JP2006189438A - 原子炉炉心の設計方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の最小制御ブレード定義を有する原子炉の炉心設計の決定に関する。
【解決手段】本方法においては、定義済み限界のセットに基づいて基準炉心設計を生成する。限界のセットは、所与の炉心エネルギサイクルにわたって満足すべき目標高温過剰反応度と、サイクルに対して設定される所与の所望の制御ブレード定義とを含むことができる。定義された限界に基づいて基準炉心設計を生成する。未照射燃料バンドルの固有のサブセットは、各燃料位置にて最新未照射燃料バンドルの少なくとも１つを選択された未照射燃料バンドルの少なくとも１つと交換する段階と、定義された限界のセット値に基づいてランク付けされるべき複数の出力を取得するために基準炉心設計に基づいて原子炉運転をシミュレートする段階とを含む反復改善プロセスを受ける。最も高くランク付けされた出力は、目標高温過剰反応度制約を満足する設定された炉心ブレード定義を有する許容炉心設計を表すことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、所望の最小制御ブレード定義を有する原子炉の炉心設計の決定に関する。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）又は加圧水型原子炉（ＰＷＲ）などの軽水型動力炉（ＬＷＲ）の炉心は、種々の特性を有する燃料棒（ＢＷＲ）又は燃料棒群（ＰＷＲ）から成る数百の個々の燃料バンドル（燃料アセンブリ）を有する。これらのバンドル（燃料棒群）は、燃料バンドル（燃料棒群）内の燃料棒間及び燃料バンドル間の相互作用が、政府制約及び顧客指定の制約を含むあらゆる規制制約及び原子炉設計上の制約を満足するように配列されるのが好ましい。更に、炉心設計は、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とは、新しい燃料要素で炉心を再充填（運転停止時に行われる）する必要が生じるまでに炉心が発生するエネルギの量である。ＢＷＲなどの動力炉における炉心エネルギサイクル（すなわち燃料サイクル）は、未照射燃料バンドルの交換及び照射済み燃料バンドル（焼け、２度焼けなど）のシフトのため計画保守停止時に原子炉が操業停止されるまでに、通常は１２ヵ月、１８ヵ月、２年、又はそれ以上に延びる可能性がある。

例えば、ＢＷＲの場合、炉心内での可能なバンドル配置及びバンドル内での燃料要素配置の数は、数百階乗を超える場合がある。これらの数多くの異なる可能な構成では、全ての適用可能な設計上の制約を満足することができるのは、わずか数パーセントの炉心設計だけの可能性がある。更に、全ての適用可能な設計上の制約を満足するこれらの炉心設計のうち経済的なものはほんの数パーセントである。

設計工程においては、炉心設計の未照射燃料配列の決定に加えて、制御ブレード運転計画を評価すべきである。従来の制御ブレード運転計画では、サイクル中のブレード群、ブレード位置、及びブレードシーケンス間隔の決定が行われる。制御ブレード運転計画は、燃料サイクル設計工程の一部として炉心充填パターン設計（炉心設計）と共に行うことができる。典型的な運転計画では、出力分布形状（すなわち、熱限界値に対するマージン）並びに高温過剰反応度を制御する手段としてサイクル中に定期的に交換される複数のブレード群の使用を含むことができる。

ＢＷＲの制御ブレードは、炉心内挿入時に制御ブレード近傍の核反応（と、それによる局部出力）を「減衰」させる中性子吸収材料を含有する。通常ＢＷＲにおいては、制御ブレードは、隣接する燃料バンドル間のいわゆる燃料チャネル内を移動する。従って、制御ブレードを挿入すると、炉心反応度が小さくなり、ブレードを取り出すと炉心反応度が大きくなる。制御ブレードは、使用量に比例して経時的に「磨耗する」（すなわち、ブレードの吸収能力が低下する）ので、定期的に交換する必要がある。制御ブレードの交換は、ブレードを購入することと、制御ブレード保守のために必要とされる原子炉の停止時間（通常は燃料補給停止中）の点から、設備に対してコストアップ要因となる。

最近の「シャドー腐食」メカニズム又は事象として知られる現象では、ＢＷＲの制御ブレードの使用で観察される。シャドー腐食メカニズム又は事象は、制御ブレードが未照射燃料バンドル近傍に延長された期間挿入される場合に発生する。このシャドー腐食メカニズムは、燃料チャネル内で水素吸収の原因となり、結果として長期間照射の後にチャネルの曲げが発生する。このチャネル曲がりの影響は、挿入されることになるブレードの能力を妨げる可能性があり、動作可能制御ブレードは非常時に原子炉を操業停止させる上での要件であることから、安全上の問題発生の可能性が生じる。燃料バンドル寿命途中でのシャドー腐食を示すチャネルの交換は、原子炉停止時間及びチャネル購入費の両方において費用がかかるものとなる。

更に、個々の制御ブレードの移動又はブレードシーケンス交換は、一般に、移動されるブレード近傍の局所出力に及ぼす影響に起因して核燃料に応力が加わる。このようなブレードの移動を行う上で様々な「ソフトな取り扱い」指針（すなわち、燃料ベンダによって呈示される勧告）が存在する。このために、燃料上に加わる応力を低減する手段として原子炉動力レベルの低下が発生する。これは、プラントの全体的な利用率に影響を与える。

制御ブレードの使用は、炉心充填パターン設計及び運転計画に不可欠なものである。ブレード「磨耗」に対処するために、ブレード管理戦略が採用され、ここでは高負荷ブレードは、低負荷ブレードとシャッフル又は交換される。それでも尚、必要となる保守時間は、制御ブレードを交換する必要があるために依然として高価なものとなる。同様に、チャネル曲がりの緩和には、寿命途中での燃料の再チャネリング、或いは影響を受けやすい燃料を管理外の場所にシャッフルするための炉心充填パターン設計の修正が必要である。チャネル曲がりを緩和するための炉心充填設計の修正で、炉心充填設計に対する更なる制約を課し、更なる未照射燃料バンドルを購入しなければならないといった大きな経済上のペナルティが生じる可能性がある。更に、制御ブレードの移動に関しては、上述の「やさしい取り扱い」指針並びに運用上規則が適切に設定されている。

従来、炉心設計の決定は、試行錯誤に基づいて行われてきた。具体的には、技師又は設計担当者の過去の経験のみに基づいて、炉心設計時に初期炉心設計が識別された。その後、当初に識別された設計をコンピュータでシミュレーションを行った。特定の設計上の制約を満足しなかった場合には、構成が修正され、更にコンピュータシミュレーションを実行した。上述の手順を用いて適切な炉心設計が識別されるまでには、通常は何週間にも及ぶ労力が必要であった。

例えば、使用されている従来のプロセスは、設計担当者が入力ファイルであるＡＳＣＩＩテキストファイルに原子炉プラント専用の運転パラメータを繰り返し入力する必要のある自立型の手動設計プロセスである。入力ファイルに入力されるデータとしては、制御ブレードの制御ブレードノッチ位置（評価される原子炉が沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）である場合）、炉心流量、炉心照射線量（例えば、短時間当たりのメガワット日（ＭＷＤ／ｓｔ）で測定された炉心エネルギサイクルでの燃焼量）などを含む。

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では、結果として得られた入力ファイルが読み取られ、シミュレーション結果をテキスト又はバイナリーファイルに出力する。その後、設計担当者は、シミュレーション出力を評価して設計判定基準に適合しているか否かを判断し、また、熱限界に対するマージンの違反が発生していないことを検証する。設計判定基準に適合しなければ（すなわち、１つ又はそれ以上の限界の違反）、設計担当者が手作業で入力ファイルを修正する必要がある。具体的には、設計担当者は、１つ又はそれ以上の運転パラメータを手作業で変更して炉心シミュレーションプログラムを再実行することになる。このプロセスは、満足な炉心充填パターンが達成されるまで繰り返される。

このプロセスは、極めて時間がかかるものである。必要とされるＡＳＣＩＩテキストファイルは、構築するのが困難であり、多くの場合エラー発生が起こりやすい。ファイルは、固定フォーマットで極めて長く、場合によっては５０００行以上のコードを含む。ファイルに１つ誤りがあるとシミュレータがクラッシュし、更に悪い場合には、さほど逸脱しているようには見えずに、初期段階では検出が困難であるが、時間の経過及び繰り返すにつれて悪化し、実際に運転している炉心内に配置されたときには恐らくは炉心サイクルエネルギを低減させてしまう結果となる。

更に、設計担当者をより好ましい炉心充填パターン設計の解に導くための支援は、手作業による反復プロセスを介しては提供されない。現行のプロセスでは、責任のある設計担当者又は技師の経験と直感が、炉心設計の解を決定する唯一の手段である。更に、所与のエネルギサイクル（又は複数のサイクル）に対応して実施されることになる所望の炉心充填パターン設計を決定する従来のコア設計プロセスは、シャドー腐食現象に起因するチャネル曲がり問題を緩和し、又はブレード磨耗を最小限に抑えるために制御ブレードの移動を低減することに関しては不十分であった。
米国特許出願シリアル番号第１０／３２５，８３１号公報 米国特許出願第１０／２４６，７１８公報 米国特許出願第１０／２４６，７１６号公報

原子炉の炉心内で燃料サイクルで使用されることになる炉心設計を決定する方法及び装置について記載される。本方法においては、炉心設計の決定に適用可能な限界のセットを定義する。限界のセットは、所与の炉心エネルギサイクルにわたって満足されるべき目標高温過剰反応度制約と、サイクルに対して設定される所与の所望の制御ブレード定義とを含むことができる。定義された限界に基づいて基準炉心設計を生成する。基準炉心設計は、複数の燃料位置に配列された最新未照射燃料バンドルの初期充填パターンと、設定された炉心ブレード定義とを含む。基準炉心設計内で評価されるべき未照射燃料バンドルの固有のサブセットを選択し、第１の反復改善プロセスを実行する。第１の反復は、各燃料位置にて最新未照射燃料バンドルの少なくとも１つを選択された未照射燃料バンドルの少なくとも１つと交換する段階と、複数の出力を生成するために、基準炉心設計に対して原子炉運転をシミュレートする段階とを含むことができる。各出力は、選択された未照射燃料バンドルの１つ又はそれ以上を含む基準炉心設計に対応する。定義された限界のセットに基づいて出力をランク付けすることができ、最も高くランク付けされた出力は、所与の所望の制御ブレード定義を有する目標高温過剰反応度制約を満足する原子炉用許容炉心設計として選択することができる。

本発明の例示的な実施形態は、以下で与えられる詳細な説明及び添付図面から十分に理解されるようになるであろう。該図面では、同様の要素は例証としてのみ付与された同様の参照番号によって表され、従ってこれらは、本発明の例示的な実施形態を限定するものではない。

親出願である米国特許出願番号第１０／３２５，８３１号（‘８３１出願）においては、ユーザにより入力された複数の限界又は制約を満足する許容可能炉心設計を決定するために未照射燃料バンドル設計の幾つかの数又はその組み合わせ（例えば、「Ｎ個のストリーム」）を利用することができる原子炉用炉心設計を決定する方法及び装置が説明されている。このようにして決定される炉心設計は、例えば、Ｎ個の新規の未照射燃料バンドルの解を含むことができる。

以下で説明される例示的な実施形態では、特定の問題の用途に対し‘８３１親出願で説明されている、（他の全てのユーザ定義の入力限界又は制約、又はこれらの限界値又は制約に対する許容可能なマージン内に満足させることに加えて）所与のエネルギサイクルにわたる照射の大部分に対する特定の目標高温過剰反応度である、特定の設計上の制約又は限界を満足する所望の炉心設計の決定方法を適用する。これは、許容可能炉心設計で使用される制御ブレード数及び所与のエネルギサイクル中及び設定された炉心流量ウィンドウ（別の限界値）でのブレード移動量（その各々を定義済み限界値の一部として入力することができる）に関して、低減又は最小化された炉心ブレード密度で達成することができる。

従って、特定の用途においては、以下で説明する例示的な方法によって、運転能力又は保守コストの低減の点で経済上のペナルティがなく（ブレードの干渉による）制御ブレードシャドー腐食の問題を緩和しようとする取り組みにおいて、炉心ブレード数及びその移動を最小限に抑える「ブレードなし」炉心設計解又は少なくとも炉心設計上の解を実現する可能性を提供することができる。

本明細書で使用される語句「炉心設計」は、例えば、未照射燃料バンドルの炉心充填パターン構成又は設計及び配置、並びに次に予定されている運転停止時に原子炉の炉心内に充填されるべき照射済みバンドルの再構成を意味しており、炉心設計の他の特定の照射済み（焼け、２度焼けなど）燃料バンドル間の制御ブレードの数、配置、及び移動を含む。

図１は、本発明の例示的な実施形態による方法を実施する装置を示す。図１を参照すると、装置１０００は、例えば、アクセス可能ウェブサイトの中央ネクサスとしての役目を果たす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サーバなど、何らかの公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、暗号化サーバ２６０及びメモリ２５０に動作可能に接続することができる。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することができる。

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）接続部３７５などの適切な暗号化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るものではない。外部ユーザ３００は、インターネットを介して、又はパーソナルコンピュータ、ラップトップ、携帯情報端末（ＰＤＡ）などのいずれか１つから、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フェースを使用してアプリケーションサーバ２００に接続することができる。更に、アプリケーションサーバ２００には、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がアクセス可能であり、その結果、内部ユーザ３５０が、例えば、イントラネットを介してアクセスすることができる。

簡潔にするために、以下では「ユーザ」とは、外部ユーザ３００、内部ユーザ３５０又は他の設計担当者がアクセスする装置１０００のいずれかを意味するよう総称して用いる。例えば、ユーザは、原子炉の所望の炉心設計を決定するためにウェブサイトにアクセスする原子炉プラントの代表者、及び／又は、本発明の方法及び装置を使用して炉心設計又は炉心用の特定の燃料バンドル設計を開発するために原子炉プラント現場で雇われたベンダのいずれか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ための集中ロケーションを提供する。本質的には、各ユーザアプリケーションセッションは、サーバ上で実行することができるが、ユーザアクセス装置（例えば、ＰＣ）に局所的に表示され、ユーザがアプリケーションと対話することができる。しかしながら、この配備手段は、例示的な実施形態として提供され、所与のユーザがアクセス装置上で局所的にアプリケーションを実行することを制限するものではない。アプリケーションは、目的関数値を計算するためのデータの全ての計算及びアクセスの指示、及びユーザが検討を所望する可能性がある炉心設計の様々な特徴の適切なグラフィック表現の作成を担う。グラフィックス情報は、ユーザの適切な表示装置上で表示するために１２８ビットＳＳＬ接続３７５又はＬＡＮ２７５を介して通信される。

図２は、図１の装置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を利用して様々な構成要素を接続し、且つユーザから受信されるデータの経路を形成する。バス２０５は、多くのコンピュータアーキテクチャにおいて標準であるピーシーアイ（ＰＣＩ）バスなどの従来のバスアーキテクチャで実施することができる。或いは、ＶＭＥＢＵＳ、ＮＵＢＵＳ、アドレスデータバス、ＲＤＲＡＭ、ＤＤＲ（ダブルデータレート）バスなどの他のバスアーキテクチャを利用してバス２０５を実施することができる。ユーザは、アプリケーションサーバ２００と通信するための適切な接続（ＬＡＮ２７５及び／又はネットワークインタフェース２２５）を介して情報をアプリケーションサーバ２００へ伝達する。

また、アプリケーションサーバ２００は、現在利用可能なＰＥＮＴＩＵＭ（登録商標）プロセッサなどの従来のマイクロプロセッサで構成することができるホストプロセッサ２１０を含むことができる。ホストプロセッサ２１０は、ユーザによる表示及び検討のために、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）及びブラウザ機能、セキュリティ機能の指示、様々な限界についての目的関数の計算などの計算の指示などといったアプリケーションサーバ２００内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を表す。従って、ホストプロセッサ２１０は、ブラウザを使用してアクセスすることができるＧＵＩ２３０を含むことができる。ブラウザは、装置１０００のユーザに対するインタフェースを呈示し、ユーザと対話するソフトウェアデバイスである。例示的な実施形態においては、Ｃｉｔｒｉｃ ＩＣＡクライアント（市販のＣｉｔｒｉｘ ＭｅｔａＦｒａｍｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｕｉｔｅ ソフトウェアの一部）と関連するブラウザは、ＧＵＩ２３０をフォーマット及び表示する役割を有することができる。

ブラウザは通常、標準のハイパーテキストマークアップ言語（ＨＴＭＬ）によって制御及び指令される。しかしながら、計算、表示データなどについての決定をユーザが制御することができる、ユーザに呈示又は「対応される」アプリケーションは、Ｃ＃、Ｊａｖａ（登録商標）又はＶｉｓｕａｌ Ｆｏｒｔｒａｎ及びこれらの組み合わせを使用して実施することができる。更に、他の周知の高級言語（例えば、Ｃ、Ｃ＋＋など）をアプリケーション実装に組み込むことができる。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法を使用してブラウザ内に表示させることができ、他の非標準言語及び圧縮方法を、ＸＭＬ、ＡＳＰ．ＮＥＴ、「ホームブルー（ｈｏｍｅ−ｂｒｅｗ）」言語又は他の公知の非標準言語及び方法などのようにＧＵＩ２３０に使用することができる。

ネットワークインタフェース２２５を介したアプリケーションサーバ２００は、暗号化サーバ２６０に動作可能に接続することができる。従って、アプリケーションサーバ２００は、暗号化サーバ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、ファイアウォールを確立して外部セキュリティ侵入から装置１０００を保護するようにする。更に、暗号化サーバ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。

また、アプリケーションサーバ２００は、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指示し、更に以下で説明することに関する比較のための値を計算し、また、ＧＵＩ２３０を介して表示され且つアプリケーションサーバ２００が呈示することができる結果を提供するのに必要とされる一部又は全てを実行することができる。

計算サーバ４００は、例えばウィンドウズ（登録商標）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）及びプラットホーム（例えば、Ｌｉｎｕｘ、Ｕｎｉｘ（登録商標））も可能である。更に具体的には、計算サーバ４００は、複数の複雑な計算を行うように構成することができ、該複雑な計算には、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未照射燃料バンドルが充填可能な特定の炉心設計で原子炉炉心運用をシミュレートし、ＧＵＩ２３０を介してユーザによるアクセス及び表示の結果データを供給する段階、及び以下で更に詳細に説明することに関する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、Ｏｒａｃｌｅ ８ｉ Ａｌｐｈａ ＥＳ ４０リレーショナルデータベースサーバなどの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、限界データベース２５１などの下位データベースを含む記憶領域を含むことができ、該限界データベース２５１は、特定の原子炉について評価される全ての炉心設計のあらゆるユーザ入力限界値及び／又は設計上の制約値を記憶するデータベースである。また、事前に作成及びモデル化された様々な未照射燃料バンドル設計（「Ｎ個のストリーム」）のパレット又はデータベースを含むことができる未照射燃料バンドル設計データベース２５２も存在することができる。

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ションされることになる炉心設計の全てのパラメータを記憶する待ち行列データベース２５３、及び定義済み限界値と最も一致する基準炉心設計を生成する際に選択することができる照射済み燃料及び未照射燃料の履歴炉心設計を含む履歴炉心充填パターン設計データベース２５４を含むことができる。全ての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（及び限界データベース２５１）には、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。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内にある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、全ての照射ステップの構成済みブレード群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は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通信することができるので、図３で説明する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がアクセス可能とすることができる（読み取ることができる）。

図４は、本発明の例示的な実施形態による方法を示すフローチャートであり、本方法は、例示的な沸騰水型原子炉の炉心充填パターン設計に関して説明しており、本方法及び装置は、ＰＷＲ、ガス冷却原子炉及び重水炉に適用可能であることは理解される。図８から図１４は、本発明の方法及び装置の種々の特徴を更に説明するために例示的なコンピュータベースのアプリケーションを説明する画面ショットである。これ以降、例示的な方法の理解を助けるために場合によってはこれらの図を参照することがある。

一般に、本方法においては、全ての限界値（顧客、設計担当者又はユーザが特定の所望の炉心設計に極めて重要であることを示す何らかの設計上の制約、熱的制約、運転パラメータなどを少なくとも含むことができる）を理解して基準炉心設計に組み込むべきである。例示的な実施形態によれば、これらの定義済み限界値の１つは目標高温過剰反応度値であり、該目標高温過剰反応度値は、所与のエネルギサイクル中に全照射時に満足すべき最大目標高温過剰反応度値と最小目標高温過剰反応度値との間の範囲又はウィンドウとして具現化することができる。これは、例えば、所望の炉心設計によって達成されなければならない主要な制約又は限界を表すことができる。

以下で理解されるように、所望の目標高温過剰反応度を入力として設定する際に、ユーザは、制御ブレード密度（ブレード数と選択されたブレードのノッチ位置移動のウィンドウとを含む）と炉心設計用の公称炉心流量ウィンドウとの所望の組み合わせを選択することができる。設計上の問題に対してブレード位置及び炉心流量を選択することにより、目標高温過剰反応度ウィンドウが補正される。その後、ユーザは、燃料バンドル交換の系統的プロセス、シミュレーション出力を生成するための炉心シミュレーション、限界値に基づく出力のランク付けを用いて限界値に基づいて基準炉心設計を分析し、公称炉心流量での目標高温過剰反応度と所望のブレード密度とに適合し、並びに他の全ての定義済み限界又は制約を満足する、すなわちこれらの限界値に対する許容可能マージン内にある所望の炉心設計を決定することができる。

基準炉心設計の初期未照射燃料タイプ及び充填パターンは、ユーザにより設定された定義済み限界値を考慮する、例えば履歴に基づく類似のサイクルからの推定に基づいて決定することができる。その後、基準炉心設計に対して反復改善プロセスを実行することができる。各反復による結果は、所望であれば閲覧することができ、ユーザは、限界値が適合していたか、及び最大又は所望のエネルギ出力が得られたか否かを判断することができる。反復改善プロセスの結果が満足なものである場合には、レポートを生成して顧客に提供することができる。結果が満足なものではない場合（例えば、反復プロセスが行われた後でも許容可能炉心設計の解が決定されていない場合）、設計担当者又はユーザは、基準炉心設計に対して行うべき修正（すなわち、更なる未照射燃料の導入などを含む新しい未照射燃料充填パターン）を決定することができる。その後、以下に更に詳細に説明することに関して、主要な目標高温過剰反応度制約値及び他の全ての限界を満たす満足な結果が得られるまで反復改善プロセスを繰り返すことができる。１つの態様においては、本方法及び装置を実施するユーザは、ＧＵＩ２３０を利用して、所望であれば、プロセスステップの１つ又はそれ以上（又は全て）で、リレーショナルデータベースサーバ２５０内に記憶され且つデータベースの１つ又はそれ以上から検索される結果を迅速に処理して閲覧を可能にすることができる。

従って、プロセスは、ＧＵＩ２３０を介して解決すべき炉心設計上の問題を定義するユーザから始まる。入力には、プラント、サイクル数、サイクルエネルギ要件、熱限界値、流量ウィンドウ、運転停止マージンなどを含むことができる。ここで図４を参照すると、これは、基準炉心設計及び初期未照射燃料充填パターンを選択することができるようにプラントを選択すること（ステップ５）から開始することができる。原子炉プラントは、例えば、リレーショナルデータベース２５０などのアクセス可能なデータベース上に記憶されているような、記憶されたリストから選択することができる。評価されるべき原子炉は、例えば、ＢＷＲ、ＰＷＲ、ガス冷却原子炉又は重水炉のいずれかとすることができる。事前に評価されたプラントからのデータを記憶して、適切な入力装置（マウス、キーボード、プラズマタッチスクリーンなど）及びＧＵＩ２３０を介してアクセスすることができるよう適切なアクセス可能フォルダの下にリストすることができる。

選択されたプラントの炉心設計のシミュレーションで使用されるべき限界を定義することができる（Ｓ１０）。これらの限界は、評価される特定の原子炉の設計の重要な面及びその原子炉の設計上の制約に関係付けることができ、又は既に履歴に基づく設計の一部とすることができ、或いはユーザが修正又は追加することもできる。限界は、基準炉心設計のシミュレーションを行うために入力されるべき変数に適用可能とすることができ、シミュレーションの結果（例えば、出力）に適用可能な限界であってもよい。一般に、例えば、入力限界は、クライアントによって入力された原子炉プラント専用の制約及び炉心性能判定基準（例えばエネルギ含有量）に関係していてもよい。シミュレーションからの出力に適用可能な限界は、原子炉運転に使用される運転パラメータ限界、炉心安全限界、これらの運転及び安全限界に対するマージン及び他のクライアントによって入力される原子炉プラント専用の制約のうちの１つ又はそれ以上に関係することができる。

従来の問題の設定の一部として、ユーザは通常、サイクル中に利用されることになる制御ブレード群、照射シーケンスの長さ、及び選択されたプラントの運転性を満足するために利用することができる任意のブレードノッチ排除、単一方向性要件又はノッチ率限界を選択することになる。

本発明の例示的な実施形態は、炉心設計の主要な制約又は限界となる「ウィンドウ」をもたらす最小及び最大高温過剰反応度値又は限界をユーザが定義するという点で、従来の問題の設定から外れるものである。また、ユーザは、サイクルにわたる炉心流量の公称値を選択する。以下で説明されることに関する目的関数式について、高温過剰反応度には、目的関数のペナルティ制約に関して最重要度の重み付けが付与される。炉心流量は、単に公称値に固定することができる。

高温過剰反応度ウィンドウ及び公称流量に基づいて、エネルギサイクルにわたって高温過剰反応度プロファイルの均衡を保つために必要とされる制御ブレードの数及び／又は制御ブレードノッチ位置は、所与の制御ブレードの様々な「価値」に基づいて容易に推測することができる。例えば、サイクルにわたって一定のままである０．５％の高温過剰反応度では、サイクルの持続時間中ノッチ位置１０（ノッチ位置は、炉心内への制御ブレード挿入のある割合を表す）にある４つの制御ブレードセットを必要とすることができる。或いは、０％高温過剰反応度ならば、サイクルにわたって制御ブレードは不要となる。

高温過剰反応度ウィンドウを設定する際には、幾つかの考慮事項がある。第１に、サイクル中の最小のブレード移動については、高温過剰反応度は、サイクルにわたって相対的に「平坦」を維持する必要がある。第２に、高温過剰反応度が高いほど（常に正の値）、補正するために利用（移動）する必要がある制御ブレードの数が増える（正の反応度を相殺するために「負」の反応度を追加する点において）。高温過剰反応度０％の「ブレードなし」設計であれば、炉心内で制御ブレードを使用することがなくなるので理想的な解となる。しかしながら、その設計で使用される予測シミュレーションの種々の不確実性により、結果として実際の高温過剰は設計値より大きいか又は小さいものとなる可能性があることが分かる。偏差が小さい場合には、流量の変化を利用して実際の運転中に反応度を調整することができる。従って、設計の公称流量を設定しているときには、公称流量を炉心流量又は炉心流量ウィンドウの許容可能な最小値と最大値の中間点に維持することが望ましい。

第２の考慮事項は、１つ又は幾つかの燃料不具合が発生した場合の柔軟性に関するものである。従来の運転上の慣行は、制御ブレードを不具合燃料近傍に挿入することであり、これは恐らくは、高温過剰反応度を制御するための元の設計で利用されるブレードとは異なるものとなる。この場合、設計で採用されるブレードのブレード挿入量を少なくすることが必要となる。

高温過剰反応度「ウィンドウ」、公称流量ウィンドウ及びノッチ位置予測付きブレード数が確立されると、ブレード制御セルを定義することができる。ブレード制御セルは、ブレード炉心位置及びブレードを取り囲む制御セル内に配置されることになる４つの燃料バンドルのグループ化によって定義することができる。制御セル内に置かれるバンドルは、再充填燃料在庫（すなわち、別の燃料サイクル用に存続する照射済み燃料バンドル）から選択され、制御セル内に置かれるバンドルには、一般に、未照射又は低負荷の燃焼済みバンドルは、これらのバンドルの制御がシャドー腐食現象の一因となるので含まれない。炉心充填パターンを決定する目的で、制御セルバンドルは、定義されると制御セル位置内にのみ置くことができる。

図１６は、単一制御ブレード設計用のブレード定義を示し、図１７は、４制御ブレード炉心設計用のブレード定義を示す。制御ブレードセルは再充填炉心内に反応性が最小の燃料を含むので、制御セルの配置（すなわち、制御ブレードの選択）は、「最も平坦な」半径方向の炉心出力配分を維持するようなものとなる。「火の輪」設計などの最新の炉心設計の特徴は、一定量の「デッドニング」バンドルが炉心中心に向かって配置された状態で、最も反応性の高い未照射燃料を一連の炉心の外「輪」に配置することによってこの平坦度を達成しようとしている。

従って、一般的には、例示的な実施形態における制御セルは、中心部の炉心制御ブレードから始まり炉心中心から外方に移動するように定義することができる。制御セル間で対称性を維持することは一般的な方法であるので、各４分円内での短軸に沿った制御セルを使用することもまた望ましい。

図１６及び図１７の各々は、右手に表示されたウェブページに炉心設計の断面を示し、左手のページでは選択されたブレード定義のノッチ位置の設定を示している。右手の「ブレード群定義」ページには、所望のブレード定義を選択するウィンドウ（「ブレード群」）、及びブレード対称性を選択するウィンドウ（「グループ化」）及びブレード形式を特定する凡例が示されている。

従って、図１６は、単一制御ブレード設計（「図１６のブレード群ウィンドウ内で選択された「Ａ２−中心」を参照）のブレード定義を示し、図１７は、４制御ブレード設計（図１７のブレード群内で選択された「４つのＡ２−群」を参照）のブレード定義を示す。また、図１６及び図１７に示すような場合においては、最小及び最大ブレードノッチ位置は、サイクルにわたって最小のブレード移動を達成する目的で、選択されたブレード群定義用の左手のページに定義されている。図１６及び図１７は、単に例示的なブレード定義の例証に過ぎず、ユーザは、限界値として設定され且つ公称流量ウィンドウに相当する目標高温過剰反応度ウィンドウに基づいて、対称性及び短軸実施（例えば、０点ブレード、５点ブレード（図１６及び図１７の組み合わせ）、８点ブレード、９点ブレード）を満足するどのような所望のブレード定義をも定義することができる。従って、制御セル設計は、基準炉心設計の一部としての入力となる。

図８は、シミュレーションへの入力変数に関する限界及びシミュレーション結果に関する限界として構成することができる、クライアント入力プラント専用の制約を示すものである。図８を参照すると、矢印８０５で全体的に示された複数のクライアント入力プラント専用制約が記載されている。各制約については、ユーザは、ＧＵＩ２３０及び適切な入力装置を介して、縦列８１０で示すように、設計値限界値を割り当てることが可能である。図８でわかるように、最小％流量及び最大％流量制約８１５、８２０、並びに目標高温過剰反応度ウィンドウ（８２５が最大、８３０が最小）を設定することができる。

制御セルを含む全ての定義される限界／制約が定義されると、次の段階は、サイクルエネルギに適合させながらその問題に関する限界／制約を満足するように照射及び未照射燃料の設計最適化を行うことである。目標は、他の全ての限界を満足することに加え、燃料サイクルにわたる所望の最小ブレード密度で特定のユーザ入力高温過剰炉心反応度目標ウィンドウに適合する炉心充填パターン設計を策定することである。

従って、選択された原子炉について初期未照射燃料充填パターンを備えた基準炉心設計が生成される（Ｓ１５）。例えば、履歴炉心充填パターン設計データベース２５４にアクセスし、定義済み限界値と最も一致する履歴原子炉炉心設計を見つけることができる。履歴炉心設計は、類似の炉心サイズ及びパワー出力定格であり、類似のサイクルエネルギを有し、且つ選択された原子炉プラントに対して開発された炉心設計と類似の運転性能特性を有する場合には、整合性があるものとすることができる。類似の履歴炉心設計をベースとして使用すると、履歴炉心の総エネルギ含有量を計算することができ、所要エネルギ含有量からの差（例えば、顧客要件に基づくような、決定済み炉心設計からの所望のエネルギ出力）が定義される。履歴炉心と所望のエネルギ含有量との差分は、未照射燃料バンドルを充填することによって供給する必要がある。

従って、原子炉炉心設計を作成するために、ユーザは、開発すべき原子炉炉心設計用のエネルギ要件（限界内に含めることができる）に最も良好に適合可能な未照射燃料バンドルのタイプを選択する必要がある（Ｓ２０）。バンドル設計は、事前に作成及びモデル化されている複数の未照射燃料バンドル設計（すなわちＮ個のストリーム）を提供する未照射燃料バンドル設計データベース２５２から選択することができる。

図９は、バンドル選択ウェブページ９００の画面ショットを示す。「Ｎストリーミング」と題され、ユーザは、モデム、キーボード、ポインタなどの適切な入力装置を使用してＧＵＩ２３０によりページ９００を立ち上げることができる。複数の選択可能な未照射燃料バンドルタイプ９０５を表示することができるが、これらのバンドルタイプ９０５は事前にモデル化されているので、これらのバンドルタイプ９０５の性能に関係する情報は、ユーザが容易に利用することができる。次いで、ユーザは、ボックス９１０をチェックすることによって、基準炉心設計の充填パターンで使用されることになる所望のバンドルタイプを選択することができる。

選択された未照射バンドルタイプでは、炉心充填の対称性を考慮する必要があり、一部のプラントでは八分円、４分円又は半円の炉心充填対称性を必要とする。これは、適切なドロップダウンメニューなどをクリックすることによって行うことができる。八分円対称を選択することによって、ユーザは、８つの八分円の全て（例えば、１つの八分円が１つの燃料バンドル群である）が燃料バンドルのモデル化八分円に類似すると仮定して原子炉をモデル化することができる。その結果、シミュレータ時間は、ほぼ８倍に増大する。同様に、「４分円対称」を選択することによって、ユーザは、４つの４分円の各々がモデル化４分円に類似すると仮定して原子炉をモデル化することができる。従って、シミュレータ時間は４倍に増大する。バンドル特性の非対称性が八分円又は４分円対称を妨げる場合には、ユーザは、非対称を指定することも可能である。このように、炉心は、対称性及び定義済み限界を考慮して充填される。

次に、基準炉心設計の１つ又はそれ以上の最新未照射燃料バンドルを反復改善プロセス中に選択可能な未照射燃料バンドル９０５の１つ又はそれ以上と交換することができる（Ｓ２５）。この選択は、各バンドルの性能特性の概要をユーザに提供するＧＵＩ２３０を介して行うことができる。「Ｎ個のストリーミング」（選択された未照射燃料バンドル）の定義が完了すると、Ｓ２５及びＳ３０のプロセスに関して説明されたルーピングプロセスが開始され、これによって、未照射燃料バンドルの交換及び解析の系統的プロセスが実行される。

最外部レベル（「外ループ」）では、最新基準炉心設計における各未照射燃料場所が順次検証される。「検証される」ことにより、原子炉の炉心運転は、各特定の充填パターンを有する基準炉心設計に対してシミュレータされ（Ｓ３０）、バンドルの性能特性を検討して、炉心設計のエネルギ要件（限界の中に含むことができる）に最もよく適合することができる基準炉心設計が開発されるかどうかを判断する。最内部レベルにて、ページ９００から選択された各「交換」未照射燃料バンドル９０５は、各燃料場所において検証される。このプロセス中、基準炉心設計の最新未照射燃料バンドルを新しい「Ｎ個のストリーミング」未照射燃料バンドル９０５の各々と交換する。

複数のシミュレーション結果又は出力を生成するために、選択された未照射燃料バンドルの１つ又はそれ以上を含む基準炉心設計に対して炉心運転をシミュレートすることができる（Ｓ３０）。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、装置１０００の外部で実行される３Ｄシミュレーションプロセスであってもよい。ユーザは、ＰＡＮＡＣＥＡ、ＬＯＧＯＳ、ＳＩＭＵＬＡＴＥ、ＰＯＬＣＡなどの良く知られた実行可能な３Ｄシミュレータプログラム、或いは周知のように、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何らかの公知のシミュレータソフトウェアを利用することができる。計算サーバ４００は、ユーザによるＧＵＩ２３０を介した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を用いて何時でも３Ｄシミュレーションを開始することができ、更に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、周知のように、ユーザは、ウィンドウドロップダウンメニューから「シミュレーション実行」を選択することができ、又はウェブページタスクバー上の「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を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内に加えることができる。シミュレーションが待ち行列に入れられると、ユーザは、周知のようにシミュレーション完了時に関する音声及び／又は視覚により表示することができる。交換及びシミュレーションの反復ステップは、各燃料場所で全ての選択された未照射燃料バンドルが挿入され、且つ各「派生」基準炉心設計のシミュレータが完了する（例えばＳ３５の出力がＹＥＳ）まで繰り返される（Ｓ３５の出力はＮＯ）。従って、未照射燃料場所の各々への全ての選択された未照射燃料バンドル９０５の交換は、内ループ及び外ループを出た時点で完了する。

上述の反復改善プロセスは、ユーザが炉心設計を微調整し、恐らくは従来の手作業による反復プロセスでこれまで実行可能であったよりも更に多くのエネルギを許容可能炉心設計から抽出することを可能にする点で利点がある。更に、リレーショナルデータベースサーバ２５０及び幾つかの計算サーバ４００を取り入れたことで、計算処理が迅速になる。図４で説明したような反復改善プロセスは、１度に１つのパラメータを変更し、その後炉心シミュレーションを実行する従来の手作業による反復プロセスを使用した場合の数週間と比べ、極めて短時間で実行することができる。

シミュレーションからの出力は、限界に基づいてランク付けされる（Ｓ４０）。ユーザは、所望に応じて出力の各々に関係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、基準炉心設計に対する比較を実行して何らかの改善があったか否かを判断することができ、該改善は、例えば、定義済み限界を超えないこと、又は幾つかのエネルギ要件に適合することに関し定義することができる。

最も高くランク付けされた出力が改善となる（Ｓ５０の出力がＹＥＳ）場合、その最も高くランク付けされた出力に対応する炉心設計が新しい基準炉心設計として設定され（Ｓ７０）、結果が、シミュレータ結果データベース２２５などのリレーショナルデータベースサーバ２５０内に記憶される（Ｓ８０）。これで反復改善プロセスの一回の反復が完了する。プロセスＳ２５、Ｓ２５、Ｓ３０、Ｓ４０及びＳ５０が繰り返され（例えば、Ｎ回反復）、各「改善」が後続の反復での新しい基準炉心設計となる。定義済み限界は、Ｎ回の反復の各々において基準炉心設計に適用可能である。所与の反復に関し、最も高くランク付けされた出力に改善がなければ、反復プロセスは完了し、その時点で最も高くランク付けされた設計である基準炉心設計に関係するデータを表示し、ユーザが解釈する（Ｓ６０）ことができる。データはまた、シミュレートされた炉心のどの場所が限界違反に対する最大の違反原因又は最大の寄与原因であったかを示す表示をユーザに提供することができる。Ｓ６０で、ユーザは、場合によっては修正サブルーチン（Ｓ９０）を開始する傾向がある。これは、通常、上記の反復改善プロセスがユーザに対し許容可能な炉心設計を決定できない場合に限り必要とされる任意選択的なプロセスである。修正サブルーチンに関して以下で更に詳細に説明する。

図５は、本発明の１つの例示的な実施形態によるシミュレーションステップを示すフローチャートである。ユーザがシミュレーションを開始すると、多数の自動化ステップが続く。最初に、炉心設計に関する全ての定義が３Ｄ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（Ｓ３１）。これによって、ユーザは、上述のシミュレータのような幾つかの形式のシミュレータから選択することが可能になる。特定のシミュレータの選択は、ユーザによって入力されるプラント基準（例えば、限界値）によって決まるものとすることができる。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の待ち行列サーバ２５３内で待ち行列に入れる準備ができている（Ｓ３３）。特定のシミュレーションに関してデータを記憶することにより、前回又は以前の反復からどのような可能なシミュレーション反復も開始することが可能になる。このデータを記憶し且つ検索することによって、炉心設計に対する以後のシミュレーション反復の実行が、わずか数分又は数秒を要するものとなる。

これと同時に、利用可能な計算サーバ４００の各々で実行中のプログラムは、数秒毎にスキャンして、実行すべき利用可能なジョブを捜す（Ｓ３７）。ジョブを実行する準備ができている場合であれば、計算サーバ４００の１つ又はそれ以上は、待ち行列サーバ２５３からデータを取得して、適切な３Ｄシミュレータを動作させる。上述したように、ユーザに対して１つ又はそれ以上のステータスメッセージを表示することができる。シミュレーションが完了すると、対象となる結果の全ては、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、シミュレータ結果データベース２５５）内に記憶することができる。従って、試験炉心設計に関する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６は、図４のランク付けステップを更に詳細に示すフロー図である。出力をランク付けする場合、シミュレートされた炉心設計が限界又は制約にどれだけ密接して適合するかを比較するために目的関数を計算する。目的関数は、制約又は限界を取り込み、炉心設計の限界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、例えば、炉心設計担当者、技術者又はプラント管理者とすることができるユーザは、ある特定の設計がユーザの限界要件に適合するか（すなわち、例えば熱的限界及び／又は運転限界の全てを満足させながら同時に最大サイクルエネルギ要件に適合するか）否かを判断することが可能である。

目的関数は、計算サーバ４００によるアクセスに備えて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、従属する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６を参照すると、目的関数計算に対する入力は、限界データベース２５７の限界と、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とを含む。従って、１つ又はそれ以上の計算サーバ４００は、このデータにリレーショナルデータベースサーバ２５０からアクセスする（Ｓ４１）。

本発明の方法及び装置においては、任意の数の目的関数フォーマットを利用することができると考えられるが、１つの記載される実施例では、（ａ）「ＣＯＮＳ」と表される、ある特定の制約パラメータに対する限界（例えば、原子炉プラントパラメータの設計上の制約）、（ｂ）「ＲＥＳＵＬＴ」と表される、その特定の制約パラメータに関する３Ｄシミュレータからのシミュレーション結果、及び（ｃ）「ＭＵＬＴ」と表される、制約パラメータの乗数という３つの要素を有する目的関数を含む。事前定義済みＭＵＬＴのセットは、例えば、ＢＷＲプラント構成の大きな集合体から経験的に判断することができる。これらの乗数は、原子炉エネルギ、反応度限界及び熱的限界を適切な順序で判断することを可能にする値に設定することができる。従って、本発明の方法は、経験的に決定された乗数の総称セットを利用し、これらは１００種類を超える異なるパラメータ検討から求められる。しかしながら、ＧＵＩ２３０によって乗数を手作業で変更することが可能であり、これは、ユーザの好みで事前設定済みデフォルトによって識別される乗数より大きな乗数によって幾つかの制約に「ペナルティを課す」ことが望まれる場合もあるという点で重要である。

目的関数値は、各個別の制約パラメータについて、及び全ての制約パラメータをまとめて計算することができ、その場合、全ての制約パラメータは、特定の炉心において評価されているもののエンティティを表わしている。目的関数の個々の制約値要素は、式（１）で記述されるように計算することができる。
ＯＢＪ ＝ ＭＵＬＴ_ｐａｒ＊（ＲＥＳＵＬＴ_ｐａｒ−ＣＯＮＳ_ｐａｒ） （１）
ここで、「ｐａｒ」は、目標ウィンドウの最大及び最小の高温過剰反応度値などのような、図８に示すクライアント入力制約のうち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がある候補とすることができるパラメータであるばかりでなく、原子炉の適切な炉心構成を決定するために通常使用されるパラメータでも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、制約の違反がない）場合、差は０にリセットされ、目的関数は０になる。従って、０の目的関数は、特定の制約に違反がなかったことを示している。目的関数の正の値は、修正を必要とする可能性がある違反を表す。更に、シミュレーション結果は、空間座標（ｉ、ｊ、ｋ）及び時間座標（照射ステップ）（例えば、炉心エネルギサイクルにおける特定の時間）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、照射ステップ）にその問題が位置するかを理解することができる。従って、炉心は、識別された照射ステップでのみ修正される。

更に、目的関数値は、各照射ステップの関数として計算され、炉心設計問題全体について合計することができる（Ｓ４３）。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検証することができる（Ｓ４５）。目的関数計算の各結果又は値は、リレーショナルデータベースサーバ２５０内の従属目的関数値データベース２５７内に記憶される。

目的関数値は、炉心開発の手作業による決定において利用することができる。例えば、目的関数計算の値は、限界値に違反するパラメータを決定するためにユーザがグラフィカル形式で見ることができる。更に、成功した炉心設計の反復全体にわたる目的関数値の何らかの変化は、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尺度をユーザに提供する。

数回の反復にわたって目的関数値が増加することは、ユーザの変更が要求される解から遠ざかる炉心設計を作成していることを示しており、目的関数値が減少する連続した反復（例えば、目的関数値が正の値から０に向かって減少している）は、炉心設計が改善されていること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内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、過去の反復による設計を迅速に検索することができる。

図１０は、ユーザが検討することができる例示的なグラフィカルデータを示す。目的関数の計算が完了すると、評価済みの炉心設計のシミュレーション中に違反した限界を含むことができる目的関数計算に関係するデータをユーザに提供することができる。所望であれば、ユーザは各反復の後で、このデータを表示させることができる。図１０を参照すると入力限界を表すことができる制約パラメータのリストと、各制約当たりに基づく目的関数値計算の各々の値とが表示されている。図１０は、例えば、チェックされたボックス１００５で示すように、ボックス内のチェックによって違反となった限界値を示す。更に、各限界違反について、その寄与及び百分率（％）による寄与（図６を参照しながら説明した計算及び正規化ルーチンに基づく）が表示されている。従って、このデータに基づいて、ユーザには、後続の反復がある場合にはこれに備えて炉心設計に対して修正を行う必要があることに関する勧告を提供することができる。

個々の炉心修正は、代替的にユーザの要求に任せてもよいが、手続き勧告告は、例えばプルダウンメニューの形式で提供することができる。これらの勧告は、３つのカテゴリー、すなわち、エネルギに有利な移動、エネルギに不利な移動、及び追加エネルギへの過剰マージンの変換（熱限界から）に分けることができる。１つの方法は、エネルギに不利な移動ではなくエネルギに有利な移動を利用して問題に対処するものとすることができる。炉心設計が全ての限界（クライアント入力プラント専用制約値、設計限界値、熱限界値など）に適合していたとしても、ユーザは、特定の限界に対する何らかの過剰マージンが追加エネルギに変化されていることを確認することができる。従って、以下の論理ステートメントは、上記の手続き勧告を表すことができる。
エネルギに有利な移動
臨界パワー比（ＣＰＲ）マージンが炉心周囲に向かって低すぎる場合、より反応性の高い燃料を炉心中心に向かって移動させる。

サイクル終了（ＥＯＣ）時にＮＥＸＲＡＴ（節照射線量比、熱マージン制約）問題がある場合、より反応性が高い（例えば、照射のより少ない）燃料を問題の場所に移動させる。

サイクル開始（ＢＯＣ）時に炉心の周囲に運転停止マージン（ＳＤＭ）の問題がある場合、より反応性の低い燃料を周囲に向かって配置する。
エネルギに不利な移動
ＥＯＣ時にＣＰＲマージンが低すぎる場合、より反応性の低い燃料を問題の場所に移動させる。

ＥＯＣ時にｋＷ／ｆｔマージンが低すぎる場合、より反応性の低い燃料を問題の場所に移動させる。
追加エネルギへの過剰マージンの変換
ＥＯＣ時に炉心の中心に余分なＣＰＲマージンがある場合、より反応性の高い燃料を周囲の場所から炉心中心に移動させる。

場所と目的関数で示される限界違反の時間照射線量とに基づいて、ユーザは上記の勧告のうちの１つ又はそれ以上に容易に従って制約値違反に対処し修正することができる。

目的関数計算の結果として得られたデータは、適切な表示装置で解釈することができる。例えば、このデータは、図１０に関して説明したように、違反源が表示された制約リストとして表示することができる。しかしながら、ユーザは、例えば、二次元又は三次元画面として構成可能な複数の異なる「結果」表示画面にアクセスすることができる。以下の表１は、ユーザが利用可能である例示的な画面の一部だけを示している。

これらの例示的なグラフィカルビューの各々は、色を利用してユーザが結果を検証するのを助けることができる。また、３Ｄシミュレータ結果を同じ１Ｄ、２Ｄ、又は３Ｄのプロット上で制約と照らして比較することができる。色の修正及びグラフィックダイナミックスは、より明確に任意の違反を詳述するために使用されている。目的関数要素と組み合わされたこの情報は、識別された炉心設計及び設計における問題区域の場所（存在する場合）を設計技師に対して示すことができる。

このＮストリーミング設計の閲覧の態様から、ユーザは、例示的な用途において所望のブレード密度及び炉心流量での主要な高温過剰反応度ウィンドウ制約を満足することを含む、炉心設計が顧客によって設定された設計上の制約／限界を満足するか否かを判断することができる。目的関数がゼロに等しい場合に制約が適合される。しかしながら、慎重な設計担当者はまた、最大又は要求するエネルギ出力を示す設計基本原理が得られているか否かを判断する。これらの特性は、良好な熱マージンの活用、外側に向かって優先的に充填された反応性の低いバンドル、及び炉心中心に向かって充填された反応性の高いバンドルを含む。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明によるユーザが利用可能であるグラフィカルビューを示す。ユーザは、幾つかの制約及びパラメータの画面を表示するために、タスクバーの「ビュー」アイコンから適切なドロップダウンメニューをプルダウンする。ユーザは、単に所望の画面を選択し、その後、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すようなページにアクセスすればよい。図１１Ａは、１１０５及び１１１０に示すように、特定の制約の２つの異なる二次元グラフを示す。例えば、ユーザは、炉心サイクルにおいて特定の照射線量について最大平均平面熱発生速度の違反がどこで発生したか（炉心最大値と照射線量のグラフ１１０５、及びＭＦＰＬＤの軸方向値と照射線量のグラフ１１１０）を判断することができる。これらの制約の限界は、線１１２０及び１１２５で示され、違反は全体的に図１１Ａの１１３０及び１１３５で示されている。

図１１Ｂは、別のビュー、この場合にはＭＡＰＬＨＧＲと照射線量の関係の違反に寄与する最大の原因がどの場所にあるのかを知るために、炉心の横断面全体の二次元ビューを示している。１１４０及び１１５０で分かるように、丸く囲まれた正方形は、炉心におけるＭＡＰＬＨＧＲの違反の最大の寄与原因である燃料バンドルを表す（例えば、１１４０及び１１５０は、ＭＡＰＬＨＧＲに違反するバンドルを示している）。これによって、炉心設計が修正する必要がある場所をユーザに示している。

図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の例示的な実施形態による修正サブルーチンを説明するフロー図である。図７Ａを参照すると、Ｓ６０でデータを解釈することによって、ユーザは、修正サブルーチンを開始しようとする（Ｓ９０）。このような場合、実際には、本来の基準炉心設計が許容可能な設計ではなく、違反すべきではない幾つかの限界が各反復毎に依然として違反されている場合のように、反復改善プロセスがユーザに許容可能な炉心設計を提供することはできない場合、修正サブルーチンを必要とする可能性がある。

１つの実施形態においては、ユーザは、ＧＵＩ２３０の助けを借りて、手作業でこの修正サブルーチンを指示することができる。別の実施形態においては、何回かの炉心設計反復に対して自動的にシミュレーション、目的関数の計算及び目的関数計算の結果又は値の評価を自動的に反復する最適化アルゴリズムの限度内でサブルーチンを実行することができる。

ユーザは、表示されるデータに基づいて、何らかの限界が違反されたか否かを判断する（Ｓ９１）。限界の違反がなかった場合、ユーザは、最大パワー特性が炉心設計から得られたことを示す何らかの識別子があるか否かを判断する。例えば、これらの識別子は、サイクル延長のためにプルトニウム発生を最大にするように燃料を移動させることによって良好な熱マージン利用（ＭＦＬＣＰＲ及びＬＨＧＲのマージンなど）を示す表示を含むことができる。一例として、エネルギ要件は、燃料サイクルに対して使用されるべき炉心設計に関して最小ＥＯＣ固有値が得られた（固有値検索）とき、又は所望のサイクル長が一定のＥＯＣ固有値で判断されたときに適合していることを示すことができる。炉心設計から最大エネルギが得られたことの表示が存在する場合（Ｓ９２の出力がＹＥＳ）、許容可能炉心設計の決定が完了し、ユーザは、この炉心設計に関する結果の報告にアクセスすることができる（Ｓ９３）。

限界が違反された（Ｓ９１の出力がＹＥＳ）か、又は限界の違反はないが、最大エネルギが炉心設計から得られなかった表示が存在する（Ｓ９３の出力がＮＯ）場合には、ユーザは、最新基準炉心設計に対して行うべき未照射燃料充填パターン修正を決定する（Ｓ９４）。これは、ユーザが個別の炉心修正を行うか、或いは、例えばプルダウンメニューにアクセスすることによって、上述のシステム提供手続き勧告（エネルギに有利な移動、エネルギに不利な移動、及び追加エネルギへの（熱限界からの）過剰マージンの変換）を使用することができる場合である。更に、炉心設計変更の数回の反復が試行され、目的関数が実際に改善されなかった場合には、これは、異なる未照射燃料充填パターンを伴う代替の炉心設計を展開する必要の可能性があることを示す別の表示である。

炉心設計の未照射燃料充填パターンに対する修正を行う際に、上記による勧告に基づいて、ユーザは、ＧＵＩ２３０を介して未照射燃料充填を変更することができる。例えば、設計担当者は、適切な入力装置及びＧＵＩ２３０を使用して、移動させるべき基準炉心設計中の可能な未照射燃料バンドルのバンドル対称性オプションを識別し、「目標」未照射燃料バンドルと、その目標バンドルを移動させるべき目的場所を選定することができる。次いで、識別された目標バンドルを必要とされた対称性（鏡像、回転など）に従って「シャッフル」する。このプロセスは、所望の方法で炉心基準パターンを再充填するために必要とされるどのような未照射バンドシャッフルについても繰り返すことができる。

図１２は、本発明の例示的な実施形態による修正サブルーチンを更に詳細に示す画面ショットである。図１２は、基準炉心設計に対して迅速な設計修正を行うようにユーザが利用可能な機能を示す。ユーザは、燃料シャッフルページ１２０５を選択することができ、また、「バンドルシャッフル」タスクバー１２１０を選択して基準炉心設計の一部の画面１２１５を表示することができる。図１２においては、１２２０で示す未照射燃料バンドルは、１つの未照射燃料バンドルタイプ（ＩＡＴ形式１１）から別の形式（ＩＡＴ形式１２）に変更されている。炉心設計の１つの未照射燃料バンドル、照射済み燃料バンドルを選択し、「ＳＷＡＰ」ボタン１２３０を選択することによって照射済みバンドルを未照射燃料バンドルと交換することができる（図７ＡのＳ９４）。画面１２１５に示す基準炉心の部分を色コード化して燃料バンドルの各々の様々な照射線量（ＧＷＤ／ｓｔ）を示すことができる。このような色コード化キーは、例えば、１２２７に示すように表示することができる。図１２の項目の選択は、周知のように、マウス、キーボード、タッチスクリーンなどの適切な入力装置を使用することにより行うことができる。

これらの基準炉心設計修正は、例えば、３Ｄシミュレーション入力パラメータデータベース２５９などのリレーショナルデータベース２５０内に保存することができる。ユーザは、設計修正を組み込んだプロセスＳ３０からＳ５０（Ｓ９５）を繰り返すことができる。結果として得られる最も高くランク付けされた出力によって、図４の反復改善プロセスを繰り返すことができる新しい基準炉心設計が確立される。換言すると、派生炉心設計が全ての限界に適合するか否かを判断するために、プロセスＳ３０からＳ５０を繰り返すことができる（Ｓ９５）。これは、上述のように、反復プロセスとなることができる。

図７Ｂは、本発明の例示的な実施形態による反復プロセスを示す。シミュレートされたＳ９５の修正サブルーチンからの各派生炉心設計では、ユーザは、ランク付けＳ４０に関係するあらゆるデータ（例えば、計算された目的関数値）が依然として限界違反が存在することを示しているか否かを判断する。限界違反がなければ、ユーザは、特定の原子炉で使用することができる許容可能炉心設計を開発したことになり、許容可能炉心設計に関係するグラフィカル結果にアクセスすることができる（Ｓ１９３）。

依然として反復が限界違反を示す（Ｓ１６０の出力がＹＥＳ）場合には、全ての限界が満足されるまで、又は、ユーザの判断に応じて許容可能なマージン内で全ての限界値が満足されるまで、Ｓ９０の修正ルーチンが反復的に繰り返される（Ｓ１９０）。この反復プロセスは、ユーザが炉心設計を微調整し、恐らくは従来の手作業による反復プロセスによってこれまで行うことが可能であったものよりも多くのエネルギを許容可能炉心設計から抽出することができる点で有利である。更に、リレーショナルデータベースサーバ２５０及び幾つかの計算サーバ４００を組み込むことによって、計算処理が迅速になる。図７Ｂで説明したような反復プロセスは、一度に１つのパラメータを変更し、その後炉心シミュレーションを実行する従来の手作業による反復プロセスを使用した場合の数週間と比べ、極めて短時間で実行することができる。

ここまで、ユーザ又は設計担当者が所望の設計を得るためにＧＵＩ２３０を介してデータを解釈し、表示されるフィードバック（目的関数からのデータ）に基づいて手作業で基準炉心設計を繰り返し修正することに関して、本発明の方法及び装置を説明してきた。しかしながら、図４、図７Ａ、及び図７Ｂの上述のステップはまた、最適化プロセスを介して実行することができる。最適化プロセスは、原子炉の炉心で使用されるべき最適な炉心設計を実現するために違反された限界を常に改善しながら、幾つかの異なる炉心設計にわたって図４、図７、及び図７Ｂのステップを繰り返す。

図１３は、このようなプロセスを開始するための画面ショットを示す。例えば、プラントを選択して基準炉心設計を作成した後、ユーザは、最適化構成画面１３０５を表示することができる。ユーザは、例えば、「燃料充填最適化（ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｆｕｅｌ ｌｏａｄｉｎｇ）」、「棒パターン最適化（ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｒｏｄ ｐａｔｔｅｒｎｓ）」、「炉心流量最適化（ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｃｏｒｅ ｆｌｏｗ）」、「シーケンス間隔最適化（ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｉｎｔｅｒｖａｌｓ）」、及び「バンドル選択最適化（ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｂｕｎｄｌｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）」の最適化パラメータ１３４０を選択することができる。

バンドル選択最適化は、基準炉心設計内で未照射バンドルタイプの最適な決定を行うことを意味する。最適化の結果、各未照射燃料場所は、幾つかの未照射バンドルタイプのいずれか１つ（例えば、図１２に示すようなＩＡＴタイプ)を含むことができる。これらのタイプは、上述したように、制約を満足すると同時にエネルギを最大限にするように選択することができる。棒パターン最適化は、制御ブレード（ＰＷＲの場合は制御棒）位置の最適な決定を行うことを意味する。制御棒位置は、局所パワー並びに核反応速度に影響を及ぼす。炉心流量最適化は、運転サイクル中の時間関数として原子炉を通過する原子炉冷却剤の流量の最適な決定を行うことを意味する。流量は、原子炉全体のパワー並びに核反応速度に影響を及ぼす。シーケンス間隔最適化は、運転サイクル中に原子炉を制御するために所与のシーケンス（すなわち、制御棒のグループ化）が使用される持続時間の最適な決定を行うことを意味する。シーケンス間隔は、局所パワー及び核反応速度に影響を及ぼす。

適切な入力装置（例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーン表示など）を使用して、ユーザは、ＧＵＩ２３０を介して１つの最適化パラメータ１２４０と関係する選択ボックス１３４２をクリックすることによって、最適化パラメータの１つ又はそれ以上を選択することができる。選択されると、選択された最適化パラメータの選択ボックス１３４２にチェックマークが現れる。その選択ボックス１３４２を再度クリックすると、最適化パラメータの選択が解除される。例えば、最適化を行うためには、ユーザは、図１３に示すように燃料充填最適化及びバンドル選択最適化のボックス１３４２を選択すればよい。

また、最適化問題に関係する制約パラメータをメモリ（リレーショナルデータベースサーバ）２５０に記憶することができる。例えば、これら制約パラメータは限界データベース２５１内に記憶することができる。制約パラメータは、１つ又は複数の制約を満足する必要があるか又は満足すべき最適化問題のパラメータであり、この場合、制約は、上述した限界と類似のものとすることができる。

図１４は、沸騰水型原子炉の炉心設計の最適化問題に関係する最適化制約をリスト化した例示的な最適化制約ページの画面ショットを示している。簡潔にするために幾つかの制約だけが図示されている。図示のように、各最適化制約１４５０は、関係する１つの設計値１４５２を有する。各最適化制約は、指定の設計値を下回らなければならない。ユーザは、目的関数を構成する際の考慮事項として最適化パラメータを選択することができる。ユーザは、最適化制約１４５０に関係する選択ボックス１４５４をクリックすることによって最適化制約を選択する。選択されると、選択された最適化制約１４５０の選択ボックス１４５４にチェックマークが現れる。選択ボックス１４５４を再度クリックすると、最適化制約の選択が解除される。

各最適化パラメータは、リレーショナルデータベースサーバ２５０に記憶された関係する所定のクレジット項目及びクレジット重みを有することができる。同様に、各最適化制約は、関係する所定のペナルティ項目及びペナルティ重みを有し、これらは、限界データベース２５１及び／又は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１４に示すように、ペナルティ項目は、設計値を組み込んだものであり、ユーザは、この値を所望に応じて変える（構成する）ことができる。更に、図１４の実施形態では、ユーザが各最適化制約１４５０についての重要度１４５６を設定することができる。最適化制約の重要度フィールド１４５８において、ユーザは、最小、低、公称、高、及び最高のプルダウンオプションを有することができる。

例えば、主要な目標高温過剰反応度制約には、最大ペナルティ項目及び重みを割り当てることができる。これは、図８（図１４とは異なり、例示的な最適化制約の完全なリストを示す）に最も良く示すことができ、ここでは、最大及び最小の％高温過剰反応度値が１．０及び０．８に設定され、重要度フィールドは、最高に設定されている。これは、一般に及び特に目的関数に関する最適化の主要ペナルティ項目及び主要ペナルティ重みとしての目標高温過剰反応度制約を反映するものである。

各オプションは、重要度が大きいほど、所定のペナルティ重みが大きくなるように、経験的に予め定められ又は所与のペナルティ重みと相関している。このように、ユーザは、所定又は所与のペナルティ重みのセットの中から選択する。

上記の選択が完了すると、計算サーバ４００は、リレーショナルデータベースサーバ２５０から上述の選択対象を検索し、上記で考察した一般定義及び選択プロセス中に行われた選択に従って目的関数を構成する。結果として構成される目的関数は、選択された最適化パラメータと関係するクレジット要素の和と、選択された最適化制約と関係するペナルティ要素の和とを加算したものに等しい。

更に、この実施形態は、ユーザがクレジット重み及びペナルティ重みを処理する方法を選択することを可能にする。例えば、ユーザには、ペナルティ重みについての静的、デスペナルティ、動的及び適応方法が与えられ、クレジット重みについて静的、動的、及び適応方法が与えられ、ペナルティ重み及びクレジット重みの双方について相対適応方法が与えられる。周知の静的方法は、重みを初期設定値に維持する。周知のデス方法は、各ペナルティ重みを無限大に設定する。周知の動的方法は、最適化検索において目的関数を使用している間に重み変化の量及び／又は頻度を求める数式に基づいて初期重み値を調整する。

周知の適応方法もまた、最適化検索中に適用される。この方法においては、ペナルティ重み値は、設計値に違反する各制約パラメータについて定期的に調整される。相対適応方法は、本出願の発明者らによる２００２年９月１９日出願の「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＡＤＡＰＴＩＶＥＬＹ ＤＥＴＥＲＭＩＮＩＮＧ ＷＥＩＧＨＴ ＦＡＣＴＯＲＳ ＷＩＴＨＩＮ ＴＨＥ ＣＯＮＴＥＸＴ ＯＦ ＡＮ ＯＢＪＥＣＴＩＶＥ ＦＵＮＣＴＩＯＮ」と題された米国特許出願第１０／２４６，７１８に開示されている。
目的関数を使用する最適化
図１５は、本発明の例示的な実施形態による目的関数を利用する最適化プロセスのフローチャートを示す。この最適化プロセスは、本出願の発明者らによる２００２年９月１９日出願の「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＥＶＡＬＵＡＴＩＮＧ Ａ ＰＲＯＰＯＳＥＤ ＳＯＬＵＴＩＯＮ ＴＯ Ａ ＣＯＮＳＴＲＡＩＮＴ ＰＲＯＢＬＥＭ」と題された米国特許出願第１０／２４６，７１６号で開示されている。

説明の便宜上、図１５の最適化プロセスは図１に示すアーキテクチャによって実施されるものとして説明される。図示するように、Ｓ１５１０においては、目的関数は、前出の章で考察したように構成され、次に、最適化プロセスが始まる。Ｓ１５１２においては、計算サーバ４００は、リレーショナルデータベース２５０からシステム入力を検索するか、又は使用中の最適化アルゴリズムに基づいて最適化問題の入力パラメータ（すなわち、システム入力）に対する値の１つ又はそれ以上のセットを生成する。例えば、最小ブレード使用による設計用のこれらの入力パラメータは、１）ブレード群の構成（すなわち、サイクル照射線量の関数としてのブレード位置）、２）ブレード群内のブレードの各々についてのノッチ位置、３）サイクル照射線量の関数としての最小及び最大高温過剰反応度、４）サイクル照射線量の関数としての炉心流量値、及び５）炉心設計内の未照射燃料及び照射済み燃料を含むことができる。

各入力パラメータの値のセットは、最適化問題の解候補である。上述のような炉心シミュレータは、シミュレートされた運転を実行して各入力パラメータの値のセットについてのシミュレーション結果を生成する。シミュレーション結果は、最適化パラメータ及び最適化制約の値（すなわち、システム出力）を含む。これらの値又はこれらの値のサブセットは、目的関数の数式の変数の値である。

次に、Ｓ１５１４において、計算サーバ４００は、目的関数及びシステム出力を使用して、各候補解についての目的関数値を生成する。Ｓ１５１６において、計算サーバ４００は、最適化プロセスがＳ１５１４で生成された目的関数値を使用して１つの解に収束しているか否かを評価する。収束に達していなかった場合、入力パラメータセットを修正する。最適化反復カウントを増分し、処理はＳ１５１２に戻る。プロセスＳ１５１２、Ｓ１５１６、Ｓ１５１８の生成、収束評価及び修正のオペレーションは、Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ、Ｓｍｉｎｕｌａｔｅｄ Ａｎｅａｌｉｎｇ、及びＴａｂｕ Ｓｅａｒｃｈなどの周知の何らかの最適化アルゴリズムに従って行われる。最適化を利用して許容可能炉心設計を決定するときには、最適化は、収束（例えば図７Ａ及び図７ＢのプロセスＳ９３／Ｓ１９３におけるような許容可能な結果）が得られるまで実行される。

図１８及び図１９は、選択されたプラント事前最適化及び事後最適化の所与のエネルギサイクルの目標高温過剰反応度の主要な制約を示す。図１８及び図１９は、設計問題と実際のプラントの実サイクルの例示的実施形態に従って決定された解を示す。図１８は、設計担当者又は顧客の設計問題を示す。サイクル全体にわたって、高温過剰反応度は、サイクル始め（ＢＯＣ）には目標ウィンドウを下回り、数回の照射線量にわたって目標ウィンドウを超えた後に、燃料枯渇により予想された通りにＥＯＣに向けて下降し、補正（ＥＯＣに向けて、高温過剰反応度が通常はゼロに向かって傾斜する）するための制御ブレードノッチ位置及び／又は炉心流量の調整が必要である。尚、目標高温過剰反応度ウィンドウの最小％高温過剰反応度は、燃料の枯渇を反映しており、ＥＯＣに向かって高温過剰反応度の急激な変化が予想され、ＥＯＣでは全出力能力の損失が示される。このように、照射線量依存ブロックは、図８に示す最小％高温過剰反応度最適化制約８３０についてチェックされる。

高温過剰反応度目標ウィンドウを主要制約として設定し、次いで所望の最小ブレード密度及び基準炉心設計の炉心流量ウィンドウを選択した後、収束が達成されるまでバンドルの交換、シミュレーション及び修正の反復を通じて解（許容可能炉心設計）を最適化することにより、ユーザ又は設計担当者は、炉心エネルギサイクルの主要な制約を満足する炉心設計を実現することができる。

本発明の方法及び装置は、バンドルの複雑さ又は未照射燃料バンドル設計の数に関係なく、エネルギサイクルにわたって目標高温過剰反応度値を含む定義済み制約又は限界のセットを満足するように、原子炉炉心設計内の未照射燃料バンドルのタイプ及び配置、並びに制御ブレードの数、配置及び移動の決定を可能にすることができる。通常は多くても１つ又は２つの未照射燃料タイプ（すなわち、１つ又は２つのストリーミング解）を利用する現行の炉心設計とは対照的に、配置用に所望の燃料バンドルを決定するために、未照射燃料バンドル設計の任意の数又は組み合わせ（例えば、Ｎ個のストリーム）を利用することができる。従って、Ｎ個の新しい未照射燃料バンドル設計を達成しながら、所望の目標高温過剰反応度をエネルギサイクルにわたる少数の制御ブレード及び／又は低減されたブレード移動に適合させることができる。１つの実施例においては、例示的な方法を用いて、０、１、４、５、８、及び／又は９点ブレード定義のいずれか及びＮ個の固有の未照射燃料バンドルタイプ（Ｎ個のストリーム）で目標高温過剰反応度制約を満足する炉心設計を決定することができ、ここでＮは、少なくとも２以上の固有の未照射燃料バンドルタイプ（Ｎ≧２）である。

本方法及び装置は、幾つかの追加の利点を提供し、該利点には、限定ではないが、より単純な原子炉運転を目的とした炉心設計の開発（制御ブレード移動の低減）、利用率の向上、チャネル曲げメカニズムとしてのシャドー腐食の解消、燃料ストレスに対する「やさしい取り扱い」の必要性の低減及び／又は解消、制御ブレード保守を低減することによる停止時間の低減、並びに制御ブレード費用の低減が含まれる。

このように、本発明の例示的な実施形態を説明してきたが、本実施形態を多くの方法で変更することができることは明らかであろう。例えば、例示的な方法及び装置を記載する図１から図７Ｂ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施することができる。ハードウェア及び／又はソフトウェアの実施には、図示するようなプロセッサ及び／又は製品の組み合わせを含むことができる。製品は、更に、記憶媒体及び適用可能なコンピュータプログラムを含むことができる。

適用可能なコンピュータプログラムは、炉心充填パターン設計を決定するために説明されたプロセス又は機能を実行する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、外部供給の伝播信号の一部として備えることができる。

本発明の技術的効果は、最小ブレード密度での主要目標高温過剰反応度制約を含む全ての入力限界を満足する原子炉炉心の炉心設計を効率的に開発する方法、並びに所望の最小ブレード密度を達成しながら目標高温過剰反応度制約を含む全ての入力限界を満足する未照射燃料アセンブリ用の指定の充填パターンを有する炉心設計を迅速に開発し、シミュレートし、修正して完全なものにする機能を内部及び外部ユーザに提供するためのコンピュータ／処理駆動装置を提供するために、複数のプロセッサの処理能力及び／又は１つ又はそれ以上のプロセッサによって実施されるプログラムのコンピュータプログラムロジックを呼び起こす装置及び／又は方法とすることができる。従って、許容設計は、次の予定運転停止時に選択された原子炉の炉心及びこのようにして決定された炉心設計に従った次及び後続のサイクルで運転する炉心内に取り込むことができる。

このような変形形態は、本発明の例示的な実施形態の精神及び範囲から逸脱したものとみなすべきではなく、当業者には明らかとなる当該全ての修正は、添付の請求項の範囲内に含まれるものとする。

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装置を示す図。 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装置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よ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よるシミュレーションステップを示すフローチャート。 本発明の例示的な実施形態による図４のランク付けステップをより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よる許容炉心設計の修正を示すフローチャート。 本発明の例示的な実施形態による許容炉心設計の修正を示すフローチャート。 本発明の方法及び装置の様々な特徴を更に説明する例示的なコンピュータベースのアプリケーションの画面ショット。 本発明の方法及び装置の様々な特徴を更に説明する例示的なコンピュータベースのアプリケーションの画面ショット。 本発明の方法及び装置の様々な特徴を更に説明する例示的なコンピュータベースのアプリケーションの画面ショット。 本発明の方法及び装置の様々な特徴を更に説明する例示的なコンピュータベースのアプリケーションの画面ショット。 本発明の方法及び装置の様々な特徴を更に説明する例示的なコンピュータベースのアプリケーションの画面ショット。 本発明の方法及び装置の様々な特徴を更に説明する例示的なコンピュータベースのアプリケーションの画面ショット。 本発明の方法及び装置の様々な特徴を更に説明する例示的なコンピュータベースのアプリケーションの画面ショット。 本発明の方法及び装置の様々な特徴を更に説明する例示的なコンピュータベースのアプリケーションの画面ショット。 本発明の例示的な実施形態に従って使用される最適化ルーチン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よる単一制御ブレード設計のブレード定義を示す図。 本発明の例示的な実施形態による４−制御ブレード炉心設計のブレード定義を示す図。 選択された原子炉プラント事前最適化の所与のエネルギサイクルの目標高温過剰反応度の主要な制約を示す図。 選択された原子炉プラント事後最適化の所与のエネルギサイクルの目標高温過剰反応度の主要な制約を示す図。

符号の説明

２００ アプリケーションサーバ
２０５ バス
２１０ ホストプロセッサ
２２５ ネットワークインタフェース、
２３０ グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）、
２５０ リレーショナルデータベースサーバ（メモリ）、
２５１ 限界データベース、
２５３ 待ち行列データベース、
２５５ シミュレータ結果データベース、
２５７ 目標関数値データベース、
２５９ ３Ｄシミュレータ入力パラメータデータベース、
２６０ 暗号化サーバ、
２７５ ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）接続、
３００ 外部ユーザ、
３５０ 内部ユーザ、
３７５ １２８ビット機密保護ソケット層（ＳＳＬ）接続、
４００ 計算サーバ

Claims (10)

1. 所与の炉心エネルギサイクルにわたって満足すべき目標高温過剰反応度制約と、前記サイクルに対して設定される所与の所望の制御ブレード定義とを含む、炉心設計の決定に適用可能な限界のセットを定義する段階と、
   前記定義された限界に基づいて基準炉心設計を生成する段階であって、前記基準炉心設計内の複数の燃料位置に配列された最新未照射燃料バンドルの初期充填パターンと前記基準炉心設計に対して設定された前記所与の制御ブレード定義とを含む生成段階と、
   前記基準炉心設計内で評価されるべき未照射燃料バンドルの固有のサブセットを選択する段階と、
   許容炉心設計を判断するために第１の反復を行う段階とを具備する原子炉用炉心設計を決定する方法であって、
   前記第１の反復は、
   各燃料位置にて前記最新未照射燃料バンドルの少なくとも１つを前記選択された未照射燃料バンドルの少なくとも１つと交換する段階と、
   各々が前記選択された未照射燃料バンドルの１つ又はそれ以上を含む前記基準炉心設計に対応する複数の出力を生成するために前記基準炉心設計に対して原子炉運転をシミュレートする段階と、
   前記定義された限界のセットに基づいて前記出力をランク付けする段階とを更に具備し、
   最も高くランク付けされた前記出力が、前記所与の所望の制御ブレード定義を有する前記目標高温過剰反応度制約を満足する前記原子炉用許容炉心設計を表していることを特徴とする炉心設計方法。
2. 前記最も高くランク付けされた出力が前記基準炉心設計よりも優れた改善点である場合において、
   前記許容炉心設計を新しい基準炉心設計として設定する段階と、
   改訂された許容炉心設計を判断するために前記交換段階、シミュレーション段階、及びランク付け段階の第２の反復を行う段階とを具備し、
   前記最も高くランク付けされた出力が前記基準炉心設計よりも優れた改善点ではなかった場合において、前記シミュレーション中に違反された限界に関係するデータを提供する段階と、
   を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の炉心設計方法。
3. 前記第２の反復からの前記最も高くランク付けされた出力は、前記定義された限界のセットに基づいて、前記第１の反復の前記最も高くランク付けされた出力と比較して、性能における最大の改善点を示す出力を表し、
   前記性能は、前記定義された限界の少なくとも１つ又はそれ以上に関係することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 連続的な反復の最も高くランク付けされた出力間で性能におけるこれ以上の改善点がなくなるまで、Ｎ回の反復にわたって前記設定段階、交換段階、及びランク付ける段階を反復して繰り返す段階を更に含み、
   前記性能は、前記定義された限界の少なくとも１つ又はそれ以上に関係し、前記定義された限界は、前記Ｎ回の繰り返しの各々における前記基準炉心設計に適用可能であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記ランク付けする段階は、
   前記出力を評価するようにアプリケーション専用の目的関数を構成する段階と、
   前記アプリケーション専用の目的関数を使用して各出力のメリット値の図表を生成する段階と、
   前記定義された限界に基づいて前記メリット値の図表をランク付けする段階と、
   を更に含む請求項１に記載の方法。
6. 前記定義された限界は、前記サイクルの最大及び最小炉心流量を定義する設定炉心流量ウィンドウと、前記サイクルの最大及び最小高温過剰反応度値を定義する設定高温過剰反応度ウィンドウとを含む請求項１に記載の方法。
7. 前記所与の所望の制御ブレード定義は、設定された数の炉心ブレードと、前記エネルギサイクルにわたる前記設定された数の炉心ブレードの最大及び最小ノッチ位置を表すウィンドウとを含む請求項１に記載の方法。
8. 前記許容炉心設計は、０点炉心ブレード定義と、１点炉心ブレード定義と、４点炉心ブレード定義と、５点炉心ブレード定義と、８点炉心ブレード定義と、９点炉心ブレード定義とから構成された一群から選択された炉心ブレード定義を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記許容炉心設計は、Ｎ（Ｎ＝２）個の固有の未照射燃料バンドルタイプを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 原子炉用炉心設計を決定する装置（１０００）であって、
    基準炉心設計において評価されるべき複数の未照射燃料バンドルを記憶するためのメモリ２５０と、
    所与の炉心エネルギサイクルにわたって満足すべき目標高温過剰反応度制約と前記エネルギサイクルに対して設定される前記基準炉心設計用の所与の所望の制御ブレード定義とを含む、前記基準炉心設計に適用可能な限界のセットを受け取り且つ前記基準炉心設計において評価されるべきメモリ内に記憶された前記バンドルから未照射燃料バンドルの固有のサブセットを選択するためのインタフェース２３０と、
    前記受け取られた限界に基づいて前記基準炉心設計を生成するためのプロセッサ装置２１０、４００とを備え、この基準炉心設計は、前記基準炉心設計内の複数の燃料位置に配列された最新未照射燃料バンドルの初期充填パターンと、前記基準炉心設計に対して設定された前記所与の炉心ブレード定義とを含み、
    前記プロセッサ装置は、
    各燃料位置にて、前記最新未照射燃料バンドルの少なくとも１つを未照射燃料バンドルの前記選択された固有のセットのうちの少なくとも１つと交換する交換機能と、
    各々が前記選択された未照射燃料バンドルの１つ又はそれ以上を含む前記基準炉心設計に対応する複数の出力を生成するために前記基準炉心設計に対して原子炉運転のシミュレーションを指示するシミュレート機能と、
    前記定義された限界のセットに基づいて前記出力をランク付けするランク付け機能と、を実施するように構成されており、
    前記最も高くランク付けされた出力が、前記設定された炉心ブレード定義を有する前記目標高温過剰反応度制約を満足する前記原子炉の許容炉心設計を表していることを特徴とする装置。

Images