JP5379476B2 - 核燃料要素についての少なくとも1つの技術的不確実性因子を決定する方法及びこれに対応する核燃料要素を設計し、製造し、検査する方法 - Google Patents
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Description
このような原子炉において用いられる核燃料は、ペレットの形態であるという条件が付けられる。
これらのペレットは、集合体内に集められる核燃料ロッドを形成するクラッディング内に配置される。このような集合体は、原子炉の炉心に装填するためのものである。
燃料ペレットの設計は、原子力産業全体を特徴付ける一種の避けられない安全規則に左右される。
このような状況においては、製造業者に、関連する規格に準拠するように要求し、かつ操作者に融通性のある操作条件を与えながら、核分裂性物質を効果的に使用することが適切である。
核燃料ペレットを特徴付けるパラメータは、安全性研究を行うときに、直接考慮に入れるにはあまりに多すぎる。
したがって、このような安全性研究に実施される中性子計算は、公称値を用いて行われ、これらの値に対する変動は、技術的不確実性因子と呼ばれ、中性子計算の結果に適用される乗数係数によって考慮に入れられる。
所与の原子炉について、炉心の安全性は、最高温のロッド(出力ピーク)の線出力密度が常に原子炉の安全性のために設定された制限値より下に維持されることを要求する。したがって、それらの公称値における製造パラメータを用いて計算され、次いで、因子FQ Eだけ増加させられる、最高温のロッドの線出力密度が、前述の制限値より下に維持されることを保証することが適切である。
かつては、因子FQ Eは、線出力密度を最大にする許容値を考慮に入れて、特定の補償現象が存在しても、製造パラメータごとに計算されていた。さらに、その計算における不確実性は、異なる変動を比較することを可能にしないようなものである。
因子FQ Eを決定するその方法は、例えば、試験委員会以前の1994年9月28日に擁護された、Guy Willermozによって、Claude Bernard−Lyon I大学に与えられ、「Etude stochastique de l´impact neutronique des heterogeneites en fabrication du combustible nucleaire」[核燃料における製造の不均一性の中性子の影響についての確率的研究]という題名の博士号学位論文において記載されている。
この目的のために、確率関係は、ペレットの製造パラメータの異なる変動と関連付けられる。統計的な研究を用いて、製造パラメータの複合的な関係を推定することによって、それがポイント出力関係に及ぼす影響は、ボルツマンの方程式を用いることによって研究することができる。
確率的なテイラー展開が用いられ、マルチパラメータの内容における感度係数は、一般化された従来の摂動理論(GCPT)を用いて計算された。
技術的不確実性因子FQ Eを決定するためのその方法は、満足のいくものであると考えられていた。
にもかかわらず、FQ Eのような技術的不確実性因子の決定をさらに改善し、これにより核燃料製造業者に対する又は原子炉操作者に対する融通性を高めることは望ましいものである。
他の特定の実施によれば、本方法は、分離して又は技術的に実現可能な任意の組み合わせでとられる以下の特徴の1つ又はそれ以上を含むことができる。
・少なくとも1つのパラメータについて、前述の全体的な変動に加えて、個々の要素についての公称値の周りのパラメータの個々の変動も使用される。
・技術的不確実性因子は、ホット・ポイントFQ Eにおける線出力密度について決定される。
・技術的不確実性因子は、ホット・チャネルFΔH E1について決定される。
・全体的な変動には巨視的な感度係数が掛けられ、必要に応じて、個々の変動には微視的な感度係数が掛けられる。
・Ti及びTLiは、それぞれ製造パラメータFiの個々の変動及び全体的な変動を表し、αi及びθiは、それぞれ製造パラメータについての微視的な感度係数及び巨視的な感度係数を表し、かつμiは、製造パラメータFiについての平均値を表す、次の種類の式
・TLiは、製造パラメータFiの全体的な変動を表し、αi及びθiは、それぞれ前記製造パラメータにおける微視的な感度係数及び巨視的な感度係数を表し、かつμiは、前記製造パラメータFiについての平均値を表す、次の種類の式
・全体的な変動は全体的な公差であり、要素のバッチ内の製造パラメータについての実数値の平均値とその公称値との間の偏差は、全体的な公差と適合する必要があり、かつ必要に応じて、個々の変動は個々の公差であり、個々の要素についての製造パラメータの実数値とその公称値との間の偏差は、個々の公差と適合する必要がある。
変形態様においては、少なくとも1つの技術的不確実性因子についての制限値と適合する核燃料要素について、本方法は、
・少なくとも製造パラメータについての全体的な製造公差を定めるステップ
を含み、製造された要素(23)のバッチ内のパラメータの実数値の平均値とパラメータの公称値との間の偏差が全体的な公差と適合する必要があり、
・必要に応じて、少なくとも製造パラメータについての個々の製造公差を定めるステップ
を含み、個々の要素(23)についての製造パラメータの実数値と製造された要素(23)についてのパラメータの公称値及びパラメータについての公称値との間の個々の偏差が個々の公差と適合する必要があり、
・全体的な変動として定められた全体的な製造公差を用いて、必要に応じて、個々の変動として定められた個々の公差を用いて、請求項1から請求項6のいずれか1項による方法を用いて、技術的不確実性因子の値を求めるステップと、
・決定された技術的不確実性因子の値を制限値と比較して、定められた製造公差を確認するステップと
を含む。
本発明はまた、製造された核燃料要素を検査する方法を提供し、本方法は、
・全体的な変動として、製造された要素のバッチ内で測定されたパラメータの実数値の平均値とパラメータの公称値との間の偏差を用い、必要に応じて、個々の変動として、製造された要素(23)について実際に測定された実数値とパラメータの公称値との間の偏差を用いて、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の方法により、製造された核燃料要素(23)についての少なくとも1つの技術的不確実性因子の値を決定するステップと、
・核燃料要素が適合する必要がある技術的不確実性因子についての制限値と比較して、製造された核燃料要素(23)について決定を下すステップと
を含む。
図1は、加圧水型原子炉の核燃料集合体1を示す図である。このように、水は、そこで冷却機能と減速機能の両方を実行し、すなわち、水は、核燃料によって生成される中性子を減速させる。
集合体1は、垂直にかつ縦軸方向Aに沿って直線的に延びる。
通常の方法では、集合体1は、主に、核燃料ロッド3と、ロッド3を支持するための構造体又はスケルトン5とを含む。
・集合体1の縦方向の両端に配置された底部ノズル7及び頂部ノズル9と、
・クラスタ(図示せず)のロッドを受け入れて、原子炉を制御し、停止させるためのガイド管11と、
・ロッド3を保持するためのグリッド13と、を含む。
ノズル7及び9は、ガイド管11の縦方向の両端に接続される。
ロッド3は、ノズル7及び9間に垂直に延びる。ロッド3は、それらがグリッド13によって保持されるほぼ規則的な正方形メッシュ配列のノードにおいて配置される。この配列のノードの幾つかは、ガイド管11によって、場合によっては、計測管によって占有される。
螺旋状保持ばね25は、頂部ペレット23と頂部プラグ21との間のクラッディング17内に配置される。
図3に示されるように、各々のペレット23は、直径Dと高さHとを有し、形状は実質的に円筒形である。ペレット23は、その端面とその側面との間が面取り部26になっている。これらの面取り部は、高さh及び内径dcをもつ。球形キャップ形態の凹部27は、ほぼその中央にある、各々の端面内に形成される。それは、直径d及び深さpをもつ。
例えば、100マイクロメートル(μm)から300μmまでの範囲内にある、直径間隙jは、ペレット23とクラッディング17との間に設けられる。
例として、ペレット23の燃料は、同位元素235において濃縮される酸化ウラン(天然UO2)によって構成される。変形態様においては、燃料は、濃縮再処理ウラン、ウラン及び酸化プルトニウムの混合物をベースとすることができ、及び/又は、希土類(ガドリニウム、エルビウム)をベースとする中性子毒を含有することも同様に良好である。
これらの特徴は、
・ペレットの寸法、すなわち、ペレット23の高さH及び直径D、凹部27の深さp及び直径d、面取り部26の高さh及び直径dc
・その幾何学的密度Dg
である。
ペレットの幾何学的密度Dgは、その理論酸化物質量に対するセラミック形態におけるその酸化物質量の比として定められる。
これらの特性のどのような変動も、容積の変動につながり、よって、ペレット23に含有される核分裂性物質の量につながる。
後述の本発明の実施においては、これらの特性の製造における変動は、以下の製造パラメータを用いることによって、中性子計算を行うときに考慮に入れられる。
・容積分率Fv。ペレット23の容積と包囲するシリンダの容積との間の比であり、したがって、この分率は凹部27の寸法と面取り部26の寸法とを考慮に入れる。
・直径D
・幾何学的密度Dg。
これらの製造パラメータは、核燃料の種類にかかわらずペレットに適用され、よって、それらは、下記では、一般的であると言われる。
ENUペレットについては、次のように定義される、濃縮eとしても知られている、同位元素235Uの含有量を使用することが可能である。
これらのペレットにおけるガドリニウムを特徴付けるために、同位元素組成物CIを考慮に入れることも可能であり、それは、所与の時点で、次式によって定義される。
ERUペレットに関しては、以下のウランの同位元素、すなわち、234U、235U、236U、及び238Uを考慮に入れることができる。
同位元素234U、235U、及び236Uは、濃縮とも言われるそれら自体の濃度によって特徴付けられる。これらの製造パラメータは、次のように定義される。
・ウランの濃縮担体es
235U及び238Uの、2つの同位元素を考慮に入れて、ウランの担体を特徴付けることができる。
次に、濃縮esは、次式によって定義される。
238Pu、239Pu、240Pu、241Pu、242Pu、及び14.4年間で241Puのβ-崩壊によって得られる241Amの、6つの同位元素を考慮に入れて、プルトニウムを特徴付ける。
・核分裂性プルトニウム含有量tfis
核燃料は、製造パラメータFiについての公称値Fi0を用いることによってモデル化される。
上述のように、次に、変動が製造中に避けられない、これらの公称値についての変動が、計算結果を不利にする、技術的不確実性因子と呼ばれる不確実性係数によって考慮に入れられる。
これらの因子は、安全性研究におけるホット・ポイント因子FQ及びエンタルピー上昇因子FΔHの計算に適用される。
ホット・ポイントは、最大出力を有する炉心のロッドである。以下では、それは時には、ホット・ロッドと言われ、又は出力ピークであるように配置される。
フランスでは、一般的に、2つの技術的不確実性因子が存在する。
それは、次のように定義され、
Pnomは、公称製造値Fi0によってホット・ポイントにおいて計算された線出力密度である。
・容積分率Fv
・直径D
・幾何学的密度Dg
・ENUペレットについての濃縮e並びにERUペレットについての濃縮e4、e5及びe6
・MOXペレットについてのプルトニウム同位元素組成物CI、ウランの235U濃縮担体es、プルトニウム含有量t
・ガドリニウムを含有するロッドの存在下のウランの担体の濃縮es及びガドリニウム含有量t。
それは、次式によって定義され、
ΔHnomは、公称製造値Fi0を用いて計算されたホット・チャネルにおける計算されたエンタルピー上昇である。
ホット・チャネルは、エンタルピー変動が最大であるチャネル、すなわち、隣接する燃料ロッド間のギャップである。それは、一般的には、ホット・ロッドのそばに位置する。
・容積分率Fv
・直径D
・幾何学的密度Dg
・ENUペレットについての濃縮e並びにERUペレットについての濃縮e4、e5及びe6
・MOXについてのプルトニウム同位元素組成物CI、ウランの235U濃縮es、プルトニウム含有量t
・ガドリニウムを含有するロッドの存在下のウランの濃縮担体es及びガドリニウム含有量t。
技術的不確実性因子を決定する方法の説明が続く。
次式がある。
これにより、FQ E=1+1.645σとなり、これは、次のように書くこともできる。
公称値Fi0についての種々の製造パラメータFiの小さな変動については、次の種類の感度式の助けを借りて、関連する大きさに対する製造パラメータの変動の影響を表すことが可能であり、
次に、ホット・ポイントにおける関連する大きさの偏差の変動性は、次のような変動によって特徴付けられる正規分布をもつように分布する。
係数αi及びθiは、後述のように、燃料の異なる燃焼について計算することができる。μiは、後述のように測定し又は近似させることができる。
考慮中の製造パラメータFiの各々について、技術的不確実性因子を計算するときに、全出力におけるその影響の最大値に対する95%の信頼レベルの推定は、95%の信頼レベルで、平均値及び局所的な出力影響の最大値に対する推定の二次累積によって与えられる。
・局所的な出力における影響を求めるための製造パラメータFiの個々の変動、すなわち、ペレット毎の変動
・平均出力における影響を求めるための製造パラメータFiの全体的な変動、すなわち、例えば製造バッチ毎の変動。
したがって、ペレットの個々の公差Tiは、微視的な影響のために用いられ、ペレットのバッチの平均公差TLiは、巨視的な影響のために用いられる。
結果として、このようになる。
微視的な感度係数を求める方法は、Mr.Willermozの上述の論文において記載されたものに類似する。
この方法は、製造パラメータFiの関数としてロッドの出力P(又はポイント出力)の一次のテイラー展開に基づくものである。
基礎となる仮定は、公称値Fi0の周りで線形化できる可能性、及び複数の入力変数(製造パラメータFi)の変動の最終的な結果(ポイント出力P)に対する影響が別々にとられた変数の各々の影響の和に等しいことを考慮できる可能性である。
感度計算は、計算コードの助けを借りて、無限媒質のパターン又は「クラスタ」で行われる。
実際には、無限媒質内の集合体は、ゼロ流量の条件を有する単一の集合体に対応する。ゼロ流量の条件は、鏡対称に相当し、すなわち、集合体は、無限に繰り返される。したがって、考慮中の集合体の角部に位置するロッドは、それが乱される場合には、このモデルがそれらの3つのロッドに公称を維持するように要求しても、仮想の集合体内の3つの乱されたロッドによって取り囲まれることになる。無限媒質内の集合体にわたるロッドの乱れを計算するためには、このモデルは、対称軸をさらに遠ざけるように移動させることによって、すなわち、パターン又は「クラスタ」を用いることによって再定義されるが、それにもかかわらず、そのための適切な寸法を保持する。
このパターンの集合体1の構成は、研究中の燃料管理を表すものであり、例えば、MOX燃料を研究するときの、中央MOX集合体が1/2及び1/4のENU集合体によって取り囲まれている状態である。
・ペレットの直径D
・容積分率Fv
・幾何学的密度Dg
・(MOXについての)同位元素組成物CI
・(MOX及びガドリニウム含有ENUについての)ガドリニウム含有量t
・(ENUについての)濃縮e5、(ERUについての)濃縮e4、e5及びe6
・(MOX及びガドリニウム含有ENUについての)ウランの担体の濃縮es。
感度係数を計算する方法は、中性子計算を2つの部分に分割すること、すなわち、輸送計算によって中性子定数(巨視的な断面積)を計算することと、拡散における炉心についてのパラメータの組を計算することに基づくものである。この分割は、輸送方程式を拡散方程式として近似することによってもたらされる。
2つの部分のこの機能解析においては、製造パラメータは、同位元素の濃度を経ることなく変えられる。これにより、ホット・ポイントの相対出力変動δP/Poを製造パラメータの相対変動δFi/Fioに関連付ける感度係数が直接生成される。
2つの部分への機能分割は、次のように図式で示すことができる。
製造方法|(1a)→|巨視的な断面積|(2a)→|ポイント出力
3つの部分への機能分割は、次のように図式で示すことができる。
製造方法|(1b)→|同位元素の濃縮|(2b)→|巨視的な断面図|(3b)→|ポイント出力
この時点で、同位元素の濃度は、最初に、ホット・ロッドのδP/P0の相対出力変動を同位元素の濃度の相対変動δnj/nj0に関連付ける感度係数を得るために変えられる。これらは、下記の単純な解析式を用いて製造パラメータの変動δFi/Fio(ペレットの直径Dを除く)から推論され、その後、δP/P0をFi∈[Fv、Dg、CI、t、e4、e5、e6、es]についての各々のδFi/Fi0に関連付ける、得られた感度係数から推論される。
それは、ペレットの直径Dを除いて、研究中の他のパラメータの全てについて行うことができ、さらに望ましくもある。したがって、それは、対応する感度計算の数を回避するように働く。
このように、部分(1b)は、下記の解析の定式化を使用する。部分(1a)及び(2b)は、輸送コードによって巨視的な断面積を計算する。
次に、探索感度係数αiが得られる。
展開される方法は、燃料の寿命の始まりにおいて適用される。それは、1メートルトン当たりのメガワット日(MWd/t)において一定の作動間隔で繰り返される。
この部分は、ペレットの直径Dを除いて、製造パラメータの全てに関連する。
次に、研究中の燃料に応じた2つの種類の解析の定式化が存在する。
・MOX又はガドリニウム含有ENU燃料
MOX又はガドリニウム含有ENU燃料内のプルトニウム又はガドリニウム同位元素(又はウランの担体)の濃度は、以下の解析式を用いて得られ、
・njは、(凹部又は面取り部をもたず、かつ熱膨張後の)高温であるときの、エンベロープ・シリンダの単位容積当たりの原子数であり、
・Fvは、容積分率(ペレットの容積/エンベロープ・シリンダの容積)であり、
・Mvは、単位容積当たりの質量(酸化物の質量/ペレットの容積)であり、
・tは、プルトニウム含有量(質量(Pu+Am)/質量(Pu+Am+U))又はガドリニウム含有量(質量Gd/質量(Gd+U))であり、
・Cjは、同位元素jの比率(Puj=質量(Puj)/質量(Pu+Am))又は(Gdj=質量(Gdj)/質量(Gd))又は(Uj=質量(Uj)/質量(U))であり、
・mjは、同位元素jの原子質量であり、
・Roxyは、酸化物の比(金属の質量/酸化物の質量)
・Nは、アボガドロ数に関連する定数(=立方オングストローム(Å3)当たり0.6022094の原子核)
・Cth(T)は、温度Tの(ペレットの)熱膨張係数である。
燃料の理論密度ρthは、含有量tの関数であるが、δρth/ρthの変動は、δt/t0の変動に比べて無視できるほどのものである。
したがって、変動δMv/Mv0は、変動δDg/Dg0に等しい。
パラメータCth(T)及びRoxyは、研究中の原子炉の作動ポイントの及びFi∈[Fv、Dg、CI、t、es]についての製造パラメータFiのアプリオリ関数であるが、その変動は、変動δFi/Fioに比べて容易に無視することができる。
このようにして、相対同位元素の濃度の変動δnj/njoは、Fi∈[Fv、Dg、CI、t、es]の製造パラメータの変動δFi/Fioから得られる。
ENU及びERU燃料内のウラン同位元素の濃度は、以下の解析式を用いて得られる。
・njは、(凹部又は面取り部をもたず、かつ熱膨張後の)高温であるときの、エンベロープ・シリンダの単位容積当たりの原子数であり、
・Fvは、容積分率(ペレットの容積/エンベロープ・シリンダの容積)であり、
・Mvは、単位容積当たりの質量(酸化物の質量/ペレットの容積)であり、
・Cjは、同位元素jの比率(Uj=質量(Uj)/質量(U))であり、
・mjは、同位元素jの原子質量であり、
・Roxyは、酸化物の比(金属の質量/酸化物の質量)であり、
・Nは、アボガドロ数に関連する定数であり、
・Cth(T)は、温度Tの(ペレットの)熱膨張係数である。
上記のように、相対同位元素の濃度の変動δnj/njoは、このようにして、Fi∈[Fv、Dg、e4、e5、e6]の製造パラメータの変動δFi/Fioから得られる。
推奨される方法である、計算量に関する最少の費用の選択肢が選ばれる場合には、巨視的な断面積の変動は、次の影響のみを計算することによって、輸送コードの助けを借りて求められる。
・パラメータFi∈[Fv、Dg、CI、t、e4、e5、e6、es]に関連する感度係数を再構成するための、同位元素の濃度njにおける約+10%の同位元素の相対変動の影響
・ペレット直径Dの約+1%の相対変動の影響。
・MOXのみについてのCI及びesに関係する感度係数を再構成するための、同位元素の濃度の同位元素njにおける約+10%の相対変動
・ペレットの直径Dにおける約+1%の相対変動
・(MOXについてのesを除く)パラメータFi∈[t、e4、e5、e6、es]における約+10%の相対変動
・容積分率Fvにおける約+1%から約+1.5%までの相対変動
・幾何学的密度dgにおける約+1%から約+1.5%までの相対変動。
これらの値は、用いられるコードの収束に適した方向を提示する変動を保存するために、研究中の核燃料の関数として調整することができる。
ホット・ロッドの出力の相対変動は、2つの項、すなわち、
・巨視的な断面積の変動に明らかに依存する直接部分と、
・重要な関数を計算することによって評価されるフラックスの変動に依存するスペクトル部分と、
を合計することによって、一次まで得られる。
直接部分は、出力の断面積の変動にフラックスを掛けた積によって求められる。
次に、ホット・ロッドの出力の相対変動は、次のように表される。
Fi∈[D、Fv、Dg、CI、t、e4、e5、e6、es]については、
・0MWd/tにおける同位元素の濃度の変動及び/又は製造パラメータの変動の影響に基づく燃焼の度合い毎に計算される巨視的な断面積の変動
・燃焼の度合い毎に計算される重要な関数Γ
が、燃焼の関数として変化する。
必要に応じて、係数は、約50,000MWd/t又は60,000MWd/tまでの複数の燃焼度合いについて求めることができる。
微視的な態様に関して、実施される方法は、製造パラメータFiの関数として、ロッドのポイント出力Pの一次テイラー展開に基づくものである。
このようにして、一次については、次のように定義される、感度係数θiを用いることによって、ロッドの出力変動δP/Poに対する製造パラメータにおける巨視的な変動の影響を得ることが可能である。
摂動が起こることになる特定の炉心集合体は、考慮中の基準燃料管理の関数として選択される。総称的には、用いられる基準管理は、研究中の燃料集合体を開発するための基準として用いられた管理計画である。このような管理においては、研究されるのはホット・ロッドを収容する集合体1の位置である。
・ホット・ロッドが研究中の種類の核燃料を有する新しい集合体内に収容されている場合には、製造パラメータの巨視的な変動が、その集合体に適用される。次に、感度係数の値は時間経過に伴って減少することを経験的に知っているため、ホット・ロッドの出力に対するこれらの変動の影響は、1サイクルについてのみ研究される。
・ホット・ロッドが研究中の燃料と同じ種類の核燃料をもたない新しい又は使用済み集合体内に収容されている場合には、変動は、研究中の種類の核燃料を有し、照射線出力ピーク因子Fxyが最大である新しい集合体の1つに適用される。次に、前の場合と同様に、ホット・ロッドの出力に対するこれらの変動の影響は、1サイクルの過程にわたってのみ研究される。
・ホット・ロッドが研究中の種類の核燃料を有する使用済み集合体内に収容されている場合には、これらの変動は、最初は、それが炉心内に装填されるサイクルにおいて前述の使用済み集合体に適用され、続いて、所望の種類の燃料を有し、かつFxyが最高である新しい集合体の1つに適用される。次に、原則的には、感度係数の値は時間経過に伴って減少するため、使用済み集合体から得られる感度係数は新しい集合体から得られるものより小さいことを確認することが必要である。
炉心をモデル化する計算の精度の理由のために、以下が選択される。
・製造パラメータFi∈[D、Dg、CI、t、e4、e5、e6]は、2つの部分に分けられ、Fvに関連する係数は、Dgについて計算されたものに等しいとみなされ、
・MOX燃料の含有量補正パラメータCI及びesは、3つの部分に分けられる。
部分(1b)は、解析の定式化に依存する。それは、微視的な態様のために用いられたものと同一である。
部分(2a)及び(3b)は、炉心全体をモデル化する直接計算によって実行される。
次に、探査感度係数θiが得られる。核燃料の寿命の最初に展開された方法が、(MWd/tにおいて)一定である時間間隔で再生される。
識別された出力偏差において大きな差を有し、これにより、モデル化計算に関連した不正確さを回避するためには、入力値は、直線性の仮定内に残るように気を付けながら、パラメータの幾つかにとって十分な大きさである変数における変動に対して選択することが適切である。
次に、巨視的な断面積の変動が、次の影響を計算することによって、輸送コードの助けを借りて求められる。
・MOXが用いられるときのCI及びesに関連する係数を再構築するための、同位元素の濃度njにおける、一般的には+10%の、又は、低い濃度における特定の同位元素についてさらに多い(最高で+60%まで)相対変動の影響
・ペレットの直径Dにおける約+1.5%の相対変動の影響
・幾何学的密度Dgにおける約+5%の相対変動の影響
・パラメータFi∈[t、e5]における約+10%の相対変動の影響
・ERUを用いるときの、濃縮e4における約+60%、及び濃縮e6における+20%の濃縮e6相対変動の影響。
これらの値は、用いられるコードの収束に適切な方向にある変動を保存するために、研究中の核燃料の関数としてモデル化することができる。
上述のステップの終わりに、以下が使用可能である。
・研究中の燃料の公称特性に対応する巨視的な部分の基準ラブラリ
・MOXのパラメータCI及びesについて同位元素CIjが存在するのと同じ数だけの「摂動が起こされた」巨視的な部分のライブラリ
・製造パラメータFi∈[D、Dg、t、e4、e5、e6]毎の「摂動が起こされた」巨視的な部分のライブラリ。
製造パラメータFi∈[D、Dg、CIj、t、e4、e5、e6]の各々について、摂動が起こされた対応する部分のライブラリに基づく炉心全体をモデル化する計算は、摂動が起こされたホット・ポイントPpert(Fi)の出力を与える。
これにより、製造パラメータFi∈[D、Dg、CIj、t、e4、e5、e6]毎のホット・ポイントδP/P0(Fi)の出力の相対変動が得られる。
以下が適用される。
実際には、技術的不確実性因子が最大になるのはその度合いの燃焼においてであるため、それらは、150MWd/tの燃焼についてのみ計算される。
これらの係数が分かると、技術的不確実性因子を決定することが可能である。
・ENU燃料について、
したがって、第1に計算された感度係数の値から始まり、第2に上式(1)ないし(8)から、種々の種類の核燃料について技術的不確実性因子を決定することが可能である。
・製造される核燃料ペレットの製造公差の寸法決めをし、
・製造中に異常が生じた場合には、製造された核燃料ペレットを用いる可能性に関する助言を製造中に出し、
・製造の終わりで核燃料ペレットについての技術的不確実性因子を評価する、
ことができる。
このようにして、Ti及びTLiについての値が定められ、次いで、上述の方法を用いて、対応する値が、技術的不確実性因子について求められる。
Tiは、各々のペレット23によって適合させられる必要がある個々の公差に対応し、すなわち、Fiについて測定された実数値は、ペレットの95%の範囲Fi0±Ti内に位置しなければならない。TLiは、同じ製造の実行から生じるバッチ内の測定された実数値の平均値が適合しなければならない公差に対応し、すなわち、バッチの95%について、Fiの実数値の平均値は、範囲Fi0±TLi内に位置しなければならない。
これらの個々の及び全体的な公差が求められると、次に、製造中に適合させられなければならない使用可能な制約を有するペレット製造業者に供給される。
ペレット製造業者の自由を増加させるためには、局所的に個々の公差及び全体的な公差に基づく技術的不確実性因子を計算するための手段を供給業者に提供することも可能である。このような環境下では、製造業者には、技術的不確実性因子について適合させられる制限値しか提供されず、製造業者が、Ti及びTLiについて対応する値を決定する。
パラメータFiの各々について、個々の公差Tiを用いる代わりに、バッチのペレットにおいて測定された実数値と上式(1)ないし(8)において用いられる公称値Fi0との間の最大偏差が考慮に入れられる。この偏差は、個々の偏差Eiと言われる。
平均値μiの代わりに、Fiについて実際に測定された値の平均値が使用される。
これらのパラメータEi、ELi及びμiは、計算式(1)ないし(8)に入れられ、その結果、ペレットの製造されたバッチについての技術的不確実性因子FQ E及びFΔH E1について値を得ることを可能にする。
種々のパラメータFi間の補正が行われ、これにより、製造パラメータを上回っている幾つかの特定の公差があるにもかかわらず、許容可能な技術的不確実性因子の値と適合させることを可能にすることができる。
上述の不確実性因子を決定する方法は、最先端技術において用いられるものより正確であることが分かる。決定因子は、巨視的な変動を考慮に入れていることが分かる。
このように、ペレット製造業者は、融通性が増大し、これにより、所与の安全性レベルについて、核燃料を製造する費用を減少させることを可能にする。
逆に、所与の製造公差については、原子炉を管理する際に考慮に入れられる技術的不確実性因子の値を減少させ、その結果、それらの動作融通性を増大させることが可能である。これにより、節約を実現することも可能となる。
上述の例においては、加圧型軽水炉についての核燃料要素のみが考慮に入れられる。
同様に、本発明は、例えば、高温原子炉(HTR)のような、他の種類の原子炉についての核燃料に適用することができる。
したがって、考慮に入れられる核燃料要素は、必ずしもペレットである必要はなく、球形であってもよい。
Claims (10)
- 核燃料要素(23)についての少なくとも1つの技術的不確実性因子を、前記核燃料要素(23)の製造パラメータにおける公称値(nominal values)の周りの変動の関数として決定するための方法であって、
少なくとも1つの製造パラメータF i について、製造された核燃料要素(23)のバッチ内の公称値の周りの前記製造パラメータF i の全体的な変動、及び、個々の核燃料要素(23)についての公称値の周りの前記製造パラメータF i の個々の変動を使用して、少なくとも1つの技術的不確実性因子を決定するステップを含み、
前記全体的な変動には巨視的な感度係数が掛けられ、前記個々の変動には微視的な感度係数が掛けられることを特徴とする方法。 - 前記技術的不確実性因子は、ホット・ポイントFQ Eにおける線出力密度(linear power density)について決定されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記技術的不確実性因子は、ホット・チャネルFΔH E1について決定されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記全体的な変動は全体的な公差であり、前記核燃料要素(23)のバッチ内の前記製造パラメータF i についての実数値の平均値とその公称値との間の偏差は、前記全体的な公差と適合する必要があり、かつ、前記個々の変動は個々の公差であり、個々の核燃料要素(23)についての前記製造パラメータF i の実数値とその公称値との間の偏差は、前記個々の公差と適合する必要があることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の方法。
- 核燃料要素(23)を設計するための方法であって、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の、少なくとも1つの技術的不確実性因子を決定するための方法を用いるステップを含むことを特徴とする、核燃料要素を設計するための方法。
- ・少なくとも前記製造パラメータF i についての全体的な製造公差を定めるステップ
を含み、製造された核燃料要素(23)のバッチ内の前記製造パラメータF i の実数値の平均値と前記製造パラメータF i の公称値との間の偏差が前記全体的な公差と適合する必要があり、
・少なくとも前記製造パラメータF i についての個々の製造公差を定めるステップ
を含み、個々の核燃料要素(23)についての前記製造パラメータF i の実数値と製造された核燃料要素(23)についての前記製造パラメータF i の公称値及び前記製造パラメータF i についての公称値との間の個々の偏差が前記個々の公差と適合する必要があり、
・全体的な変動として定められた前記全体的な製造公差を用いて、個々の変動として定められた前記個々の公差を用いて、請求項1から請求項6のいずれか1項による方法を用いて、前記技術的不確実性因子の値を求めるステップと、
・決定された前記技術的不確実性因子の値を所定の制限値と比較して、定められた前記製造公差を確認するステップと
を含むことを特徴とする、前記核燃料要素(23)が、少なくとも1つの技術的不確実性因子についての制限値と適合する必要がある、請求項7に記載の設計方法。 - 請求項5又は請求項6に記載の方法によって設計されることを特徴とする核燃料要素(23)を製造するための方法。
- 製造された核燃料要素(23)を検査する方法であって、
・全体的な変動として、製造された核燃料要素のバッチ内で測定された前記製造パラメータF i の実数値の平均値と前記製造パラメータF i の公称値との間の偏差を用い、個々の変動として、製造された核燃料要素(23)について実際に測定された実数値と前記製造パラメータF i の公称値との間の偏差を用いて、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の方法により、前記製造された核燃料要素(23)についての少なくとも1つの技術的不確実性因子の値を決定するステップと、
・前記核燃料要素が適合する必要がある前記技術的不確実性因子についての制限値と比較して、前記製造された核燃料要素(23)について決定を下すステップと、
を含むことを特徴とする、核燃料要素を検査する方法。
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