例示的な実施形態に従って、ロッドタイプの初期母集団が決定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、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６のロッドタイプ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ロッドタイプを決定するためのオプティマイゼイション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８の燃料配置をオプティマイゼイション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６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６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プラントの１つ又はそれ以上の炉心で使用するように適合された標準ロッドタイプのセットを求める方法であって、
   ロッドタイプに関係する限界値のセットを定める段階と、
   前記限界値に基づいて、選択された数の原子炉プラントの炉心で使用するために評価されることになるロッドタイプの初期母集団を求める段階と、
   前記１つ又はそれ以上の炉心に適用可能であり、且つロッドタイプの前記初期母集団の１つ又はそれ以上を含む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段階と、
   前記データベースから、前記選択可能な新しい燃料集合体設計の少なくとも１つのサブセットに関係する集合体データを検索する段階と、
   前記検索された集合体データに基づいて、標準ロッドタイプの前記セットとして前記ロッドタイプ限界値のセットを満たす前記初期母集団からロッドタイプの目標数を選択する段階と、
   を含む方法。
2. 前記ロッドタイプに関係する限界値を定める段階は、所与の燃料ロッドの許容可能な濃縮ブレンド限界値、所与の燃料ロッドの許容可能な可燃性吸収材ブレンド限界値、所与の燃料ロッド限界値内の許容可能な軸方向ゾーン、及び所与の燃料集合体限界値の許容可能なロッドタイプの１つ又はそれ以上を含むロッドタイプ製造条件をユーザが入力する段階と、前記限界値のセットを記憶する段階とを含む請求項１に記載の方法。
3. ロッドタイプの初期母集団を求める段階は、所与の候補ロッドタイプに対して、
   前記所与の候補の燃料ロッド機械性能が、ロッドタイプに関係する限界値の前記セットに関係するものとして許容可能かどうか、及び許容可能な機械性能を有するものとして求められた候補について評価する段階と、
   要求されるコスト閾値に対して候補コストを比較する段階と、
   前記初期母集団をポピュレートするために前記コスト閾値より低い各候補について性能情報及びロッドタイプ特性を記憶する段階と、
   を含み、
   関連する性能情報及びロッドタイプ特性を備えた前記初期母集団が、選択可能な新しい燃料集合体設計の前記データベースを生成するためにアクセスされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 選択可能な新しい燃料集合体設計の前記データベースを生成する段階は、１つ又はそれ以上のオプティマイゼイションプロセスを使用して行われる請求項１に記載の方法。
5. 選択可能な新しい燃料集合体設計の前記データベースを生成する段階は、
   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ロッドタイプ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つのロッドタイプ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、
   を含む請求項１に記載の方法。
6. 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５に記載の方法。
7. 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５に記載の方法。
8. 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５に記載の方法。
9. ロッドタイプの目標数を選択する前記段階は、
   前記検索された集合体データから、新しい燃料集合体設計のサブセットでの燃料ロッドタイプ発生の頻度ヒストグラムを生成する段階と、
   前記ヒストグラムに基づいて、所与の閾値よりも低い発生頻度を有する前記初期母集団のロッドタイプを除外する段階と、
   製作コストに基づいて前記修正されたロッドタイプ母集団をランク付けする段階と、
   ロッドタイプの前記目標数が達成されるまで、前記修正された母集団からより高いコスト、より低い発生頻度のロッドタイプを除外する段階と、
   を更に含む請求項１に記載の方法。
10. １つ又はそれ以上の原子力プラントの１つ又はそれ以上の炉心で使用するように適合された標準ロッドタイプのセットを求めるための装置であって、
    ロッドタイプに関係する限界値のセット、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制約パラメータを受け取るためのインターフェースと、
    少なくとも前記ロッドタイプに関係する限界値に基づいて、選択された数の原子力プラントの炉心で使用するために評価されることになるロッドタイプの初期母集団を求め、
    前記１つ又はそれ以上の炉心に適用可能であり、且つロッドタイプの前記初期母集団の１つ又はそれ以上を含む選択可能な新しい燃料集合体設計を生成し、
    前記選択可能な新しい燃料集合体設計の少なくとも１つのサブセットに関係する集合体データを検索し、
    前記検索された集合体データに基づいて、標準ロッドタイプの前記セットとして前記初期母集団からロッドタイプの目標数を選択する、
    ように構成されたプロセッサ構成と、
    前記制約パラメータ、ロッドタイプの初期母集団、前記集合体データが検索される選択可能な新しい燃料集合体設計のデータベース、及び標準ロッドタイプのセットの１つ又はそれ以上を記憶するためのメモリと、
    を備える装置。

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