JP4643066B2 - 原子炉燃料再処理方法、処理順序決定方法、燃料処理計画装置並びにプログラム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉燃料再処理方法に係り、特に、再処理方法、処理順序決定方法、処理順序決定プログラム、及び処理計画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は再処理施設における使用済み燃料の処理の流れを示すフローである。
加圧水型原子炉（ＰＷＲ）および沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）など原子力発電プラントより受け入れられた使用済み燃料は貯蔵され（Ｓ８１）、せん断（Ｓ８２）、溶解（Ｓ８３）、清澄（Ｓ８４）、計量・調整（Ｓ８５）の各工程を経て、共除染・分配工程（Ｓ８６）でプルトニウム（Ｐｕ）溶液とウラン溶液に分配される。これらウラン、Ｐｕ溶液はそれぞれ、精製（Ｓ８７、Ｓ８８）、濃縮され（Ｓ８９、Ｓ９０）、転換工程を経てウランおよびＭＯＸ製品として貯蔵される（Ｓ９１）。
【０００３】
この再処理で、せん断工程（Ｓ８２）までは、燃料は燃料集合体（例えば燃料棒の束、バンドル）の形態であり、この集合体単位で順次処理される。また、計量・調整工程（Ｓ８５）では、計量槽に、例えば５ｔＵの燃料が入れられて、バッチ処理される。
【０００４】
この処理は通常、年間を２〜３に分けた期間および月間に計画され、これらはそれぞれキャンペーン、サブキャンペーンと呼ばれている。サブキャンペーンでは、（１日当たりの処理量）×（月間の稼動日数）の処理がなされる。
【０００５】
この再処理工程ではＰＷＲやＢＷＲなど種々の燃料が受け入れられる。このとき燃料を所有している電力会社のどの原子炉で燃焼した燃料か、あるいは燃料の長さ・サイズが異なることからこれらをせん断する治具について区別して処理する必要がある。
【０００６】
さらに再処理施設で処理される使用済み燃料には、これまでの燃焼経歴により種々の燃焼度、ウラン２３５残留濃縮度、Ｐｕ組成のものがある。しかし、処理施設の発熱の抑制および臨界の防止による安全確保のため、これら燃焼度、ウラン２３５残留濃縮度、Ｐｕ組成等には制限があり、これを守った再処理計画を立てることが必要とされている。
【０００７】
例えば、再処理施設内の機器の温度は、処理する燃料からの崩壊熱が高いほど上昇することになり、崩壊熱は燃料の燃焼度が高いほど大きいという特徴がある。すなわち、燃焼度の高い崩壊熱が大きい燃料を処理する場合は、発熱量を抑えるため、次に、発熱の小さい、燃焼度の低い燃料を処理する必要がある。
【０００８】
さらに、処理途中に核的に臨界にならないことの制限からウランの残留濃縮度、240Ｐｕの組成およびＰｕの総量について制限がある。残留濃縮度が大きいほどその体系は臨界になりやすく、Ｐｕの中でも240Ｐｕ以外の239Ｐｕなどの割合が大きいほど臨界になりやすいことがある。また、燃料に含まれるＰｕの量が大きいほど核反応の確率が増え体系は臨界になりやすい。
これらについては再処理事業指定申請書により制限が示されており、これらの主要な制限値をまとめると以下のようになる。
【０００９】
［制限１］ １日当たり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度≦４５，０００ＭＷｄ/ｔＵ。ここで、ｔＵは照射前金属ウラン重量換算値である。
［制限２］ １日当たり再処理するＰｕ量≦５４ｋｇ
［制限３］ 計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度≦１．６ｗｔ％。ここで、計量槽１バッチは通常５ ｔＵ程度の容量がある。計量槽１バッチは例えば５ｔＵとしたとき沸騰水型燃料では１バンドル当たり ０．２ｔＵ程度あるため計量槽１バッチは２５から３０体の燃料バンドルに相当する。
［制限４］ 計量槽１バッチ当たりの240Ｐｕ組成≧１７ｗｔ％
【００１０】
ここで、［制限１］と［制限２］の制限は１日当たりの処理量に対するものであるため、１日当たりに平均化した場合の平均値が制約の対象になる。［制限３］と［制限４］は計量槽１バッチ当たりについてであり、計量槽１バッチ当たり、例えば沸騰水型原子炉用燃料の場合、２５から３０体の燃料バンドルについての平均値が制約の対象になる。
【００１１】
また、臨界の監視は、特開２００１−９１６８６号公報「再処理施設の運転計画方法および運転管理方法」に記載されているように、対象とする機器のＰｕ濃度を中性子計数率で監視し警報を発生する。ただし、対象燃料により計数率は変動し、全ての条件でＰｕ濃度を監視することになる場合、再処理施設の設備利用率は低下する。この設備利用率の低下を防ぐためには、初期の処理計画から計数率を予測し処理計画を修正し、計数率の表示から対象機器のＰｕ濃度を求めＰｕ濃度および計数率の時間変化も予測し適切な運転管理が必要となる。すなわち、中性子モニタの読み値を運転計画の段階で把握、予測する必要があり中性子モニタの読み値は運転上の制限となる。
【００１２】
したがって、
［制限５］ 中性子モニタの読み値が制限以内
を考慮する必要がある。
【００１３】
これら燃料の再処理工程の計画管理のシステムとしては例えば、杉山俊英ほか「再処理工場運転支援システムの開発」動燃技報 No.76, pp.86-95,1990.12などが知られている。このシステムではプロセスを管理するコンピュータにより各工程のデータを入力し運転状況の把握をするものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来、運転計画を立案するにあたって処理燃料組成や溶液に関する種々の制限を考慮して計画を事前に立てるようなシステムはなかった。
本発明はこのような事情に対してなされたもので、上述のような種々の安全上の制約条件を事前に予測し運転計画を立てることにより運転の安全を確保し、経済性および信頼性を向上した再処理施設の運転方法、計画立案方法およびそのための装置等を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するものであって、請求項１の発明は、原子炉で使用された複数の使用済み燃料集合体を集合体ごとにせん断処理する順次工程と、前記順次工程の後に複数の集合体分をまとめて計量・調整するバッチ工程とを含み、前記燃料集合体１体ごとに、所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値からなる集合体評価指標をそれぞれの制限値と比較評価して、集合体処理順序を決定する原子炉燃料再処理方法において、前記平均燃焼度の高い集合体が連続しないように集合体処理順序を仮に決定する仮決定ステップと、前記集合体処理順序で処理した場合に、前記所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度が制限値を超える場合には、当該平均燃焼度が当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更する調整ステップと、前記仮決定ステップ及び調整ステップで決定した前記集合体処理順序で処理した場合に、前記バッチ工程での１バッチ当たりに処理する複数の燃料集合体について、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値がそれぞれの制限値を超えるかどうかを判断し、制限値を超える場合は当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更するバッチ内調整ステップと、を有すること、を特徴とする。
【００１６】
請求項１の発明によれば、燃料の再処理時に安全上の各種の制約条件に対しての余裕の厳しい燃料も平均的な安全余裕を緩和することができ、安全性・経済性を向上させることができる。
【００２２】
また、請求項５の発明は、原子炉で使用された複数の使用済み燃料集合体を集合体ごとにせん断処理する順次工程と、前記順次工程の後に複数の集合体分をまとめて計量・調整するバッチ工程とを含み、前記燃料集合体１体ごとに、所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値からなる集合体評価指標をそれぞれの基準値と比較評価して、集合体処理順序を決定する集合体処理順序の決定方法において、前記平均燃焼度の高い集合体が連続しないように集合体処理順序を仮に決定する仮決定ステップと、前記集合体処理順序で処理した場合に、前記所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度が制限値を超える場合には、当該平均燃焼度が当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更する調整ステップと、前記仮決定ステップ及び調整ステップで決定した前記集合体処理順序で処理した場合に、前記バッチ工程での１バッチ当たりに処理する複数の燃料集合体について、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値がそれぞれの制限値を超えるかどうかを判断し、制限値を超える場合は当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更するバッチ内調整ステップと、を有すること、を特徴とする。
【００２３】
請求項５の発明によれば、燃料の再処理時に安全上の各種の制約条件に対しての余裕の厳しい燃料も平均的な安全余裕を緩和することができ、安全性・経済性を向上させることができる。
【００２５】
また、請求項７の発明に係る処理順序を決定するプログラムは、原子炉で使用された複数の使用済み燃料集合体を集合体ごとにせん断処理する順次手段と、前記順次手段の後に複数の集合体分をまとめて計量・調整するバッチ手段とを含み、前記燃料集合体１体ごとに、所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値からなる集合体評価指標をそれぞれの基準値と比較評価して、集合体処理順序を決定するようにコンピュータを機能させるためのプログラムであって、前記プログラムはコンピュータを、前記平均燃焼度の高い集合体が連続しないように集合体処理順序を仮に決定する仮決定手段と、前記集合体処理順序で処理した場合に、前記所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度が制限値を超える場合には、当該平均燃焼度が当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更する調整手段と、前記仮決定ステップ及び調整ステップで決定した前記集合体処理順序で処理した場合に、前記バッチ工程での１バッチ当たりに処理する複数の燃料集合体について、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値がそれぞれの制限値を超えるかどうかを判断し、制限値を超える場合は当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更するバッチ内調整手段として機能させることを特徴とする。
【００２６】
請求項７の発明によれば、燃料の再処理時に安全上の各種の制約条件に対しての余裕の厳しい燃料も平均的な安全余裕を緩和することができ、安全性・経済性を向上させることができる。
【００２７】
また、請求項８の発明は、原子炉で使用した各燃料集合体の燃料特性データと、燃料再処理に際しての所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値からなる集合体評価指標とそれぞれの制限値からなるデータと、前記制限値からの余裕を含む燃料再処理の目標データとを入力するデータ入力装置と、これらデータを表示する表示装置と、データの選択信号を入力する選択信号入力装置と、これら表示装置および選択信号入力装置を制御する表示入力制御装置と、燃料特性データと選択信号入力装置からの選択データを入力してデータを選択するデータ選択装置と、制限値を超える燃料集合体の有無を判定する要注意集合体判定装置と、要注意集合体がある場合に集合体処理順序を並べ替える集合体処理順序並べ替え装置と、計画された燃料が処理可能かを確認し表示する確認装置と、を有することを特徴とする。
【００２８】
請求項８の発明によれば、燃料の再処理時に安全上の各種の制約条件に対しての余裕の厳しい燃料も平均的な安全余裕を緩和することができ、安全性・経済性を向上させることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
初めに、本発明による原子炉燃料再処理計画装置の一実施形態を説明する。図１において、データ読込み装置１は、各燃料バンドルの燃料特性に関する燃料特性データ２と、燃料処理の制限値（基準値）となる制限値（基準値）データ３と、燃料処理の制限値（基準値）からの余裕を含む燃料処理の目標データ４とを読み込む。データ読込み装置１に入力された内容は、表示入力装置１０を介して表示装置１１に表示される。
【００３６】
燃料特性データ２には、図２に示すように所属していた原子炉のデータと、燃料バンドルの燃焼度、残留濃縮度、240Ｐｕ組成（240Ｐｕの全プルトニウムに対する重量割合）、Ｐｕ量、核分裂生成物組成、核分裂生成物量などが含まれている。
【００３７】
次に、データ選択装置５で、読み込まれたデータから燃料の種別と量を集計し、リストアップし、処理すべき燃料を選択する。ここで、選択信号入力装置１２を介して選択信号が入力される。そして、燃料処理順序並べ替え前処理装置６で、選択した燃料について制約値が平均的になるよう並べ替える。
【００３８】
次に、要注意燃料判定装置７で、各燃料について基準値を超える燃料があるかどうかを判定する。ここで、基準値を超えると判定された燃料は、その処理の順序や方法などに注意を要する。そのため、このような要注意燃料がある場合には、燃料処理順序並べ替え装置８で、制約条件を確認して並べ替え、制約条件を満足するよう再配列する。最後に処理することが適当であるかどうかを確認装置９で確認して、この確認結果を、表示入力装置１０を介して表示装置１１に表示する。
【００３９】
これらの計画立案手順は燃料処理の例えば半年間の計画（キャンペーン計画）とキャンペーン計画を構成する例えば１箇月ごとのサブ計画（サブキャンペーン計画）から成っており、それぞれについて以下に示す。
【００４０】
初めに、年間処理計画の立案のため、図３に示すような在庫燃料表示画面を表示装置１１（図１）に示す。例えば、冷却４年以上の燃料在庫量が表示される。
この在庫量の表示画面では電力会社名ごとに炉単位で可燃性毒物としてのガドリニア（Ｇｄ）の注入の必要な燃料とＧｄ注入の不要な燃料について在庫がｔＵ単位で表示されている。燃料の種類はＰＷＲとＢＷＲの２種類である。ＰＷＲの場合は燃料のタイプにより燃料横転クレーン治具が３種類あり、これにより処理の単位が分かれるためこれらを区別して表示する。また、所有者でＰＷＲとＢＷＲの両者を持っている場合はこれらを区別して表示している。
【００４１】
次に、図４のように、各社のそれぞれの炉についての処理目標値を入力して処理対象とする燃料種類を入力する。このとき処理目標値の合計は年間の処理量となるようにする。これらの入力は選択信号入力装置１２から行う。入力された信号はデータ選択装置５に送られ、どの炉の燃料を処理するかが判断されデータが選択される。
年間の処理計画が決まった後はせん断治具の交換などのタイミングにより、これを部分的な計画に分け部分計画（サブキャンペーン計画）の立案をする。
【００４２】
部分計画のロジックを示すと以下のようになる。ここで、サブキャンペーンの量をＸSUBｔＵとする。初めに、データ選択装置５で選択された処理すべき燃料について、燃料処理順序並べ替え前処理装置６において、燃焼度の制限を考慮して平均の燃焼度が平坦になるよう燃料の組み合わせを行う。在庫の燃料より燃焼度の低いバンドルと高いバンドルを一つずつ持ってきて交互に組み合わせ平均燃焼度の平坦化をする。この組み合わせによっても制限を満足しない場合には、各制限値ごとについてバンドルを入れ替えて制限値を満足する組み合わせを求める。
【００４３】
このとき制限値の代わりに制限値の誤差などを考慮して制限値に余裕を含めた目標値データを組み合わせて、余裕のある計画を立案するようにしても良い。 １日平均燃焼度の制限条件に注目した場合のサブキャンペーン計画ロジックは、図５のフローに示す流れをとる。
【００４４】
［ステップ１］ 初めに、全在庫の個別燃料について、安全余裕が比較的小さく要注意燃料を含む炉をリストアップする。すなわち、図６に示すフローのように、要注意燃料判定装置７で判定された、個別の燃料単位で安全評価指標の基準値を超えている要注意燃料を探し出し、その燃料が含まれている炉をリストアップし、要注意燃料の数を記録して処理する炉の順序に優先度を付ける（Ｓ１−２）。このとき、優先度の付け方は残留濃縮度や240Ｐｕ組成の基準値を優先することにしても良い。
［ステップ２］ 次に、一つの炉でＸSUBｔＵ以上確保可能か判定する（Ｓ２）。
【００４５】
［ステップ３］ 一つの炉でＸSUBｔＵ以上確保可能な場合には対象とする炉の在庫燃料から燃焼度の低いバンドルと高いバンドルから１体ずつ順に選びＸSUBｔＵで区切り並べる（Ｓ３）。
【００４６】
［ステップ４］ これらＸSUBｔＵ単位に対して、個別燃料ごとに基準条件の評価をする（Ｓ４）。基準条件は、
（１）燃焼度≦４５，０００ＭＷｄ/ｔＵ、
（２）ウラン残留濃縮度≦１．６ｗｔ％、
（３）240Ｐｕ組成≧１７ｗｔ％、
（４）安全系中性子モニタの制限、
（５）１バンドル当たりのＰｕ量≦５４／４（Ｋｇ／ｔＵ）、
である。ここで、（５）については、各バンドルが（５）の条件を満たせば、１日当たりの処理量４ｔＵの燃料に対するＰｕ量の制限を満たすこととなる。
このＸSUBｔＵの中の全ての燃料が制限条件を満足している場合にはこのままの組み合わせでサブキャンペーンを構成する。
【００４７】
［ステップ５］ この基準条件を満足しないいわゆる要注意燃料がある場合には基準条件を確認し、燃料処理順序並べ替え装置８にて燃料を並べ替える（Ｓ５）。この燃料の並べ替えのロジックを図７、８に示す。このロジックでは、以下の実際の制限条件により評価する。すなわち制限条件は、
（１）１日当たり処理する燃料の平均燃焼度≦４５，０００ＭＷｄ/ｔＵ、
（２）計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度≦１．６ｗｔ％、
（３）計量槽１バッチ当たり240Ｐｕ組成≧１７ｗｔ％、
（４）安全系中性子モニタの制限、
（５）１日当たり処理するＰｕ量≦５４Ｋｇ、
である。
【００４８】
［ステップ５−１］ ここで、上記制限条件の（１）に示した１日平均燃焼度に注目すると、初めに燃焼度の低いバンドルと高いバンドルから１バンドルずつ持ってきて組み合わせるため、図９の（２）に示すように２バンドルのユニットを作り、２バンドル平均が制限値を満足すれば、１日平均の燃焼度の制限も満足することになる。２バンドルのユニットで制限値を満足しない場合には、図９の（３）のように３、４、…、Ｎバンドルのユニットを作り、Ｎバンドル平均が制限条件を満足すればよい（Ｓ５−１）。ここで、Ｎは１日に処理するバンドル数以下とする。
このときのバンドル数は、１日の処理量をＸ1ｔＵ、１バンドルのウラン重量をＸB1ｔＵとすると、Ｘ1 ／ＸB1で与えられる。
【００４９】
この組み合わせによっても１日平均燃焼度の制限を満足しない場合にはステップ２に戻り、対象燃料の範囲を広げ再計画をする。例えば、これまでＸSUBｔＵの中の在庫で検索していたものをＸSUB＋１０ｔＵ中で検索して再計画する。
【００５０】
［ステップ５−２］ 次に、上記制限条件の（２）に示したウラン残留濃縮度の制限については、図７に示すように計量槽１バッチ当たりの残留濃縮度が１．６ｗｔ％以上である場合にはその原因となる残留濃縮度の高いバンドルを探し出し、図１０に示すように、燃焼度の制限を満足する組み合わせの中で残留濃縮度が平坦となるよう残留濃縮度の低いバンドルと高いバンドルを組み合わせる。 平均燃焼度を満足させかつ、残留濃縮度の制限を満足させることが困難な場合は、ステップ５−１と同様に対象燃料の範囲を広げて再計画をする。
【００５１】
［ステップ５−３〜ステップ５−５］ 次に、ステップ５−３〜ステップ５−５（Ｓ５−３〜５）として、上記制限条件の（３）〜（５）に示した、計量槽１バッチ当たりの240Ｐｕ組成、および安全系中性子モニタの制限１日当たりのＰｕ量についても同様に処理することになる。安全系中性子モニタの制限については計量槽１バッチごとの中性子発生率Ｎｂを求め、これを中性子モニタ読み値に変換し評価する。
【００５２】
平均燃焼度を満足させ、かつ、残留濃縮度の制限、計量槽１バッチ当たりの240Ｐｕ組成の制限、安全系中性子モニタの制限、１日当たりのＰｕ量の各制限についてもこれらを満足させることが困難な場合は、ステップ５−１と同様に対象燃料の範囲を広げて再計画をする。
【００５３】
［ステップ６］ このＸSUBｔＵ内で確保できる場合には、サブキャンペーンの燃料処理順序を表示し、人間系による確認をする。確認の結果、特に問題がなければ次のサブキャンペーンの計画に移る（図５、Ｓ６）。このとき対象とする炉の在庫量の残りがＸSUBｔＵ以下である場合には新たに炉を選択する。ＸSUBｔＵ以上である場合には同一の炉で次のサブキャンペーンの計画をすることになる。
【００５４】
また、次の炉の選択において一つの炉でＸSUBｔＵ確保可能でない場合には、同じ電力会社で同治具のもう一つの炉を選択してＸSUBｔＵ以上確保可能か判定する。二つの炉でＸSUBｔＵ確保可能な場合には、一つの炉でＸSUBｔＵ確保可能な場合と同じようにサブキャンペーンの計画をする。
【００５５】
このとき、組み合わせる炉の数は２以下とする。余りを組み合わせてもＸSUBｔＵ以上にならない場合にはサブキャンペーンと残り燃料を表示してキャンペーン計画を終了する。
【００５６】
処理対象燃料を燃焼度順に並べたグラフを図１１に示す。横軸はバンドルの番号である。各縦棒は、図１１（ａ）では各バンドルの燃焼度、図１１（ｂ）では各バンドルの残留濃縮度を示している。折れ線は、それぞれ、１日当たりの平均燃焼度および計量槽１バッチ当たりの残留濃縮度である。
【００５７】
ここに、図１１（ａ）の１日当たりの平均燃焼度は、１日の処理量４ｔＵすなわち約１１体の燃料バンドルの平均を表し、グラフは、対象バンドルより約１１体前からの平均値を表したものである。また、図１１（ｂ）の計量槽１バッチ当たりの残留濃縮度は、１バッチの処理量５ｔＵすなわち約１３体の燃料バンドルの平均を表し、グラフは、対象バンドルより約１３体前からの平均値を表したものである。図１１（ａ）では、最後の数十体が制限値４５ＧＷｄ/ｔＵ 以上となっている。
【００５８】
燃焼度について、最小側および最大側から順次一体ずつ取り出して並べ替えた結果を図１２に示す。横軸は処理順序を示している。また、図１２には、この並べ替えた燃料について、１日平均燃焼度と計量槽１バッチ当たりの残留濃縮度を折れ線で示してある。図１２（ａ）に示すように，燃焼度については、最小側および最大側から一体ずつ取り出して並べ替えたことで、燃焼度の制限を満足していることがわかる。
【００５９】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明による原子炉燃料再処理方法の第２の実施の形態を説明する。ただし，上記第１の実施の形態と同様の部分は説明を省略する。この再処理方法は、制約条件が厳しいと考えられる残留濃縮度と240Ｐｕ組成の制限を考慮して平均の残留濃縮度の平坦化を行い、次に燃焼度の制限を考慮して平均燃焼度の平坦化を行うものである。
【００６０】
在庫の燃料より残留濃縮度および240Ｐｕ組成の高い燃料を選び出しこれがサブキャンペーン内に均等に分布するよう配置する。そして燃焼度の低いバンドルと高いバンドルを順次一つずつ持ってきて交互に組み合わせ、平均燃焼度の平坦化をする。残留濃縮度について均等に分配する方法を図１３に示す。この組み合わせによっても制限を満足しない場合には各制限値ごとについてバンドルの入替え制限値を満足する組み合わせを求める。
【００６１】
この残留濃縮度および240Ｐｕ組成の大きいバンドルを初めに注目し処理するロジックのフローを図１４に示す。制約条件が厳しいと考えられる残留濃縮度と240Ｐｕ組成の制限を考慮して平均の残留濃縮度の平坦化を行い、次に燃焼度の制限を考慮して平均燃焼度の平坦化を行う。初めのステップで残留濃縮度と240Ｐｕ組成の制限を考慮して並び替えをするロジックの処理手順を以下に示す。
【００６２】
［ステップ１］ 第１の実施の形態と同様に、初めに全在庫の個別燃料について安全性の面で条件の厳しい燃料を含む炉をリストアップする。
［ステップ２］ 次に一つの炉でＸSUBｔＵ以上確保可能か判定する。
［ステップ３−１］ 一つの炉でＸSUBｔＵ以上確保可能な場合には、在庫の燃料より残留濃縮度および240Ｐｕ組成の高い燃料を選び出し、これがサブキャンペーン内に均等に分布するよう配置する。
【００６３】
すなわち、残留濃縮度の大きいバンドル数は多くないことから、残留濃縮度の大きいバンドルを初めに選び出し、これを計量槽１バッチの単位（ＸBATCHｔＵ)ごとにばらまき残留濃縮度の大きなバンドルが全体に平均して分布するように並べ替える。これによって初めに残留濃縮度の制限を緩和しておく。
［ステップ３−２］ 燃焼度の低いバンドルと高いバンドルを一つずつ持ってきて交互に組み合わせ、平均燃焼度の平坦化をする。
【００６４】
［ステップ４〜ステップ６］ 第１の実施の形態のステップ４〜ステップ６と同様の処理を行うことにより、他の制約条件も満足化する。
これらは、［制限１］から［制限５］に示すような安全上の制限値を満足するように計画されるが、データの精度などを考慮して安全制限値よりも厳しい管理目標値を導入して、安全制限値の代わりに管理目標値で計画を立てることも考えられる。この場合、より安全が確保できる。
【００６５】
また、燃焼度、ウラン２３５の残留濃縮度、プルトニウム２４０の全プルトニウムの重量に対する組成比およびプルトニウム重量として各運転された原子炉で管理された値だけでなく、燃焼度のモニタあるいはせん断溶解された溶液からの計測データを用いることも考えられる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料の再処理時に安全上の各種の制約条件に対しての余裕の厳しい燃料も適切に混合・組み合わせることで平均的な安全余裕を緩和することができ、安全性・経済性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料処理計画装置の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１の燃料特性データの例を示す表。
【図３】図１の表示装置に表示する燃料の処理計画の抽出画面の例。
【図４】図４の画面への処理目標の入力の例。
【図５】本発明に係る燃料処理順序決定方法の第１の実施の形態におけるサブキャンペーンの立案フローを示すフロー図。
【図６】図５のフロー図における炉の選択フローの詳細を示すフロー図。
【図７】図５のフロー図における制限値の確認と燃料の並べ替えフローの前半を示すフロー図。
【図８】図７に続く後半を示すフロー図。
【図９】図７のステップ５-１における燃焼度の平坦化方法を示す説明図。
【図１０】図７のステップ５-２における残留濃縮度の満足化方法を示す説明図。
【図１１】本発明の処理対象となる燃料データの例を示すグラフ。
【図１２】本発明の第１の実施の形態による燃焼度の平坦化の例を説明するグラフ。
【図１３】本発明の第２の実施の形態による残留濃縮度の満足化方法の例を説明するグラフ。
【図１４】本発明に係る燃料処理順序決定方法の第２の実施の形態におけるサブキャンペーンの立案フローを示すフロー図。
【図１５】再処理工程を示すフロー図。
【符号の説明】
１…データ読込み装置、２…燃料特性データ、３…制限値（基準値）データ、４…目標データ、５…データ選択装置、６…燃料処理順序並べ替え前処理装置、７…要注意燃料判定装置、８…燃料処理順序並べ替え装置、９…確認装置、１０…表示入力装置、１１…表示装置、１２…選択信号入力装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉燃料再処理方法に係り、特に、再処理方法、処理順序決定方法、処理順序決定プログラム、及び処理計画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は再処理施設における使用済み燃料の処理の流れを示すフローである。
加圧水型原子炉（ＰＷＲ）および沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）など原子力発電プラントより受け入れられた使用済み燃料は貯蔵され（Ｓ８１）、せん断（Ｓ８２）、溶解（Ｓ８３）、清澄（Ｓ８４）、計量・調整（Ｓ８５）の各工程を経て、共除染・分配工程（Ｓ８６）でプルトニウム（Ｐｕ）溶液とウラン溶液に分配される。これらウラン、Ｐｕ溶液はそれぞれ、精製（Ｓ８７、Ｓ８８）、濃縮され（Ｓ８９、Ｓ９０）、転換工程を経てウランおよびＭＯＸ製品として貯蔵される（Ｓ９１）。
【０００３】
この再処理で、せん断工程（Ｓ８２）までは、燃料は燃料集合体（例えば燃料棒の束、バンドル）の形態であり、この集合体単位で順次処理される。また、計量・調整工程（Ｓ８５）では、計量槽に、例えば５ｔＵの燃料が入れられて、バッチ処理される。
【０００４】
この処理は通常、年間を２〜３に分けた期間および月間に計画され、これらはそれぞれキャンペーン、サブキャンペーンと呼ばれている。サブキャンペーンでは、（１日当たりの処理量）×（月間の稼動日数）の処理がなされる。
【０００５】
この再処理工程ではＰＷＲやＢＷＲなど種々の燃料が受け入れられる。このとき燃料を所有している電力会社のどの原子炉で燃焼した燃料か、あるいは燃料の長さ・サイズが異なることからこれらをせん断する治具について区別して処理する必要がある。
【０００６】
さらに再処理施設で処理される使用済み燃料には、これまでの燃焼経歴により種々の燃焼度、ウラン２３５残留濃縮度、Ｐｕ組成のものがある。しかし、処理施設の発熱の抑制および臨界の防止による安全確保のため、これら燃焼度、ウラン２３５残留濃縮度、Ｐｕ組成等には制限があり、これを守った再処理計画を立てることが必要とされている。
【０００７】
例えば、再処理施設内の機器の温度は、処理する燃料からの崩壊熱が高いほど上昇することになり、崩壊熱は燃料の燃焼度が高いほど大きいという特徴がある。すなわち、燃焼度の高い崩壊熱が大きい燃料を処理する場合は、発熱量を抑えるため、次に、発熱の小さい、燃焼度の低い燃料を処理する必要がある。
【０００８】
さらに、処理途中に核的に臨界にならないことの制限からウランの残留濃縮度、240Ｐｕの組成およびＰｕの総量について制限がある。残留濃縮度が大きいほどその体系は臨界になりやすく、Ｐｕの中でも240Ｐｕ以外の239Ｐｕなどの割合が大きいほど臨界になりやすいことがある。また、燃料に含まれるＰｕの量が大きいほど核反応の確率が増え体系は臨界になりやすい。
これらについては再処理事業指定申請書により制限が示されており、これらの主要な制限値をまとめると以下のようになる。
【０００９】
［制限１］ １日当たり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度≦４５，０００ＭＷｄ/ｔＵ。ここで、ｔＵは照射前金属ウラン重量換算値である。
［制限２］ １日当たり再処理するＰｕ量≦５４ｋｇ
［制限３］ 計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度≦１．６ｗｔ％。ここで、計量槽１バッチは通常５ ｔＵ程度の容量がある。計量槽１バッチは例えば５ｔＵとしたとき沸騰水型燃料では１バンドル当たり ０．２ｔＵ程度あるため計量槽１バッチは２５から３０体の燃料バンドルに相当する。
［制限４］ 計量槽１バッチ当たりの240Ｐｕ組成≧１７ｗｔ％
【００１０】
ここで、［制限１］と［制限２］の制限は１日当たりの処理量に対するものであるため、１日当たりに平均化した場合の平均値が制約の対象になる。［制限３］と［制限４］は計量槽１バッチ当たりについてであり、計量槽１バッチ当たり、例えば沸騰水型原子炉用燃料の場合、２５から３０体の燃料バンドルについての平均値が制約の対象になる。
【００１１】
また、臨界の監視は、特開２００１−９１６８６号公報「再処理施設の運転計画方法および運転管理方法」に記載されているように、対象とする機器のＰｕ濃度を中性子計数率で監視し警報を発生する。ただし、対象燃料により計数率は変動し、全ての条件でＰｕ濃度を監視することになる場合、再処理施設の設備利用率は低下する。この設備利用率の低下を防ぐためには、初期の処理計画から計数率を予測し処理計画を修正し、計数率の表示から対象機器のＰｕ濃度を求めＰｕ濃度および計数率の時間変化も予測し適切な運転管理が必要となる。すなわち、中性子モニタの読み値を運転計画の段階で把握、予測する必要があり中性子モニタの読み値は運転上の制限となる。
【００１２】
したがって、
［制限５］ 中性子モニタの読み値が制限以内
を考慮する必要がある。
【００１３】
これら燃料の再処理工程の計画管理のシステムとしては例えば、杉山俊英ほか「再処理工場運転支援システムの開発」動燃技報 No.76, pp.86-95,1990.12などが知られている。このシステムではプロセスを管理するコンピュータにより各工程のデータを入力し運転状況の把握をするものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来、運転計画を立案するにあたって処理燃料組成や溶液に関する種々の制限を考慮して計画を事前に立てるようなシステムはなかった。
本発明はこのような事情に対してなされたもので、上述のような種々の安全上の制約条件を事前に予測し運転計画を立てることにより運転の安全を確保し、経済性および信頼性を向上した再処理施設の運転方法、計画立案方法およびそのための装置等を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するものであって、請求項１の発明は、原子炉で使用された複数の使用済み燃料集合体を集合体ごとにせん断処理する順次工程と、前記順次工程の後に複数の集合体分をまとめて計量・調整するバッチ工程とを含み、前記燃料集合体１体ごとに、所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値からなる集合体評価指標をそれぞれの制限値と比較評価して、集合体処理順序を決定する原子炉燃料再処理方法において、前記平均燃焼度の高い集合体が連続しないように集合体処理順序を仮に決定する仮決定ステップと、前記集合体処理順序で処理した場合に、前記所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度が制限値を超える場合には、当該平均燃焼度が当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更する調整ステップと、前記仮決定ステップ及び調整ステップで決定した前記集合体処理順序で処理した場合に、前記バッチ工程での１バッチ当たりに処理する複数の燃料集合体について、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値がそれぞれの制限値を超えるかどうかを判断し、制限値を超える場合は当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更するバッチ内調整ステップと、を有すること、を特徴とする。
【００１６】
請求項１の発明によれば、燃料の再処理時に安全上の各種の制約条件に対しての余裕の厳しい燃料も平均的な安全余裕を緩和することができ、安全性・経済性を向上させることができる。
【００２２】
また、請求項５の発明は、原子炉で使用された複数の使用済み燃料集合体を集合体ごとにせん断処理する順次工程と、前記順次工程の後に複数の集合体分をまとめて計量・調整するバッチ工程とを含み、前記燃料集合体１体ごとに、所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値からなる集合体評価指標をそれぞれの基準値と比較評価して、集合体処理順序を決定する集合体処理順序の決定方法において、前記平均燃焼度の高い集合体が連続しないように集合体処理順序を仮に決定する仮決定ステップと、前記集合体処理順序で処理した場合に、前記所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度が制限値を超える場合には、当該平均燃焼度が当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更する調整ステップと、前記仮決定ステップ及び調整ステップで決定した前記集合体処理順序で処理した場合に、前記バッチ工程での１バッチ当たりに処理する複数の燃料集合体について、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値がそれぞれの制限値を超えるかどうかを判断し、制限値を超える場合は当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更するバッチ内調整ステップと、を有すること、を特徴とする。
【００２３】
請求項５の発明によれば、燃料の再処理時に安全上の各種の制約条件に対しての余裕の厳しい燃料も平均的な安全余裕を緩和することができ、安全性・経済性を向上させることができる。
【００２５】
また、請求項７の発明に係る処理順序を決定するプログラムは、原子炉で使用された複数の使用済み燃料集合体を集合体ごとにせん断処理する順次手段と、前記順次手段の後に複数の集合体分をまとめて計量・調整するバッチ手段とを含み、前記燃料集合体１体ごとに、所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値からなる集合体評価指標をそれぞれの基準値と比較評価して、集合体処理順序を決定するようにコンピュータを機能させるためのプログラムであって、前記プログラムはコンピュータを、前記平均燃焼度の高い集合体が連続しないように集合体処理順序を仮に決定する仮決定手段と、前記集合体処理順序で処理した場合に、前記所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度が制限値を超える場合には、当該平均燃焼度が当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更する調整手段と、前記仮決定ステップ及び調整ステップで決定した前記集合体処理順序で処理した場合に、前記バッチ工程での１バッチ当たりに処理する複数の燃料集合体について、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値がそれぞれの制限値を超えるかどうかを判断し、制限値を超える場合は当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更するバッチ内調整手段として機能させることを特徴とする。
【００２６】
請求項７の発明によれば、燃料の再処理時に安全上の各種の制約条件に対しての余裕の厳しい燃料も平均的な安全余裕を緩和することができ、安全性・経済性を向上させることができる。
【００２７】
また、請求項８の発明は、原子炉で使用した各燃料集合体の燃料特性データと、燃料再処理に際しての所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値からなる集合体評価指標とそれぞれの制限値からなるデータと、前記制限値からの余裕を含む燃料再処理の目標データとを入力するデータ入力装置と、これらデータを表示する表示装置と、データの選択信号を入力する選択信号入力装置と、これら表示装置および選択信号入力装置を制御する表示入力制御装置と、燃料特性データと選択信号入力装置からの選択データを入力してデータを選択するデータ選択装置と、制限値を超える燃料集合体の有無を判定する要注意集合体判定装置と、要注意集合体がある場合に集合体処理順序を並べ替える集合体処理順序並べ替え装置と、計画された燃料が処理可能かを確認し表示する確認装置と、を有することを特徴とする。
【００２８】
請求項８の発明によれば、燃料の再処理時に安全上の各種の制約条件に対しての余裕の厳しい燃料も平均的な安全余裕を緩和することができ、安全性・経済性を向上させることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
初めに、本発明による原子炉燃料再処理計画装置の一実施形態を説明する。図１において、データ読込み装置１は、各燃料バンドルの燃料特性に関する燃料特性データ２と、燃料処理の制限値（基準値）となる制限値（基準値）データ３と、燃料処理の制限値（基準値）からの余裕を含む燃料処理の目標データ４とを読み込む。データ読込み装置１に入力された内容は、表示入力装置１０を介して表示装置１１に表示される。
【００３６】
燃料特性データ２には、図２に示すように所属していた原子炉のデータと、燃料バンドルの燃焼度、残留濃縮度、240Ｐｕ組成（240Ｐｕの全プルトニウムに対する重量割合）、Ｐｕ量、核分裂生成物組成、核分裂生成物量などが含まれている。
【００３７】
次に、データ選択装置５で、読み込まれたデータから燃料の種別と量を集計し、リストアップし、処理すべき燃料を選択する。ここで、選択信号入力装置１２を介して選択信号が入力される。そして、燃料処理順序並べ替え前処理装置６で、選択した燃料について制約値が平均的になるよう並べ替える。
【００３８】
次に、要注意燃料判定装置７で、各燃料について基準値を超える燃料があるかどうかを判定する。ここで、基準値を超えると判定された燃料は、その処理の順序や方法などに注意を要する。そのため、このような要注意燃料がある場合には、燃料処理順序並べ替え装置８で、制約条件を確認して並べ替え、制約条件を満足するよう再配列する。最後に処理することが適当であるかどうかを確認装置９で確認して、この確認結果を、表示入力装置１０を介して表示装置１１に表示する。
【００３９】
これらの計画立案手順は燃料処理の例えば半年間の計画（キャンペーン計画）とキャンペーン計画を構成する例えば１箇月ごとのサブ計画（サブキャンペーン計画）から成っており、それぞれについて以下に示す。
【００４０】
初めに、年間処理計画の立案のため、図３に示すような在庫燃料表示画面を表示装置１１（図１）に示す。例えば、冷却４年以上の燃料在庫量が表示される。
この在庫量の表示画面では電力会社名ごとに炉単位で可燃性毒物としてのガドリニア（Ｇｄ）の注入の必要な燃料とＧｄ注入の不要な燃料について在庫がｔＵ単位で表示されている。燃料の種類はＰＷＲとＢＷＲの２種類である。ＰＷＲの場合は燃料のタイプにより燃料横転クレーン治具が３種類あり、これにより処理の単位が分かれるためこれらを区別して表示する。また、所有者でＰＷＲとＢＷＲの両者を持っている場合はこれらを区別して表示している。
【００４１】
次に、図４のように、各社のそれぞれの炉についての処理目標値を入力して処理対象とする燃料種類を入力する。このとき処理目標値の合計は年間の処理量となるようにする。これらの入力は選択信号入力装置１２から行う。入力された信号はデータ選択装置５に送られ、どの炉の燃料を処理するかが判断されデータが選択される。
年間の処理計画が決まった後はせん断治具の交換などのタイミングにより、これを部分的な計画に分け部分計画（サブキャンペーン計画）の立案をする。
【００４２】
部分計画のロジックを示すと以下のようになる。ここで、サブキャンペーンの量をＸSUBｔＵとする。初めに、データ選択装置５で選択された処理すべき燃料について、燃料処理順序並べ替え前処理装置６において、燃焼度の制限を考慮して平均の燃焼度が平坦になるよう燃料の組み合わせを行う。在庫の燃料より燃焼度の低いバンドルと高いバンドルを一つずつ持ってきて交互に組み合わせ平均燃焼度の平坦化をする。この組み合わせによっても制限を満足しない場合には、各制限値ごとについてバンドルを入れ替えて制限値を満足する組み合わせを求める。
【００４３】
このとき制限値の代わりに制限値の誤差などを考慮して制限値に余裕を含めた目標値データを組み合わせて、余裕のある計画を立案するようにしても良い。 １日平均燃焼度の制限条件に注目した場合のサブキャンペーン計画ロジックは、図５のフローに示す流れをとる。
【００４４】
［ステップ１］ 初めに、全在庫の個別燃料について、安全余裕が比較的小さく要注意燃料を含む炉をリストアップする。すなわち、図６に示すフローのように、要注意燃料判定装置７で判定された、個別の燃料単位で安全評価指標の基準値を超えている要注意燃料を探し出し、その燃料が含まれている炉をリストアップし、要注意燃料の数を記録して処理する炉の順序に優先度を付ける（Ｓ１−２）。このとき、優先度の付け方は残留濃縮度や240Ｐｕ組成の基準値を優先することにしても良い。
［ステップ２］ 次に、一つの炉でＸSUBｔＵ以上確保可能か判定する（Ｓ２）。
【００４５】
［ステップ３］ 一つの炉でＸSUBｔＵ以上確保可能な場合には対象とする炉の在庫燃料から燃焼度の低いバンドルと高いバンドルから１体ずつ順に選びＸSUBｔＵで区切り並べる（Ｓ３）。
【００４６】
［ステップ４］ これらＸSUBｔＵ単位に対して、個別燃料ごとに基準条件の評価をする（Ｓ４）。基準条件は、
（１）燃焼度≦４５，０００ＭＷｄ/ｔＵ、
（２）ウラン残留濃縮度≦１．６ｗｔ％、
（３）240Ｐｕ組成≧１７ｗｔ％、
（４）安全系中性子モニタの制限、
（５）１バンドル当たりのＰｕ量≦５４／４（Ｋｇ／ｔＵ）、
である。ここで、（５）については、各バンドルが（５）の条件を満たせば、１日当たりの処理量４ｔＵの燃料に対するＰｕ量の制限を満たすこととなる。
このＸSUBｔＵの中の全ての燃料が制限条件を満足している場合にはこのままの組み合わせでサブキャンペーンを構成する。
【００４７】
［ステップ５］ この基準条件を満足しないいわゆる要注意燃料がある場合には基準条件を確認し、燃料処理順序並べ替え装置８にて燃料を並べ替える（Ｓ５）。この燃料の並べ替えのロジックを図７、８に示す。このロジックでは、以下の実際の制限条件により評価する。すなわち制限条件は、
（１）１日当たり処理する燃料の平均燃焼度≦４５，０００ＭＷｄ/ｔＵ、
（２）計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度≦１．６ｗｔ％、
（３）計量槽１バッチ当たり240Ｐｕ組成≧１７ｗｔ％、
（４）安全系中性子モニタの制限、
（５）１日当たり処理するＰｕ量≦５４Ｋｇ、
である。
【００４８】
［ステップ５−１］ ここで、上記制限条件の（１）に示した１日平均燃焼度に注目すると、初めに燃焼度の低いバンドルと高いバンドルから１バンドルずつ持ってきて組み合わせるため、図９の（２）に示すように２バンドルのユニットを作り、２バンドル平均が制限値を満足すれば、１日平均の燃焼度の制限も満足することになる。２バンドルのユニットで制限値を満足しない場合には、図９の（３）のように３、４、…、Ｎバンドルのユニットを作り、Ｎバンドル平均が制限条件を満足すればよい（Ｓ５−１）。ここで、Ｎは１日に処理するバンドル数以下とする。
このときのバンドル数は、１日の処理量をＸ1ｔＵ、１バンドルのウラン重量をＸB1ｔＵとすると、Ｘ1 ／ＸB1で与えられる。
【００４９】
この組み合わせによっても１日平均燃焼度の制限を満足しない場合にはステップ２に戻り、対象燃料の範囲を広げ再計画をする。例えば、これまでＸSUBｔＵの中の在庫で検索していたものをＸSUB＋１０ｔＵ中で検索して再計画する。
【００５０】
［ステップ５−２］ 次に、上記制限条件の（２）に示したウラン残留濃縮度の制限については、図７に示すように計量槽１バッチ当たりの残留濃縮度が１．６ｗｔ％以上である場合にはその原因となる残留濃縮度の高いバンドルを探し出し、図１０に示すように、燃焼度の制限を満足する組み合わせの中で残留濃縮度が平坦となるよう残留濃縮度の低いバンドルと高いバンドルを組み合わせる。 平均燃焼度を満足させかつ、残留濃縮度の制限を満足させることが困難な場合は、ステップ５−１と同様に対象燃料の範囲を広げて再計画をする。
【００５１】
［ステップ５−３〜ステップ５−５］ 次に、ステップ５−３〜ステップ５−５（Ｓ５−３〜５）として、上記制限条件の（３）〜（５）に示した、計量槽１バッチ当たりの240Ｐｕ組成、および安全系中性子モニタの制限１日当たりのＰｕ量についても同様に処理することになる。安全系中性子モニタの制限については計量槽１バッチごとの中性子発生率Ｎｂを求め、これを中性子モニタ読み値に変換し評価する。
【００５２】
平均燃焼度を満足させ、かつ、残留濃縮度の制限、計量槽１バッチ当たりの240Ｐｕ組成の制限、安全系中性子モニタの制限、１日当たりのＰｕ量の各制限についてもこれらを満足させることが困難な場合は、ステップ５−１と同様に対象燃料の範囲を広げて再計画をする。
【００５３】
［ステップ６］ このＸSUBｔＵ内で確保できる場合には、サブキャンペーンの燃料処理順序を表示し、人間系による確認をする。確認の結果、特に問題がなければ次のサブキャンペーンの計画に移る（図５、Ｓ６）。このとき対象とする炉の在庫量の残りがＸSUBｔＵ以下である場合には新たに炉を選択する。ＸSUBｔＵ以上である場合には同一の炉で次のサブキャンペーンの計画をすることになる。
【００５４】
また、次の炉の選択において一つの炉でＸSUBｔＵ確保可能でない場合には、同じ電力会社で同治具のもう一つの炉を選択してＸSUBｔＵ以上確保可能か判定する。二つの炉でＸSUBｔＵ確保可能な場合には、一つの炉でＸSUBｔＵ確保可能な場合と同じようにサブキャンペーンの計画をする。
【００５５】
このとき、組み合わせる炉の数は２以下とする。余りを組み合わせてもＸSUBｔＵ以上にならない場合にはサブキャンペーンと残り燃料を表示してキャンペーン計画を終了する。
【００５６】
処理対象燃料を燃焼度順に並べたグラフを図１１に示す。横軸はバンドルの番号である。各縦棒は、図１１（ａ）では各バンドルの燃焼度、図１１（ｂ）では各バンドルの残留濃縮度を示している。折れ線は、それぞれ、１日当たりの平均燃焼度および計量槽１バッチ当たりの残留濃縮度である。
【００５７】
ここに、図１１（ａ）の１日当たりの平均燃焼度は、１日の処理量４ｔＵすなわち約１１体の燃料バンドルの平均を表し、グラフは、対象バンドルより約１１体前からの平均値を表したものである。また、図１１（ｂ）の計量槽１バッチ当たりの残留濃縮度は、１バッチの処理量５ｔＵすなわち約１３体の燃料バンドルの平均を表し、グラフは、対象バンドルより約１３体前からの平均値を表したものである。図１１（ａ）では、最後の数十体が制限値４５ＧＷｄ/ｔＵ 以上となっている。
【００５８】
燃焼度について、最小側および最大側から順次一体ずつ取り出して並べ替えた結果を図１２に示す。横軸は処理順序を示している。また、図１２には、この並べ替えた燃料について、１日平均燃焼度と計量槽１バッチ当たりの残留濃縮度を折れ線で示してある。図１２（ａ）に示すように，燃焼度については、最小側および最大側から一体ずつ取り出して並べ替えたことで、燃焼度の制限を満足していることがわかる。
【００５９】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明による原子炉燃料再処理方法の第２の実施の形態を説明する。ただし，上記第１の実施の形態と同様の部分は説明を省略する。この再処理方法は、制約条件が厳しいと考えられる残留濃縮度と240Ｐｕ組成の制限を考慮して平均の残留濃縮度の平坦化を行い、次に燃焼度の制限を考慮して平均燃焼度の平坦化を行うものである。
【００６０】
在庫の燃料より残留濃縮度および240Ｐｕ組成の高い燃料を選び出しこれがサブキャンペーン内に均等に分布するよう配置する。そして燃焼度の低いバンドルと高いバンドルを順次一つずつ持ってきて交互に組み合わせ、平均燃焼度の平坦化をする。残留濃縮度について均等に分配する方法を図１３に示す。この組み合わせによっても制限を満足しない場合には各制限値ごとについてバンドルの入替え制限値を満足する組み合わせを求める。
【００６１】
この残留濃縮度および240Ｐｕ組成の大きいバンドルを初めに注目し処理するロジックのフローを図１４に示す。制約条件が厳しいと考えられる残留濃縮度と240Ｐｕ組成の制限を考慮して平均の残留濃縮度の平坦化を行い、次に燃焼度の制限を考慮して平均燃焼度の平坦化を行う。初めのステップで残留濃縮度と240Ｐｕ組成の制限を考慮して並び替えをするロジックの処理手順を以下に示す。
【００６２】
［ステップ１］ 第１の実施の形態と同様に、初めに全在庫の個別燃料について安全性の面で条件の厳しい燃料を含む炉をリストアップする。
［ステップ２］ 次に一つの炉でＸSUBｔＵ以上確保可能か判定する。
［ステップ３−１］ 一つの炉でＸSUBｔＵ以上確保可能な場合には、在庫の燃料より残留濃縮度および240Ｐｕ組成の高い燃料を選び出し、これがサブキャンペーン内に均等に分布するよう配置する。
【００６３】
すなわち、残留濃縮度の大きいバンドル数は多くないことから、残留濃縮度の大きいバンドルを初めに選び出し、これを計量槽１バッチの単位（ＸBATCHｔＵ)ごとにばらまき残留濃縮度の大きなバンドルが全体に平均して分布するように並べ替える。これによって初めに残留濃縮度の制限を緩和しておく。
［ステップ３−２］ 燃焼度の低いバンドルと高いバンドルを一つずつ持ってきて交互に組み合わせ、平均燃焼度の平坦化をする。
【００６４】
［ステップ４〜ステップ６］ 第１の実施の形態のステップ４〜ステップ６と同様の処理を行うことにより、他の制約条件も満足化する。
これらは、［制限１］から［制限５］に示すような安全上の制限値を満足するように計画されるが、データの精度などを考慮して安全制限値よりも厳しい管理目標値を導入して、安全制限値の代わりに管理目標値で計画を立てることも考えられる。この場合、より安全が確保できる。
【００６５】
また、燃焼度、ウラン２３５の残留濃縮度、プルトニウム２４０の全プルトニウムの重量に対する組成比およびプルトニウム重量として各運転された原子炉で管理された値だけでなく、燃焼度のモニタあるいはせん断溶解された溶液からの計測データを用いることも考えられる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料の再処理時に安全上の各種の制約条件に対しての余裕の厳しい燃料も適切に混合・組み合わせることで平均的な安全余裕を緩和することができ、安全性・経済性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料処理計画装置の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１の燃料特性データの例を示す表。
【図３】図１の表示装置に表示する燃料の処理計画の抽出画面の例。
【図４】図４の画面への処理目標の入力の例。
【図５】本発明に係る燃料処理順序決定方法の第１の実施の形態におけるサブキャンペーンの立案フローを示すフロー図。
【図６】図５のフロー図における炉の選択フローの詳細を示すフロー図。
【図７】図５のフロー図における制限値の確認と燃料の並べ替えフローの前半を示すフロー図。
【図８】図７に続く後半を示すフロー図。
【図９】図７のステップ５-１における燃焼度の平坦化方法を示す説明図。
【図１０】図７のステップ５-２における残留濃縮度の満足化方法を示す説明図。
【図１１】本発明の処理対象となる燃料データの例を示すグラフ。
【図１２】本発明の第１の実施の形態による燃焼度の平坦化の例を説明するグラフ。
【図１３】本発明の第２の実施の形態による残留濃縮度の満足化方法の例を説明するグラフ。
【図１４】本発明に係る燃料処理順序決定方法の第２の実施の形態におけるサブキャンペーンの立案フローを示すフロー図。
【図１５】再処理工程を示すフロー図。
【符号の説明】
１…データ読込み装置、２…燃料特性データ、３…制限値（基準値）データ、４…目標データ、５…データ選択装置、６…燃料処理順序並べ替え前処理装置、７…要注意燃料判定装置、８…燃料処理順序並べ替え装置、９…確認装置、１０…表示入力装置、１１…表示装置、１２…選択信号入力装置。
Claims (10)
- 原子炉で使用された複数の使用済み燃料集合体を集合体ごとにせん断処理する順次工程と、前記順次工程の後に複数の集合体分をまとめて計量・調整するバッチ工程とを含み、前記燃料集合体１体ごとに、所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値からなる集合体評価指標をそれぞれの制限値と比較評価して、集合体処理順序を決定する原子炉燃料再処理方法において、
前記平均燃焼度の高い集合体が連続しないように集合体処理順序を仮に決定する仮決定ステップと、
前記集合体処理順序で処理した場合に、前記所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度が制限値を超える場合には、当該平均燃焼度が当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更する調整ステップと、
前記仮決定ステップ及び調整ステップで決定した前記集合体処理順序で処理した場合に、前記バッチ工程での１バッチ当たりに処理する複数の燃料集合体について、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値がそれぞれの制限値を超えるかどうかを判断し、制限値を超える場合は当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更するバッチ内調整ステップと、を有すること、を特徴とする原子炉燃料再処理方法。 - 請求項１に記載の原子炉燃料再処理方法において、前記原子炉は複数あって、前記集合体評価指標の所定の基準値を超える集合体を要注意集合体として、前記各原子炉の中で前記要注意集合体の数が多い原子炉から集合体処理順序を決定し、当該原子炉の集合体だけで処理順序を決定できない場合に次の原子炉の集合体を混ぜて集合体処理順序を決定すること、を特徴とする原子炉燃料再処理方法。
- 請求項１または２に記載の原子炉燃料再処理方法において、前記仮決定ステップで、前記集合体評価指標に基づいて、平均燃焼度の高い集合体が所定期間内でほぼ等間隔に並ぶように集合体処理順序を仮に決定すること、を特徴とする原子炉燃料再処理方法。
- 請求項１、２または３に記載の原子炉燃料再処理方法において、前記仮決定ステップで、平均燃焼度が最も高い集合体と最も低い集合体を交互に抽出して集合体処理順序を仮に決定すること、を特徴とする原子炉燃料再処理方法。
- 原子炉で使用された複数の使用済み燃料集合体を集合体ごとにせん断処理する順次工程と、前記順次工程の後に複数の集合体分をまとめて計量・調整するバッチ工程とを含み、前記燃料集合体１体ごとに、所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値からなる集合体評価指標をそれぞれの基準値と比較評価して、集合体処理順序を決定する集合体処理順序の決定方法において、
前記平均燃焼度の高い集合体が連続しないように集合体処理順序を仮に決定する仮決定ステップと、
前記集合体処理順序で処理した場合に、前記所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度が制限値を超える場合には、当該平均燃焼度が当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更する調整ステップと、
前記仮決定ステップ及び調整ステップで決定した前記集合体処理順序で処理した場合に、前記バッチ工程での１バッチ当たりに処理する複数の燃料集合体について、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値がそれぞれの制限値を超えるかどうかを判断し、制限値を超える場合は当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更するバッチ内調整ステップと、を有すること、を特徴とする処理順序決定方法。 - 請求項５に記載の集合体処理順序決定方法において、前記原子炉は複数あって、前記集合体評価指標の所定の基準値を超える集合体を要注意集合体として、前記各原子炉の中で前記要注意集合体の数が多い原子炉から集合体処理順序を決定し、当該原子炉の集合体だけで処理順序を決定できない場合に次の原子炉の集合体を混ぜて集合体処理順序を決定すること、を特徴とする集合体処理順序決定方法。
- 原子炉で使用された複数の使用済み燃料集合体を集合体ごとにせん断処理する順次手段と、前記順次手段の後に複数の集合体分をまとめて計量・調整するバッチ手段とを含み、前記燃料集合体１体ごとに、所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値からなる集合体評価指標をそれぞれの基準値と比較評価して、集合体処理順序を決定するようにコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
前記プログラムはコンピュータを、前記平均燃焼度の高い集合体が連続しないように集合体処理順序を仮に決定する仮決定手段と、前記集合体処理順序で処理した場合に、前記所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度が制限値を超える場合には、当該平均燃焼度が当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更する調整手段と、前記仮決定ステップ及び調整ステップで決定した前記集合体処理順序で処理した場合に、前記バッチ工程での１バッチ当たりに処理する複数の燃料集合体について、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値がそれぞれの制限値を超えるかどうかを判断し、制限値を超える場合は当該制限値を超えないように前記集合体処理順序を変更するバッチ内調整手段として機能させるためのプログラム。 - 原子炉で使用した各燃料集合体の燃料特性データと、燃料再処理に際しての所定期間あたり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度、所定期間あたり再処理するＰｕ量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりの２４０Ｐｕ組成、及び中性子モニタの読み値からなる集合体評価指標とそれぞれの制限値からなるデータと、前記制限値からの余裕を含む燃料再処理の目標データとを入力するデータ入力装置と、これらデータを表示する表示装置と、データの選択信号を入力する選択信号入力装置と、これら表示装置および選択信号入力装置を制御する表示入力制御装置と、燃料特性データと選択信号入力装置からの選択データを入力してデータを選択するデータ選択装置と、制限値を超える燃料集合体の有無を判定する要注意集合体判定装置と、要注意集合体がある場合に集合体処理順序を並べ替える集合体処理順序並べ替え装置と、計画された燃料が処理可能かを確認し表示する確認装置と、を有することを特徴とする燃料処理計画装置。
- 請求項８に記載の燃料処理計画装置において、目標値データに基づき燃料集合体の処理順序を変更する集合体処理順序並び替え前処理装置をさらに有すること、を特徴とする燃料処理計画装置。
- 請求項８又は９記載の燃料処理計画装置において、データ選択装置は、燃料が使用された原子炉ごとに区別し同一原子炉に所属する燃料のデータを選択すること、を特徴とする燃料処理計画装置。
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