JP2019179019A

JP2019179019A - 未臨界性評価方法及び未臨界性評価装置

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Publication number: JP2019179019A
Application number: JP2018070379A
Authority: JP
Inventors: 一生桐村; Kazuo Kirimura; 啓基小池; Hiroki Koike; 徹也杉村; Tetsuya Sugimura; 大介左藤; Daisuke Sato; 進矢小坂; Shinya Kosaka
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: JP6983100B2

Abstract

【課題】原子力設備で管理される燃料の未臨界性を合理的に評価することができる未臨界性評価方法等を提供する。【解決手段】使用済燃料ピットで貯蔵される使用済燃料となる燃料集合体の未臨界性を評価する未臨界評価方法であって、入力パラメータは、燃料集合体に関する核データと、使用済燃料ピット及び燃料集合体の製作公差に関する公差パラメータとを含み、予め用意された共分散データに基づいて核データを摂動させる核データ摂動ステップＳ１１と、公差パラメータを製作公差の範囲内で摂動させる公差パラメータ摂動ステップＳ１２と、摂動させた核データ及び公差パラメータを組み合わせ、組み合わせた核データ及び公差パラメータを含む複数セットの入力パラメータに基づいて、実効増倍率を複数導出する評価値導出ステップＳ１３と、導出された複数の実効増倍率を統計処理して、不確かさを含む実効増倍率を評価結果として導出する評価ステップＳ１４とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、原子力設備で管理される燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価方法及び未臨界性評価装置に関するものである。

従来、原子力設備としての使用済燃料ピット（ＳＦＰ：Spent Fuel Pit）に貯蔵される使用済燃料の未臨界性を評価する方法が知られている（例えば、非特許文献１）。この評価方法では、要求された規定の設計となる使用済燃料ピットに使用済燃料が貯蔵されたことを条件（ノミナル条件）とし、この条件に基づいて評価される評価値（例えば、実効増倍率）を、ノミナル値として導出している。また、この評価方法では、使用済燃料ピットの製作公差に起因する不確かさを評価すると共に、未臨界の評価に用いられる入力パラメータとしての核データの不確かさ、及び未臨界の評価に用いられる計算コードの不確かさを評価している。そして、この評価方法において、ノミナル値となる評価結果に、製作公差に起因する不確かさ、核データの不確かさ及び計算コードの不確かさを加味した最終的な評価値となる実効増倍率が、予め規定された評価基準を満足するか否かを判定している。つまり、この評価方法は、ノミナル値に不確かさを積み上げた積み上げ式の評価方法となっている。

"燃料取扱設備、新燃料貯蔵設備及び使用済燃料貯蔵設備の核燃料物質が臨界に達しないことに関する説明書"、［online］、原子力規制委員会、［平成３０年２月２８日検索］、インターネット<URL:http://www.nsr.go.jp/data/000186280.pdf>

しかしながら、非特許文献１の評価方法では、不確かさを個別に積み上げて評価することから、不確かさを合理化する余地があった。

そこで、本発明は、原子力設備で管理される燃料の未臨界性を合理的に評価することができる未臨界性評価方法及び未臨界性評価装置を提供することを課題とする。

本発明の未臨界性評価方法は、原子力設備で管理される燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価装置で実行される未臨界評価方法であって、未臨界性を評価するために入力される入力パラメータは、前記燃料に含まれる核種に関するデータである核データと、前記核データの不確かさに関するデータである共分散データと、前記原子力設備の製作公差に関する公差パラメータと、を含み、前記核データを前記共分散データに基づいて摂動させる核データ摂動ステップと、前記公差パラメータを前記製作公差の範囲内で摂動させる公差パラメータ摂動ステップと、摂動させた前記核データ及び前記公差パラメータを組み合わせ、組み合わせた前記核データ及び前記公差パラメータを含む複数の前記入力パラメータに基づいて、未臨界性の評価値を複数導出する評価値導出ステップと、導出された複数の前記評価値を統計処理して、不確かさを含む前記評価値を評価結果として導出する評価ステップと、を備えることを特徴とする。

また、本発明の未臨界性評価装置は、原子力設備で管理される燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価装置であって、未臨界性を評価するために入力される入力パラメータは、前記燃料に含まれる核種に関するデータである核データと、前記核データの不確かさに関するデータである共分散データと、前記原子力設備の製作公差に関する公差パラメータと、を含み、前記入力パラメータを取得し、取得した前記入力パラメータに基づいて、未臨界性の評価値を導出する制御部を備え、前記制御部は、前記共分散データに基づいて前記核データを摂動させると共に、前記製作公差の範囲内で前記公差パラメータを摂動させ、摂動させた前記核データ及び前記公差パラメータを組み合わせて前記入力パラメータを複数生成し、複数の前記入力パラメータに基づいて、前記評価値を複数導出し、導出した複数の前記評価値を統計処理して、不確かさを含む前記評価値を評価結果として導出することを特徴とする。

これらの構成によれば、核データの不確かさと、原子力設備の製作公差とを考慮して、不確かさを含む評価値を導出することができるため、原子力設備で管理される燃料の未臨界性を合理的に評価することができる。

また、前記評価値は、実効増倍率であり、前記評価値導出ステップでは、前記実効増倍率が前記評価値として導出され、前記評価ステップでは、不確かさを含む前記実効増倍率が前記評価結果として導出されることが、好ましい。

この構成によれば、実効増倍率を用いて、燃料の未臨界性を適切に評価することができる。

また、前記共分散データは、正規分布となっており、前記核データ摂動ステップでは、前記核データを前記正規分布に基づいて摂動させ、前記公差パラメータ摂動ステップでは、前記公差パラメータを、前記原子力設備の前記製作公差を製作実績に基づいて統計的に整理した確率分布に基づいて摂動させることが、好ましい。

この構成によれば、核データを正規分布に基づいて適切に摂動させることができ、また、公差パラメータを製作実績に基づいて適切に摂動させることができるため、不確かさを含む評価値を適切に導出することができる。

また、前記評価ステップでは、導出された複数の前記評価値を算術平均して平均評価値を導出する平均導出ステップと、導出された複数の前記評価値に基づいて、前記評価値の標準偏差を導出する標準偏差導出ステップと、前記平均評価値に前記標準偏差を加算して、不確かさを含む前記評価値を前記評価結果として導出する評価結果導出ステップと、を有することが、好ましい。

この構成によれば、平均評価値と標準偏差とを用いることで、不確かさを含む評価値を、評価結果として適切に導出することができる。

また、前記原子力設備は、使用済燃料を貯蔵するラックを有する使用済燃料ピットを含むことが、好ましい。

この構成によれば、使用済燃料ピットに貯蔵される使用済燃料の未臨界性を評価することができる。

また、前記評価ステップにおいて導出された前記評価結果を、前記未臨界性評価装置の表示部に表示する評価結果表示ステップを、さらに備えることが、好ましい。

また、前記評価結果を表示する表示部をさらに備えることが、好ましい。

この構成によれば、不確かさを含む評価値を表示部に表示することで、表示部を視認することにより評価結果を容易に把握することができる。

また、前記評価ステップにおいて、複数の前記評価値を算術平均した平均評価値と、複数の前記評価値の標準偏差とを導出する場合、前記評価結果表示ステップでは、前記評価結果と共に、前記平均評価値及び前記標準偏差の少なくとも一方を表示することが、好ましい。

この構成によれば、不確かさを含む評価値の他、平均評価値及び標準偏差を表示部に表示することで、不確かさを含む評価値をより詳細に把握することができる。

図１は、本実施形態の未臨界評価方法の評価対象となる使用済燃料ピットを示す図である。図２は、使用済燃料ピットのラックを示す図である。図３は、本実施形態の未臨界性評価装置を模式的に表した概略構成図である。図４は、不確かさを含む実効増倍率を導出する制御動作に関するフローチャートである。図５は、不確かさを含む実効増倍率の導出に関する説明図である。図６は、表示部に表示される評価結果を示す図である。図７は、本実施形態の実効増倍率と従来の実効増倍率とを比較した図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［本実施形態］
本実施形態の未臨界評価方法及び未臨界性評価装置１０は、原子力設備で管理される燃料の未臨界性を評価する方法及び装置である。燃料としては、例えば、使用済みの燃料集合体が適用される。また、原子力設備としては、例えば、使用済燃料を貯蔵する使用済燃料ピット（ＳＦＰ：Spent Fuel Pit）及び燃料集合体が適用される。なお、以下の説明では、使用済燃料ピット及び燃料集合体（単に、燃料とも言う）に適用して説明するが、燃料を管理する設備であれば、使用済燃料ピットに限定されず、例えば、新燃料を貯蔵する設備に適用してもよいし、燃料として、燃料ペレットに適用してもよい。本実施形態の未臨界評価方法及び未臨界性評価装置１０の説明に先立ち、評価対象となる使用済燃料ピット１について説明する。

図１は、本実施形態の未臨界評価方法の評価対象となる使用済燃料ピットを示す図である。図１は、使用済燃料ピット１を上方側から見た平面図となっている。使用済燃料ピット１は、減速材としての水を貯留する貯留ピット５と、燃料集合体８を収容する複数のラック６と、を備えている。貯留ピット５は、内部に収容空間を有する長方体形状の槽である。ラック６は、水平面内において、格子状に複数配置されている。

図２は、使用済燃料ピットのラックを示す図である。図２は、ラック６を上方側から見た平面図となっている。ラック６は、四角形となる角筒形状となっており、その内部に燃料集合体８を収容可能な収容空間が形成されている。このラック６は、鉛直方向に亘って燃料集合体８を収容する。ここで、図２に示すように、ラック６は、内壁面と外壁面と間の厚みが、ラック板厚Ｄとなっており、このラック板厚Ｄは、後述する未臨界評価において用いられる公差パラメータの一つとなっている。また、ラック６は、対向する内壁面同士の間の距離が、ラック内のりＬとなっており、このラック内のりＬも、後述する未臨界評価において用いられる公差パラメータの一つとなっている。

燃料集合体８は、断面方形状に形成され、例えば、１７×１７のセルで構成されている。そして、複数のセルには、制御棒及び燃料棒が適宜挿入されている。

次に、図３を参照して、評価対象となる使用済燃料ピット１に貯蔵される燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価装置１０について説明する。図３は、本実施形態の未臨界性評価装置を模式的に表した概略構成図である。未臨界性評価装置１０は、燃料の核データ及び使用済燃料ピット１に関するデータを入力パラメータとし、この入力パラメータに基づいて未臨界評価計算を行って、燃料の未臨界性の評価値としての実効増倍率を算出する装置となっている。

未臨界性評価装置１０は、各種プログラムを実行して各種処理を実行可能な制御部１１と、各種プログラムおよびデータを記憶する記憶部１２と、キーボード等の入力デバイスで構成された入力部１３と、モニタ等の表示デバイスで構成された表示部１４とを有している。なお、未臨界性評価装置１０は、単体の装置で構成してもよいし、他の装置と一体に構成してもよいし、演算装置及びデータサーバ等の各種装置を組み合わせたシステムとして構成してもよく、特に限定されない。

記憶部１２には、各種プログラムとして、例えば、未臨界評価に用いられる未臨界評価計算コード（例えば、ＳＣＡＬＥコード等）を含む未臨界評価プログラムＰが記憶されている。また、記憶部１２には、データとして、例えば、燃料に含まれる核種に関する核データＤ１と、核データの不確かさに関する共分散データＤ４と、使用済燃料ピット１及び燃料集合体８の製作公差に関する公差パラメータＤ２と、製作公差の確率分布Ｄ３と、を含んで記憶されている。これらのデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、後述する未臨界評価に用いられる。

未臨界性評価装置１０は、未臨界評価プログラムＰを実行すると、入力部１３から入力された入力データ及び記憶部１２に記憶されたデータ等を制御部１１が取得する。制御部１１は、取得した核データＤ１及び公差パラメータＤ２を含む各種データを入力パラメータとし、この入力パラメータに基づいて未臨界評価計算コードを用いて計算を行うことで、実効増倍率を算出する。

次に、図４及び図５を参照して、不確かさを含む実効増倍率を導出する制御動作について説明する。図４は、不確かさを含む実効増倍率を導出する制御動作に関するフローチャートである。図５は、不確かさを含む実効増倍率の導出に関する説明図である。

未臨界性評価装置１０は、不確かさを含む実効増倍率を評価結果として算出している。また、未臨界性評価装置１０は、核データの不確かさ、及び製作公差の製作実績を考慮して、不確かさを含む実効増倍率を算出している。

不確かさを含む実効増倍率を算出する場合、先ず、制御部１１は、記憶部１２に記憶されている核データＤ１及び共分散データＤ４を取得し、取得した核データＤ１を、共分散データＤ４に基づいて摂動させる（ステップＳ１１：核データ摂動ステップ）。ここで、共分散データＤ４は、正規分布となっていることから、ステップＳ１１では、核データを正規分布に基づいて摂動させている。ステップＳ１１において、核データＤ１を摂動させることにより、複数（Ｎ個）の核データσ１〜σＮを生成する。

次に、制御部１１は、記憶部１２に記憶されている公差パラメータＤ２及び確率分布Ｄ３を取得し、取得した複数の公差パラメータＤ２を、確率分布Ｄ３に基づいて摂動させる（ステップＳ１２：公差パラメータ摂動ステップ）。なお、確率分布Ｄ３は、原子力設備の製作公差を、製作実績（製作公差の度数）に基づいて統計的に整理した分布となっている。ステップＳ１２において、公差パラメータＤ２を摂動させることにより、複数（Ｎ個）の公差パラメータＧ１〜ＧＮを生成する。

続いて、制御部１１は、摂動させた核データＤ１及び公差パラメータＤ２を含む入力パラメータを１セットとし、摂動パターンが異なる複数セットの入力パラメータを生成している。ここで、制御部１１は、Ｎ個の核データσ１〜σＮとＮ個の公差パラメータＧ１〜ＧＮとを適宜組み合わせて、複数セットの入力パラメータを生成している。組み合わせ方としては、いずれの組み合わせ方でもよいが、例えば、Ｎ個の核データσ１〜σＮとＮ個の公差パラメータＧ１〜ＧＮとを無作為に（ランダムに）組み合わせて、Ｎ個の入力パラメータを生成してもよいし、Ｎ個の核データσ１〜σＮとＮ個の公差パラメータＧ１〜ＧＮとを全通りで組み合わせて、Ｎ個の入力パラメータを生成してもよい。そして、制御部１１は、摂動させた核データＤ１及び公差パラメータＤ２を含む複数セットの入力パラメータから、未臨界評価計算コードを用いて、各セットの実効増倍率をそれぞれ算出し、複数セットに対応する複数（Ｎ個）の実効増倍率ｋ１〜ｋＮを算出する（ステップＳ１３：評価値導出ステップ）。

次に、制御部１１は、算出した複数の実効増倍率に基づいて、不確かさを含む実効増倍率Ｋを評価結果として導出する（ステップＳ１４：評価ステップ）。具体的に、評価ステップＳ１４において、制御部１１は、算出した複数の実効増倍率を算術平均して平均実効増倍率ｋ_ａｖｇを算出する（ステップＳ１４ａ）。続いて、制御部１１は、算出した複数の実効増倍率に基づいて、実効増倍率の標準偏差σｋを算出する（ステップＳ１４ｂ）。そして、制御部１１は、標準偏差σｋに信頼係数αを乗算し、信頼係数αを乗算した標準偏差σｋを、平均実効増倍率ｋ_ａｖｇに加算することで、不確かさを含む実効増倍率Ｋ（＝ｋ_ａｖｇ＋α×σｋ）を算出する（ステップＳ１４ｃ）。

そして、制御部１１は、図６に示すように、算出した不確かさを含む実効増倍率Ｋを評価結果として表示部１４に表示させると共に、平均実効増倍率ｋ_ａｖｇと標準偏差σｋとを、表示部１４に表示させる（ステップＳ１５：評価結果表示ステップ）。ここで、図６は、表示部に表示される評価結果を示す図である。また、ステップＳ１５において、制御部１１は、従来手法（例えば、ノミナル値に不確かさを積み上げた積み上げ式の評価方法）に基づく評価結果（ｋ＋ε）と、ステップＳ１４で算出した実効増倍率Ｋとの差分（（ｋ＋ε）−Ｋ）を、比較結果として表示部１４に表示させてもよい。制御部１１は、ステップＳ１５の実行後、不確かさを含む実効増倍率Ｋを算出する制御動作を終了する。

図７は、本実施形態の実効増倍率と従来の実効増倍率とを比較した図である。図７に示すように、従来の実効増倍率（ｋ＋ε）と、本実施形態の実効増倍率Ｋとを比較すると、本実施形態の実効増倍率Ｋが、従来の実効増倍率（ｋ＋ε）に比して、約０．６％減じることが確認され、合理化を図れることが確認できた。

以上のように、本実施形態によれば、核データＤ１の不確かさと、使用済燃料ピット１及び燃料集合体８を含む原子力設備の製作公差とを考慮して、不確かさを含む実効増倍率Ｋを導出することができるため、原子力設備で管理される燃料の未臨界性を、合理的に評価することができる。

また、本実施形態によれば、評価結果として、実効増倍率Ｋを用いることから、燃料の未臨界性を適切に評価することができる。

また、本実施形態によれば、核データＤ１を正規分布に基づいて適切に摂動させることができ、また、公差パラメータＤ２を製作実績に基づいて適切に摂動させることができるため、不確かさを含む実効増倍率Ｋを適切に導出することができる。

また、本実施形態によれば、平均実効増倍率ｋ_ａｖｇと標準偏差σｋとを用いることで、不確かさを含む実効増倍率Ｋを、評価結果として適切に算出することができる。

また、本実施形態によれば、使用済燃料ピット１に貯蔵される使用済燃料の未臨界性を評価することができる。

また、本実施形態によれば、不確かさを含む実効増倍率Ｋを表示部１４に表示することで、表示部１４を視認することにより評価結果を容易に把握することができ、また、平均評価値ｋ_ａｖｇ及び標準偏差σｋを表示部１４に表示することで、不確かさを含む実効増倍率Ｋをより詳細に把握することが可能となる。

１使用済燃料ピット
５貯留ピット
６ラック
８燃料集合体
１０未臨界性評価装置
１１制御部
１２記憶部
１３入力部
１４表示部
Ｐ未臨界評価プログラム
Ｄ１核データ
Ｄ２公差パラメータ
Ｄ３確率分布
Ｄ４共分散データ

Claims

原子力設備で管理される燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価装置で実行される未臨界評価方法であって、
未臨界性を評価するために入力される入力パラメータは、前記燃料に含まれる核種に関するデータである核データと、前記核データの不確かさに関するデータである共分散データと、前記原子力設備の製作公差に関する公差パラメータと、を含み、
前記核データを前記共分散データに基づいて摂動させる核データ摂動ステップと、
前記公差パラメータを前記製作公差の範囲内で摂動させる公差パラメータ摂動ステップと、
摂動させた前記核データ及び前記公差パラメータを組み合わせ、組み合わせた前記核データ及び前記公差パラメータを含む複数の前記入力パラメータに基づいて、未臨界性の評価値を複数導出する評価値導出ステップと、
導出された複数の前記評価値を統計処理して、不確かさを含む前記評価値を評価結果として導出する評価ステップと、を備えることを特徴とする未臨界性評価方法。
前記評価値は、実効増倍率であり、
前記評価値導出ステップでは、前記実効増倍率が前記評価値として導出され、
前記評価ステップでは、不確かさを含む前記実効増倍率が前記評価結果として導出されることを特徴とする請求項１に記載の未臨界性評価方法。
前記共分散データは、正規分布となっており、
前記核データ摂動ステップでは、前記核データを前記正規分布に基づいて摂動させ、
前記公差パラメータ摂動ステップでは、前記公差パラメータを、前記原子力設備の前記製作公差を製作実績に基づいて統計的に整理した確率分布に基づいて摂動させることを特徴とする請求項１または２に記載の未臨界性評価方法。
前記評価ステップでは、
導出された複数の前記評価値を算術平均して平均評価値を導出する平均導出ステップと、
導出された複数の前記評価値に基づいて、前記評価値の標準偏差を導出する標準偏差導出ステップと、
前記平均評価値に前記標準偏差を加算して、不確かさを含む前記評価値を前記評価結果として導出する評価結果導出ステップと、を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の未臨界性評価方法。
前記原子力設備は、使用済燃料を貯蔵するラックを有する使用済燃料ピットを含むことを特徴とする請求項４に記載の未臨界性評価方法。
前記評価ステップにおいて導出された前記評価結果を、前記未臨界性評価装置の表示部に表示する評価結果表示ステップを、さらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の未臨界性評価方法。
前記評価ステップにおいて、複数の前記評価値を算術平均した平均評価値と、複数の前記評価値の標準偏差とを導出する場合、
前記評価結果表示ステップでは、前記評価結果と共に、前記平均評価値及び前記標準偏差の少なくとも一方を表示することを特徴とする請求項６に記載の未臨界性評価方法。
原子力設備で管理される燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価装置であって、
未臨界性を評価するために入力される入力パラメータは、前記燃料に含まれる核種に関するデータである核データと、前記核データの不確かさに関するデータである共分散データと、前記原子力設備の製作公差に関する公差パラメータと、を含み、
前記入力パラメータを取得し、取得した前記入力パラメータに基づいて、未臨界性の評価値を導出する制御部を備え、
前記制御部は、
前記共分散データに基づいて前記核データを摂動させると共に、前記製作公差の範囲内で前記公差パラメータを摂動させ、摂動させた前記核データ及び前記公差パラメータを組み合わせて前記入力パラメータを複数生成し、複数の前記入力パラメータに基づいて、前記評価値を複数導出し、導出した複数の前記評価値を統計処理して、不確かさを含む前記評価値を評価結果として導出することを特徴とする未臨界性評価装置。
前記評価結果を表示する表示部をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の未臨界性評価装置。