JP7117207B2 - Reactor Evaluation System, Reactor Evaluation Method, and Reactor Evaluation Program - Google Patents
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Description
本発明は、原子炉評価装置、原子炉評価方法及び原子炉評価プログラムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a nuclear reactor evaluation apparatus, a nuclear reactor evaluation method, and a nuclear reactor evaluation program.
軽水炉に例示される原子炉を安全に設計するために、改良統計的熱設計手法を用いて、核沸騰からの離脱に至る局所的な熱出力である限界熱流束を予測して評価する方法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。 In order to safely design nuclear reactors such as light water reactors, there is a method for predicting and evaluating the critical heat flux, which is the local thermal power leading to detachment from nucleate boiling, using an improved statistical thermal design method. known (see, for example, Non-Patent Document 1).
非特許文献1の方法では、原子炉の炉心の中の燃料棒の曲りが限界熱流束及びその比の値である限界熱流束比に及ぼす影響を表すパラメータである曲りペナルティを決定論的に考慮している。具体的には、非特許文献1の方法では、限界熱流束の試験解析結果に基づいて、原子炉における所定の内部圧力ごとに、曲りペナルティと、高温発熱棒平均熱流束、すなわち、原子炉の内部で高温に発熱している燃料棒の熱流束の平均値との相関関係について最小二乗法近似をすることで、曲りペナルティを高温発熱棒平均熱流束の1次式として算出している。
The method of Non-Patent
ここで、非特許文献1の方法では、上記した曲りペナルティの高温発熱棒平均熱流束の1次式を用い、保守的に最も厳しい結果を与える原子炉の炉心の冷却条件を組み合わせることにより、曲りペナルティを実態よりも保守的な枠取り評価をして算出しているため、合理化の余地があった。
Here, in the method of Non-Patent
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、燃料棒の曲りによる曲りペナルティを考慮する際に、曲りペナルティについて保守的な枠取り評価をするのではなく、実態に応じた合理的な評価を可能とする原子炉評価装置、原子炉評価方法及び原子炉評価プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above. An object of the present invention is to provide a nuclear reactor evaluation apparatus, a nuclear reactor evaluation method, and a nuclear reactor evaluation program that enable evaluation.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、原子炉評価装置は、原子炉の限界熱流束比を評価する評価部を備え、前記評価部は、前記原子炉の炉心の中において熱流動解析を行うことにより、前記炉心の中において複数に分割された分割領域ごとに熱平衡のクォリティを表すパラメータである局所クォリティを算出し、前記局所クォリティに基づいて、局所的な限界熱流束比である局所限界熱流束比が最小となる局所空間を決定し、前記局所空間における前記局所クォリティ及び前記原子炉の中の燃料棒の曲り量に基づいて、前記燃料棒の曲りが前記限界熱流束比に及ぼす影響を表すパラメータである曲りペナルティを算出し、算出した前記曲りペナルティを前記熱流動解析で算出した前記原子炉の前記限界熱流束比に結合することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a nuclear reactor evaluation apparatus includes an evaluation unit that evaluates the critical heat flux ratio of a nuclear reactor, and the evaluation unit includes a heat-flux ratio in the core of the nuclear reactor. By performing analysis, a local quality, which is a parameter representing the quality of thermal equilibrium, is calculated for each divided region divided into a plurality of regions in the core, and based on the local quality, a local critical heat flux ratio Determining a local space where the local critical heat flux ratio is the minimum, and based on the local quality in the local space and the amount of bending of the fuel rod in the reactor, the bending of the fuel rod is determined to be the critical heat flux ratio. A bending penalty, which is a parameter representing the influence, is calculated, and the calculated bending penalty is linked to the critical heat flux ratio of the nuclear reactor calculated by the thermal-hydraulic analysis.
この構成によれば、曲りペナルティを局所空間における熱平衡のクォリティである局所クォリティ及び燃料棒の曲り量に基づいて算出することとしたので、曲りペナルティについて保守的な枠取り評価をするのではなく、実態に応じた合理的な評価をした上で、原子炉の評価をすることができる。 According to this configuration, the bending penalty is calculated based on the local quality, which is the quality of thermal equilibrium in the local space, and the bending amount of the fuel rod. A reactor can be evaluated after making a rational evaluation according to the actual situation.
この構成において、前記評価部は、前記局所クォリティ及び前記燃料棒の前記曲り量を入力パラメータとする曲りペナルティ相関式を用いて、前記曲りペナルティを算出しており、前記曲りペナルティ相関式は、前記局所クォリティとして、冷却材の潜熱に対する前記冷却材のエンタルピーから前記冷却材の液相の飽和エンタルピーを差し引いた値を用い、前記局所クォリティが第1閾値以下の場合には、曲りペナルティを所定の正の数で算出し、前記局所クォリティが前記第1閾値より大きく第2閾値以下の場合には、前記所定の正の数から前記局所クォリティに応じて単調減少する関数を用いて算出し、前記局所クォリティが第2閾値より大きい場合には、0で算出することが好ましい。この構成によれば、曲りペナルティを、より実態に応じた合理的な評価をすることができる。 In this configuration, the evaluation unit calculates the bending penalty using a bending penalty correlation formula having the local quality and the bending amount of the fuel rod as input parameters, and the bending penalty correlation formula is As the local quality, a value obtained by subtracting the saturated enthalpy of the liquid phase of the coolant from the enthalpy of the coolant with respect to the latent heat of the coolant is used. If the local quality is greater than the first threshold and less than or equal to the second threshold, the local quality is calculated using a function that monotonically decreases from the predetermined positive number according to the local quality, and the local If the quality is greater than the second threshold, it is preferably calculated as 0. According to this configuration, the bending penalty can be evaluated rationally according to the actual situation.
上記した、局所クォリティとして、冷却材の潜熱に対する冷却材のエンタルピーから冷却材の液相の飽和エンタルピーを差し引いた値を用いる構成において、さらに、前記燃料棒の曲り量は、曲りを有する前記燃料棒を含む場合の隣接する前記燃料棒同士の間の距離をD´とし、曲りを有する前記燃料棒を含まない場合の隣接する前記燃料棒同士の間の距離をDとすると、1-(D´/D)となっており、前記評価部は、前記曲り量に応じて、前記局所クォリティの前記第1閾値を決定することが好ましい。この構成によれば、曲りペナルティを示す式の燃料棒の曲り量に対する依存性がわかりやすくなるため、種々の曲り具合を有する燃料棒について、曲りペナルティを容易な式で扱うことができる。ここで、隣接する燃料棒の間の距離とは、隣り合う燃料棒の隙間、つまり、隣接する燃料棒の外周同士の間の距離である。なお、隣接する燃料棒の間の距離は、前述に限定されず、例えば、隣接する燃料棒の中心軸同士の間の距離であってもよい。また、曲り量は、燃料棒の軸方向において最大となる値を統計的に扱っている。 In the configuration using the value obtained by subtracting the saturated enthalpy of the liquid phase of the coolant from the enthalpy of the coolant with respect to the latent heat of the coolant as the local quality, the amount of bending of the fuel rod is the fuel rod having the bending Let D be the distance between the adjacent fuel rods when the fuel rods are included, and D be the distance between the adjacent fuel rods when the bent fuel rods are not included. Then, 1-(D' /D), and the evaluation unit preferably determines the first threshold value of the local quality according to the amount of bending. With this configuration, the dependence of the curve penalty equation on the amount of bending of the fuel rod becomes easy to understand, so that the curve penalty can be handled with a simple equation for fuel rods having various degrees of curve. Here, the distance between adjacent fuel rods is the gap between adjacent fuel rods, that is, the distance between the outer peripheries of adjacent fuel rods. The distance between adjacent fuel rods is not limited to the above, and may be, for example, the distance between the central axes of adjacent fuel rods. Also, the amount of bending statistically treats the maximum value in the axial direction of the fuel rod.
これらの構成において、前記評価部は、前記燃料棒の前記曲り量を確率変数として統計的に取り扱い、曲りペナルティ相関式を用いて前記曲りペナルティを算出することが好ましい。この構成によれば、実態に応じた合理的な評価をした曲りペナルティを、その合理性及びペナルティとしての性質を保持したまま、評価に取り込んで処理することができる。 In these configurations, it is preferable that the evaluation unit statistically treats the bending amount of the fuel rod as a random variable, and calculates the bending penalty using a bending penalty correlation formula. According to this configuration, it is possible to incorporate the bending penalty, which has been rationally evaluated according to the actual situation, into the evaluation and process it while maintaining the rationality and nature of the penalty.
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、原子炉評価装置は、原子炉の限界熱流束比を評価する評価部を備え、前記評価部は、前記原子炉の炉心の中において熱流動解析を行い、所定のペナルティに関するペナルティ要因パラメータを、前記熱流動解析で取り扱う入力パラメータとともに確率変数として統計的に取り扱うことにより、前記所定のペナルティを算出し、算出した前記所定のペナルティを前記熱流動解析で算出した前記原子炉の前記限界熱流束比に結合することを特徴とする。 Further, in order to solve the above-described problems and achieve the object, the nuclear reactor evaluation apparatus includes an evaluation unit that evaluates the critical heat flux ratio of the nuclear reactor, and the evaluation unit includes: A thermal hydraulic analysis is performed, and a penalty factor parameter related to a predetermined penalty is statistically treated as a random variable together with an input parameter handled in the thermal hydraulic analysis to calculate the predetermined penalty, and the calculated predetermined penalty is used as the It is characterized in that it is coupled to the critical heat flux ratio of the nuclear reactor calculated by thermal hydraulic analysis.
この構成によれば、所定のペナルティの要因パラメータであるペナルティ要因パラメータがわかっており、ペナルティ要因パラメータに基づいて所定のペナルティを算出することができる場合、曲りペナルティ以外のペナルティについても、保守的な枠取り評価をするのではなく、実態に応じた合理的な評価をした上で、原子炉の評価をすることができる。 According to this configuration, when the penalty factor parameter, which is the factor parameter of the predetermined penalty, is known and the predetermined penalty can be calculated based on the penalty factor parameter, penalties other than the bending penalty can also be conservatively calculated. It is possible to evaluate the nuclear reactor after making a rational evaluation according to the actual situation, instead of making a framed evaluation.
この所定のペナルティを結合する構成において、前記評価部は、算出した前記所定のペナルティとともに、不確定性パラメータを、前記熱流動解析で算出した前記原子炉の前記限界熱流束比に結合することが好ましい。この構成によれば、所定のペナルティを、不確定性パラメータと均等な扱いで、原子炉の限界熱流束比に結合することができる。 In the configuration that combines the predetermined penalty, the evaluation unit may combine the calculated predetermined penalty and the uncertainty parameter with the critical heat flux ratio of the reactor calculated in the thermal hydraulic analysis. preferable. With this arrangement, a predetermined penalty can be tied to the critical heat flux ratio of the reactor in the same way as the uncertainty parameter.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、原子炉評価方法は、原子炉の炉心の中において熱流動解析を行うことにより、前記炉心の中において複数に分割された分割領域ごとに熱平衡のクォリティを表すパラメータである局所クォリティを算出する局所クォリティ算出ステップと、前記局所クォリティに基づいて、局所的な限界熱流束比である局所限界熱流束比が最小となる局所空間を決定する局所空間決定ステップと、前記局所空間における前記局所クォリティ及び前記原子炉の中の燃料棒の曲り量に基づいて、前記燃料棒の曲りが前記限界熱流束比に及ぼす影響を表すパラメータである曲りペナルティを算出する曲りペナルティ算出ステップと、前記曲りペナルティ算出ステップで算出した前記曲りペナルティを、前記熱流動解析で算出した前記原子炉の前記限界熱流束比に結合する限界熱流束比評価ステップと、を含むことを特徴とする。この構成によれば、上記した対応する原子炉評価装置と同様に、曲りペナルティを局所空間における熱平衡のクォリティである局所クォリティ及び燃料棒の曲り量に基づいて算出することとしたので、曲りペナルティについて保守的な枠取り評価をするのではなく、原子炉の実態に応じた合理的な評価をした上で、原子炉の評価をすることができる。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, a nuclear reactor evaluation method performs a heat-hydraulic analysis in the core of a nuclear reactor to obtain a heat equilibrium for each of the plurality of divided regions in the core. a local quality calculating step of calculating a local quality which is a parameter representing the quality of the local space for determining a local space in which a local critical heat flux ratio, which is a local critical heat flux ratio, is minimized based on the local quality and calculating a bow penalty, a parameter representing the effect of the bending of the fuel rods on the critical heat flux ratio, based on the determining step and the local quality in the local space and the amount of bending of the fuel rods in the reactor. and a critical heat flux ratio evaluation step of combining the bending penalty calculated in the bending penalty calculating step with the critical heat flux ratio of the reactor calculated in the thermal hydraulic analysis. characterized by According to this configuration, as in the corresponding nuclear reactor evaluation apparatus described above, the bending penalty is calculated based on the local quality, which is the quality of thermal equilibrium in the local space, and the bending amount of the fuel rod. It is possible to evaluate the nuclear reactor after making a rational evaluation according to the actual state of the reactor, rather than performing a conservative framework evaluation.
この構成において、前記燃料棒の前記曲り量を確率変数として統計的に取り扱い、曲りペナルティ相関式を用いて前記曲りペナルティを算出することが好ましい。この構成によれば、上記した対応する原子炉評価装置と同様に、実態に応じた合理的な評価をした曲りペナルティを、その合理性及びペナルティとしての性質を保持したまま、評価に取り込んで処理することができる。 In this configuration, it is preferable to treat the bending amount of the fuel rod statistically as a random variable and calculate the bending penalty using a bending penalty correlation formula. According to this configuration, similarly to the above-described corresponding nuclear reactor evaluation apparatus, the bending penalty, which is rationally evaluated according to the actual situation, is incorporated into the evaluation and processed while maintaining the rationality and nature of the penalty. can do.
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、原子炉評価方法は、原子炉の限界熱流束比を評価する原子炉評価方法であって、前記原子炉の炉心の中において熱流動解析を行い、所定のペナルティに関するペナルティ要因パラメータを、前記熱流動解析で取り扱う入力パラメータとともに確率変数として統計的に取り扱うことにより、前記所定のペナルティを算出するペナルティ算出ステップと、前記ペナルティ算出ステップで算出した前記所定のペナルティを、前記熱流動解析で算出した前記原子炉の前記限界熱流束比に結合する限界熱流束比評価ステップと、を含むことを特徴とする。この構成によれば、上記した対応する原子炉評価装置と同様に、所定のペナルティの要因パラメータであるペナルティ要因パラメータがわかっており、ペナルティ要因パラメータに基づいて所定のペナルティを算出することができる場合、曲りペナルティ以外のペナルティについても、保守的な枠取り評価をするのではなく、実態に応じた合理的な評価をした上で、原子炉の評価をすることができる。 Further, in order to solve the above-described problems and achieve the object, a nuclear reactor evaluation method evaluates a critical heat flux ratio of a nuclear reactor, and comprises heat-flux in the core of the nuclear reactor. a penalty calculation step of calculating the predetermined penalty by performing an analysis and statistically treating the penalty factor parameter related to the predetermined penalty as a random variable together with the input parameters handled in the thermal fluid analysis; and the penalty calculation step. and a critical heat flux ratio evaluation step of combining the predetermined penalty calculated by the thermal hydraulic analysis with the critical heat flux ratio of the nuclear reactor calculated by the thermal hydraulic analysis. According to this configuration, as in the corresponding nuclear reactor evaluation apparatus described above, when the penalty factor parameter, which is the factor parameter of the predetermined penalty, is known, and the predetermined penalty can be calculated based on the penalty factor parameter For penalties other than bending penalties, the nuclear reactor can be evaluated after rational evaluation according to the actual situation, instead of conservative frame evaluation.
この所定のペナルティを結合する構成において、前記限界熱流束比評価ステップでは、算出した前記所定のペナルティとともに、不確定性パラメータを、前記熱流動解析で算出した前記原子炉の前記限界熱流束比に結合することが好ましい。この構成によれば、上記した対応する原子炉評価装置と同様に、所定のペナルティを、不確定性パラメータと均等な扱いで、原子炉の限界熱流束比に結合することができる。 In the configuration in which the predetermined penalty is combined, in the critical heat flux ratio evaluation step, together with the calculated predetermined penalty, an uncertainty parameter is applied to the critical heat flux ratio of the reactor calculated in the thermal hydraulic analysis. A combination is preferred. With this arrangement, a predetermined penalty can be tied to the critical heat flux ratio of the reactor in the same manner as the uncertainty parameter, similar to the corresponding reactor evaluator described above.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、原子炉評価プログラムは、原子炉の限界熱流束比を評価する評価部に、原子炉の炉心の中において熱流動解析を行うことにより、前記炉心の中において複数に分割された分割領域ごとに熱平衡のクォリティを表すパラメータである局所クォリティを算出する局所クォリティ算出ステップと、前記局所クォリティに基づいて、局所的な限界熱流束比である局所限界熱流束比が最小となる局所空間を決定する局所空間決定ステップと、前記局所空間における前記局所クォリティ及び前記原子炉の中の燃料棒の曲り量に基づいて、前記燃料棒の曲りが前記限界熱流束比に及ぼす影響を表すパラメータである曲りペナルティを算出する曲りペナルティ算出ステップと、前記曲りペナルティ算出ステップで算出した前記曲りペナルティを、前記熱流動解析で算出した前記原子炉の前記限界熱流束比に結合する限界熱流束比評価ステップと、を実行させることを特徴とする。この構成によれば、上記した対応する原子炉評価装置及び原子炉評価方法と同様に、曲りペナルティを局所空間における熱平衡のクォリティである局所クォリティ及び燃料棒の曲り量に基づいて算出することとしたので、曲りペナルティについて保守的な枠取り評価をするのではなく、原子炉の実態に応じた合理的な評価をした上で、原子炉の評価をすることができる。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the purpose, the nuclear reactor evaluation program has an evaluation unit that evaluates the critical heat flux ratio of the nuclear reactor by performing a heat-hydraulic analysis in the core of the nuclear reactor. A local quality calculation step of calculating a local quality, which is a parameter representing the quality of thermal equilibrium, for each divided region divided into a plurality of regions in the core; and a local limit, which is a local limit heat flux ratio, based on the local quality. a local space determination step of determining a local space with a minimum heat flux ratio; a bending penalty calculating step for calculating a bending penalty, which is a parameter representing an effect on the flux ratio; and a critical heat flux ratio evaluation step coupled to . According to this configuration, similarly to the corresponding reactor evaluation apparatus and reactor evaluation method described above, the bending penalty is calculated based on the local quality, which is the quality of thermal equilibrium in the local space, and the bending amount of the fuel rod. Therefore, it is possible to evaluate the reactor after making a rational evaluation according to the actual state of the reactor, instead of performing a conservative framed evaluation of the bending penalty.
この構成において、前記評価部に、前記燃料棒の前記曲り量を確率変数として統計的に取り扱わせて、曲りペナルティ相関式を用いて前記曲りペナルティを算出させることが好ましい。この構成によれば、上記した対応する原子炉評価装置及び原子炉評価方法と同様に、実態に応じた合理的な評価をした曲りペナルティを、その合理性及びペナルティとしての性質を保持したまま、熱流動解析に取り込んで処理することができる。 In this configuration, it is preferable that the evaluation unit statistically treats the bending amount of the fuel rod as a random variable and calculates the bending penalty using a bending penalty correlation formula. According to this configuration, similarly to the above-described corresponding reactor evaluation apparatus and reactor evaluation method, the bending penalty, which is rationally evaluated according to the actual situation, while maintaining its rationality and nature as a penalty, It can be imported and processed in a heat-hydraulic analysis.
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、原子炉評価プログラムは、原子炉の限界熱流束比を評価する評価部に、前記原子炉の炉心の中において熱流動解析を行い、所定のペナルティに関するペナルティ要因パラメータを、前記熱流動解析で取り扱う入力パラメータとともに確率変数として統計的に取り扱うことにより、前記所定のペナルティを算出するペナルティ算出ステップと、前記ペナルティ算出ステップで算出した前記所定のペナルティを、前記熱流動解析で算出した前記原子炉の前記限界熱流束比に結合する限界熱流束比評価ステップと、を実行させることを特徴とする。この構成によれば、上記した対応する原子炉評価装置及び原子炉評価方法と同様に、所定のペナルティの要因パラメータであるペナルティ要因パラメータがわかっており、ペナルティ要因パラメータに基づいて所定のペナルティを算出することができる場合、曲りペナルティ以外のペナルティについても、保守的な枠取り評価をするのではなく、実態に応じた合理的な評価をした上で、原子炉の評価をすることができる。 In addition, in order to solve the above-mentioned problems and achieve the purpose, the nuclear reactor evaluation program has an evaluation unit that evaluates the critical heat flux ratio of the nuclear reactor, performs a heat-hydraulic analysis in the core of the nuclear reactor, A penalty calculation step of calculating the predetermined penalty by statistically treating a penalty factor parameter related to the predetermined penalty as a random variable together with the input parameters handled in the heat flow analysis, and the predetermined penalty calculated in the penalty calculation step and a critical heat flux ratio evaluation step of combining the penalty with the critical heat flux ratio of the nuclear reactor calculated by the thermal hydraulic analysis. According to this configuration, as in the corresponding reactor evaluation apparatus and reactor evaluation method described above, the penalty factor parameter, which is the factor parameter of the predetermined penalty, is known, and the predetermined penalty is calculated based on the penalty factor parameter. If it is possible to do so, penalties other than bending penalties can be evaluated rationally according to the actual situation, instead of conservatively framed evaluation.
この所定のペナルティを結合する構成において、前記評価部に、前記限界熱流束比評価ステップでは、算出した前記所定のペナルティとともに、不確定性パラメータを、前記熱流動解析で算出した前記原子炉の前記限界熱流束比に結合させることが好ましい。この構成によれば、上記した対応する原子炉評価装置及び原子炉評価方法と同様に、所定のペナルティを、不確定性パラメータと均等な扱いで、原子炉の限界熱流束比に結合することができる。 In the configuration that combines the predetermined penalties, in the critical heat flux ratio evaluation step, the calculated predetermined penalty and the uncertainty parameter of the nuclear reactor calculated in the heat-hydraulic analysis are added to the evaluation unit. It is preferred to couple it to a limiting heat flux ratio. According to this configuration, similar to the corresponding reactor evaluation apparatus and method described above, a predetermined penalty can be combined with the critical heat flux ratio of the reactor in the same manner as the uncertainty parameter. can.
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、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る。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, embodiment which concerns on this invention is described in detail based on drawing. In addition, this invention is not limited by this embodiment. In addition, components in the embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art, or those that are substantially the same. Furthermore, the components described below can be combined as appropriate.
[実施形態]
図1は、本発明の実施形態に係る原子炉評価装置10及び原子炉評価装置10が用いられる原子炉の一例である原子炉20を示す概略図である。原子炉評価装置10は、図1に示すように、評価部12を備える。評価部12は、原子炉20の各部と情報通信可能に電気的に接続されており、原子炉20の各部から、各部に関する設計値等の各種パラメータを取得する。評価部12は、本実施形態では、原子炉20の各部から直接的に各部に関する測定値等の各種パラメータを取得する形態であるが、本発明ではこれに限定されず、着脱可能なRAM、ROM及びフラッシュメモリー等に例示される記憶媒体または記憶装置を介してこれらの各種パラメータを取得する形態であってもよい。
[Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a nuclear
評価部12は、入力部と、記憶部と、処理部と、を備える。評価部12は、コンピュータが例示される。入力部は、例えば、外部接続される機器である原子炉20からの環境データの入力を受け付けるインターフェース、及びユーザからの入力を受け付けるインターフェースであるマウス、キーボード、表示装置等と一体化されたタッチパネルであり、入力を受け付けた情報等を記憶部または処理部に伝達する。記憶部は、例えばRAM、ROM及びフラッシュメモリー等の記憶媒体または記憶装置を有し、処理部により処理されるソフトウェア・プログラムである原子炉評価プログラム及びこのソフトウェア・プログラムにより参照されるデータ等を記憶する。また、記憶部は、処理部が処理結果等を一時的に記憶する記憶領域としても機能する。処理部は、記憶部からソフトウェア・プログラム等を読み出して処理することで、ソフトウェア・プログラムの内容に応じた機能、具体的には、本発明の実施形態に係る原子炉評価装置10により本発明の実施形態に係る原子炉評価方法を実施する機能を発揮する。処理部は、記憶部から読み出した情報、及び処理した情報等を、評価部12に接続された表示装置等に表示させることができる。
The
原子炉20は、図1に示すように、内部に炉心30を備える。炉心30は、図1に示すように、流動する冷却材25が満たされている。冷却材25は、原子炉20内では、炉心30に含まれる核燃料の核分裂で得た熱エネルギーを原子炉20の外に取り出すための媒体であるとともに、核分裂によって生じる中性子の速度を弱めるための減速材としても機能する。
The
図2は、図1の炉心30の詳細な構成の一例を示す構成図である。図3は、図2の燃料集合体32の詳細な構成の一例を示す構成図である。図2は、図1の炉心30について、図2における右下側にあたる4分の1部分のみを図示したものである。図3は、図2の燃料集合体32について、図3における右下側にあたる4分の1部分のみを図示したものである。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of the detailed configuration of the
炉心30は、図2に示すように、複数配列された燃料集合体32と、燃料集合体32に挿抜可能な図示しない制御棒と、を備えている。燃料集合体32は、図3に示すように、核燃料を含んで棒状の複合体に加工した燃料棒34を複数配列して集合体としたものである。燃料集合体32は、さらに、燃料集合体32に含まれる核燃料の核分裂を制御する制御棒が挿抜可能な制御棒案内シンブル36と、炉心30の各部に関する測定等の各種パラメータを取得するための各種計測器を挿入するための計装用案内シンブル38と、を有する。燃料集合体32は、図3に示すように、燃料棒34に囲まれた領域40を複数配列して有する。なお、領域40は、図3において4本の燃料棒34に囲まれた領域だけでなく、制御棒案内シンブル36または計装用案内シンブル38と隣接する領域も含む。
As shown in FIG. 2, the
原子炉20は、本実施形態では、加圧水型原子炉(Pressurized Water Reactor、PWR)が例示されるが、本発明ではこれに限定されることなく、その他の種の原子炉であってもよい。原子炉20は、加圧水型原子炉である場合、1つまたは複数の蒸気発生器(Steam Generator、SG)を備える。原子炉20は、この場合、これらの蒸気発生器とともに、1次冷却材としての冷却材25が流動する閉鎖系である1次冷却系(Reactor Coolant System、RCS)を構成する。冷却材25によって原子炉20の外に取り出された熱エネルギーは、蒸気発生器において2次冷却系へ伝達され、原子力発電に寄与する。
The
評価部12は、このような原子炉20を安全に設計するために、改良統計的熱設計手法(Generalized Statistical Thermal-design Method、GSTM)を用いて、核沸騰からの離脱に至る局所的な熱出力である限界熱流束(Departure from Nucleate Boiling、DNB)及びその比の値である限界熱流束比(Departure from Nucleate Boiling Ratio、DNBR)を予測して、特にそれらのうち最小の値をとる最小限界熱流束比(最小DNBR)を抽出して評価する。
In order to safely design such a
以上のような構成を有する実施形態に係る原子炉評価装置10の作用について以下に説明する。図4は、本発明の実施形態に係る原子炉評価方法のフローチャートである。本発明の実施形態に係る原子炉評価方法は、原子炉評価装置10の動作の一例である。本発明の実施形態に係る原子炉評価方法では、評価部12が、例えば、以下に図4を用いて説明するように、モンテカルロ法を用いた計算、すなわちモンテカルロ計算により、限界熱流束及び限界熱流束比を予測して評価し、限界熱流束比の設計限界値を評価する。実施形態に係る原子炉評価方法は、図4に示すように、炉心冷却材条件設定ステップS1と、入力パラメータ設定ステップS2と、最小限界熱流束比算出ステップS3と、曲りペナルティ算出ステップS4と、限界熱流束比評価ステップS5と、計算回数判定ステップS6と、確率分布条件判定ステップS7と、炉心冷却材条件変更ステップS8と、を含む。
The operation of the nuclear
図5は、図4の原子炉評価方法における限界熱流束比のデータの取り扱いを示す図である。図4の原子炉評価方法では、図5に示すように、炉心30及び冷却材25の条件下において、熱流動解析で取り扱う所定の入力パラメータである1次冷却材流量51、炉心バイパス流量52、原子炉圧力53、1次冷却材平均温度54、原子炉出力55、エンタルピー上昇に関する工学的熱水路係数56、及び、核的エンタルピー上昇熱水路係数57を、これらの入力パラメータの不確定性を合わせて一括して考慮し、さらに、実態に応じた合理的な評価をした曲りペナルティ68(図6参照)にとって重要なパラメータである燃料棒34の曲り量58、及び、限界熱流束の試験データに基づいて作成された限界熱流束相関式(DNB相関式)による、限界熱流束の実測値(M)に対する予測値(P)の比59の不確定性を用いて、所定の限界熱流束比に関する確率変数(結合確率Z)の確率分布60を得ることで限界熱流束比を評価し、限界熱流束比の設計限界値を評価するものである。
FIG. 5 is a diagram showing the handling of critical heat flux ratio data in the nuclear reactor evaluation method of FIG. In the nuclear reactor evaluation method of FIG. 4, as shown in FIG. The
ここで、1次冷却材流量51、炉心バイパス流量52、原子炉圧力53、1次冷却材平均温度54、原子炉出力55、エンタルピー上昇に関する工学的熱水路係数56、エンタルピー上昇に関する工学的熱水路係数56、曲り量58、及び、限界熱流束の実測値(M)に対する限界熱流束相関式による予測値(P)の比59は、いずれも、乱数に応じて1つの値を出力する確率変数として統計的に取り扱われる。
Here, primary
図5に示すように、確率分布60における所定の確率、例えば95%の確率となる限界熱流束比の下限値61は、1.0に一致している。また、限界熱流束比の許容限界値62は、確率分布60に基づいて算出することができる。なお、限界熱流束比の許容限界値62は、プラントごとに適宜設定される。また、限界熱流束比の通常値63は、原子炉20を通常運転している際の限界熱流束比の値である。
As shown in FIG. 5, the
図5に示すように、確率分布60における限界熱流束比の設計限界値と限界熱流束比の許容限界値62との差64は、保守的な枠取り評価をするペナルティ等に充てられる限界熱流束比の余裕を表している。また、確率分布60における限界熱流束比の許容限界値62と限界熱流束比の通常値63との差65は、通常条件下で原子炉20を運転する場合の許容限界に対する限界熱流束比の設計上の余裕を示している。原子炉評価装置10の評価部12は、差65の大きさに応じて、原子炉20を通常運転している際には、極めて安全であると評価することができる。
As shown in FIG. 5, the
図6は、図4のフローチャートの各ステップを図5のデータの取り扱いにおいて説明する説明図である。炉心冷却材条件設定ステップS1は、データの取り扱いにおいて図6に示す処理71に相当し、評価部12が、限界熱流束比の設計限界値を取り得ると考えられる炉心30及び冷却材25の条件を設定するステップである。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining each step of the flowchart of FIG. 4 in handling the data of FIG. The core coolant condition setting step S1 corresponds to the
入力パラメータ設定ステップS2は、データの取り扱いにおいて図6に示す処理72に相当し、評価部12が、原子炉評価方法において、炉心冷却材条件設定ステップS1で設定した炉心30及び冷却材25の条件下で、乱数を発生させることにより統計的に取り扱う各入力パラメータを設定するステップである。入力パラメータ設定ステップS2では、具体的には、各入力パラメータについて乱数を発生させて、発生させた乱数に基づいて、各入力パラメータを設定する。
The input parameter setting step S2 corresponds to the
入力パラメータ設定ステップS2では、本実施形態では、例えば、図6に示すように、1次冷却材流量51、炉心バイパス流量52、原子炉圧力53、1次冷却材平均温度54、原子炉出力55、エンタルピー上昇に関する工学的熱水路係数56及び核的エンタルピー上昇熱水路係数57を、乱数を発生させることにより統計的に取り扱う各入力パラメータに設定しているが、本発明はこれに限定されず、適宜各入力パラメータを設定することができる。
In the input parameter setting step S2, in this embodiment, for example, as shown in FIG. , the engineering
入力パラメータ設定ステップS2では、本実施形態では、さらに、評価部12が、燃料棒34の曲り量58についても、各入力パラメータに対して実行したことと同様に、燃料棒34の曲り量58について乱数を発生させて、発生させた乱数に基づいて、燃料棒34の曲り量58を設定する。
In the input parameter setting step S2, in the present embodiment, the
図7を用いて、本発明の実施形態に係る原子炉評価方法で用いる燃料棒34の曲り量58について説明する。図7は、図3の燃料集合体32の隣接する燃料棒34同士の間の距離の一例を示す構成図である。本発明の実施形態に係る原子炉評価方法では、図7に示すように、曲りを有する燃料棒34を含む場合の隣接する燃料棒34同士の間の距離をD´とし、曲りを有する燃料棒34を含まない場合の隣接する燃料棒34同士の間の距離をDとすると、燃料棒34の曲り量58は、1-(D´/D)となる値を用いることが好ましい。ここで、隣接する燃料棒34の間の距離とは、隣り合う燃料棒34の隙間、つまり、図7に示すように、隣接する燃料棒34の外周同士の間の距離である。燃料棒34の曲り量58としてこのような値を用いると、例えば、曲りを有する燃料棒34が隣接する燃料棒34と接触しているいわゆる接触曲りの場合には、曲りを有する燃料棒34の間の距離D´が0であるため、曲り量58は1、百分率[単位;%]で表すと100%となる。このような曲り量58は、燃料棒34の間の冷却材25の流量に対して与える影響をわかりやすく表現するものとなっている。なお、燃料棒34の曲り量58に用いるための隣接する燃料棒34の間の距離は、前述に限定されず、例えば、隣接する燃料棒34の中心軸同士の間の距離であってもよい。また、燃料棒34の曲り量58は、燃料棒34の軸方向において最大となる値を統計的に扱っている。
The bending
入力パラメータ設定ステップS2では、本実施形態では、さらに、評価部12が、限界熱流束相関式によって設定できる限界熱流束の実測値(M)に対する予測値(P)の比59の不確定性パラメータについても、各入力パラメータ及び燃料棒34の曲り量58に対して実行したことと同様に、不確定性パラメータについて乱数を発生させて、発生させた乱数に基づいて、この不確定性パラメータを設定する。ここで、本発明の実施形態に係る原子炉評価方法では、限界熱流束の実測値(M)に対する予測値(P)の不確定性パラメータとして、限界熱流束の実測値を予測値で割って得られる商の値(M/P)を用いることが好ましい。
In the input parameter setting step S2, in this embodiment, the
最小限界熱流束比算出ステップS3は、データの取り扱いにおいて図6に示す処理73に相当し、評価部12が、入力パラメータ設定ステップS2で設定した、燃料棒34の曲り量58と不確定性パラメータとを除く各入力パラメータに基づいて、限界熱流束比のうち最小の値である最小限界熱流束比66を算出するステップである。最小限界熱流束比算出ステップS3で算出される最小限界熱流束比66は、各入力パラメータの不確定性を考慮し、なおかつ、燃料棒34の曲り量58に基づいて算出される曲りペナルティ68を含むあらゆるペナルティ、及び、不確定性パラメータを含まないで算出されたものである。
The minimum limit heat flux ratio calculation step S3 corresponds to the
最小限界熱流束比算出ステップS3では、本実施形態では、評価部12が、最小限界熱流束比66を算出する際に、原子炉20の炉心30の中において熱流動解析を行う。最小限界熱流束比算出ステップS3では、これを生かして、最小限界熱流束比66の算出と併せて、さらに、炉心30の中において複数に分割された小領域(分割領域)ごとに熱平衡のクォリティを表すパラメータである局所クォリティ67を算出する局所クォリティ算出ステップを実行する。最小限界熱流束比算出ステップS3における局所クォリティ算出ステップでは、詳細には、評価部12が、熱流動解析を行うことにより熱流動の3次元の流れを解き、炉心30の中の全体の三次元図を切ったメッシュ状の小領域ごとに、冷却材25の圧力、流量、温度等の値とともに局所クォリティ67を算出する。
In the minimum critical heat flux ratio calculation step S<b>3 , in this embodiment, the
最小限界熱流束比算出ステップS3における局所クォリティ算出ステップでは、具体的には、評価部12が、上記した小領域ごとに、下記(式1)に示す熱平衡クォリティxを算出することが好ましい。
Specifically, in the local quality calculation step in the minimum limit heat flux ratio calculation step S3, it is preferable that the
ここで、上記(式1)の左辺の熱平衡クォリティxは、無次元のパラメータである。上記(式1)の右辺の分数式の分母は、冷却材25の蒸気の飽和エンタルピーhg[単位;J/kg]と液相の飽和エンタルピーhf[単位;J/kg]との差分である潜熱hfg[単位;J/kg]を表している。上記(式1)の右辺の分数式の分子は、冷却材25のエンタルピーhm[単位;J/kg]から冷却材25の液相の飽和エンタルピーhf[単位;J/kg]を差し引いた値である。
Here, the thermal equilibrium quality x on the left side of the above (Equation 1) is a dimensionless parameter. The denominator of the fractional expression on the right side of the above (Equation 1) is the difference between the vapor saturation enthalpy hg [unit: J/kg] of the
最小限界熱流束比算出ステップS3では、さらに、評価部12が、局所クォリティ算出ステップで算出した局所クォリティ67に基づいて、局所的な限界熱流束比である局所限界熱流束比が最小となる局所空間を決定する局所空間決定ステップを実行する。最小限界熱流束比算出ステップS3における局所空間決定ステップでは、詳細には、評価部12が、局所限界熱流束比が最小となる小領域を、局所空間に決定する。
In the minimum critical heat flux ratio calculation step S3, the
最小限界熱流束比算出ステップS3では、上記した最小限界熱流束比66の算出、局所クォリティ67の算出、及び、局所空間の決定が、一連の原子炉20の炉心30の中において実行する熱流動解析の中で、連動して実行される。
In the minimum critical heat flux ratio calculation step S3, the calculation of the minimum critical
曲りペナルティ算出ステップS4は、データの取り扱いにおいて図6に示す処理74に相当し、評価部12が、入力パラメータ設定ステップS2で設定した燃料棒34の曲り量58と、最小限界熱流束比算出ステップS3において局所空間決定ステップで決定した局所空間における局所クォリティ算出ステップで算出した局所クォリティ67と、に基づいて、燃料棒34の曲り量58及び局所クォリティ67を入力パラメータとする曲りペナルティ相関式を用いて、燃料棒34の曲りが限界熱流束比に及ぼす影響を表すパラメータである曲りペナルティ68を算出するステップである。
The bending penalty calculation step S4 corresponds to the
図8は、図1の原子炉評価装置10によって計算される、曲りペナルティ68と局所クォリティ67との相関関係を示すグラフ80である。グラフ80は、所定の燃料棒34の曲り量58における曲りペナルティ相関式をグラフ状に表しており、図8に示すように、横軸が局所クォリティ67[単位;%]、縦軸が曲りペナルティ68[単位;無次元]であり、第1関係曲線81と、第2関係曲線87と、を有する。
FIG. 8 is a
第1関係曲線81は、曲りペナルティ算出ステップS4において、評価部12が、燃料棒34の曲り量58が100%である場合の曲りペナルティ68を算出する際に用いる関数をグラフ80に示したものである。第1関係曲線81は、局所クォリティ67の第1閾値82及び第2閾値83を境にして、直線84と、直線85と、直線86と、を有する。
The
直線84は、局所クォリティ67が第1閾値82以下の場合に、曲りペナルティ68を所定の正の数で算出する関数に基づくものであり、横軸に平行な直線としてグラフ80に示されている。直線85は、局所クォリティ67が第1閾値82より大きく第2閾値83以下の場合に、曲りペナルティ68を算出する関数であり、所定の正の数から局所クォリティ67に応じて単調減少する関数に基づくものであり、局所クォリティ67が第1閾値82である箇所で直線84と接続されており、局所クォリティ67が第2閾値83である箇所で直線86と接続されている右肩下がりの直線としてグラフ80に示されている。直線86は、局所クォリティ67が第2閾値83より大きい場合に、曲りペナルティ68を0で算出する関数であり、横軸に重なった直線としてグラフ80に示されている。
A
第2関係曲線87は、曲りペナルティ算出ステップS4において、評価部12が、燃料棒34の曲り量58が100%未満である場合の曲りペナルティ68を算出する際に用いる関数をグラフ80に示したものである。ここで、燃料棒34の曲り量58が100%未満である場合として、本実施形態では燃料棒34の曲り量58が85%である場合が例示されるが、本発明はこれに限定されず、100%未満のいかなる燃料棒34の曲り量58であってもよい。第2関係曲線87は、局所クォリティ67の第1閾値88及び第2閾値83を境にして、直線84の一部と、直線89と、直線86と、を有する。
The
第1関係曲線81と第2関係曲線87とで、第1閾値88以下の領域において直線84は共通である。すなわち、評価部12は、局所クォリティ67が極端に低い状態下では、燃料棒34の曲り量58に依存せずに同じ曲りペナルティ68として算出する。
The
直線89は、局所クォリティ67が第1閾値88より大きく第2閾値83以下の場合に、曲りペナルティ68を算出する関数であり、所定の正の数から局所クォリティ67に応じて単調減少する関数に基づくものであり、局所クォリティ67が第1閾値88である箇所で直線84と接続されており、局所クォリティ67が第2閾値83である箇所で直線86と接続されている右肩下がりの直線としてグラフ80に示されている。
A
また、第1関係曲線81と第2関係曲線87とで、第2閾値83及び直線86は共通である。すなわち、評価部12は、局所クォリティ67が一定値以上の状態下で、燃料棒34の曲り量58に依存せずに、曲りペナルティ68を0で算出する。
Also, the
ここで、第2関係曲線87の境界の1つである第1閾値88は、第1関係曲線81の境界の1つである第1閾値82よりも小さい値であり、第1閾値82よりも小さい程度は、燃料棒34の曲り量58の値に応じて適宜決定することができる。すなわち、第1閾値は、曲り量58の値に応じて単調増加し、曲り量58が100%に到達した際に第1閾値82に到達する関数で表される。このため、評価部12は、燃料棒34の曲り量58が大きければ大きいほど、より局所クォリティ67が大きい範囲まで、曲りペナルティ68を最大値である所定の正の数として算出する。
Here, the
また、上記の第1閾値82と第1閾値88との関係、及び、上記の第2閾値83の関係から、第1関係曲線81における直線85の傾きの大きさは、第2関係曲線87における直線89の傾きの大きさよりも大きくなっている。さらに、燃料棒34の曲り量58に応じて、閾値より大きい領域を表す直線の傾きの大きさが単調増加している。このため、評価部12が、燃料棒34の曲り量58が大きければ大きいほど、第2閾値83からの減少に応じて、より敏感に曲りペナルティ68が増大する傾向を有するように、曲りペナルティ68を算出する。
Further, from the relationship between the
以上のように、曲りペナルティ68と局所クォリティ67との関係は、燃料棒34の曲り量58に応じて種々の傾向を有する。このため、評価部12は、この関係を活用することで、曲りペナルティ68と局所クォリティ67との関係が準備されていない燃料棒34の曲り量58について曲りペナルティ68を算出する場合であっても、燃料棒34の曲り量58に応じて、局所クォリティ67の閾値を決定し、曲りペナルティ68と局所クォリティ67との関係を決定して、曲りペナルティ68を適宜算出することができる。
As described above, the relationship between the bending
なお、本実施形態では、局所クォリティ67が閾値より大きい領域について、曲りペナルティ68と局所クォリティ67との関係が、局所クォリティ67に応じて曲りペナルティ68が単調減少となる直線で示された形態を示したが、本発明はこれに限定されず、局所クォリティ67に応じて曲りペナルティ68が単調減少の関係であれば、曲線で示されていてもよい。
In this embodiment, for a region where the
図9は、従来の方法によって計算される、曲りペナルティと高温発熱棒平均熱流束との相関関係を示すグラフ110,120である。図9に示すグラフ110,120は、図8に示すグラフ80の比較例となるものである。ここで、高温発熱棒平均熱流束は、原子炉の内部で高温に発熱している燃料棒の熱流束の平均値のことを指す。図9の(A)に示すグラフ110は、原子炉の内部の圧力が14.5MPaである場合のものであり、図9の(B)に示すグラフ120は、原子炉の内部の圧力が16.6MPaである場合のものである。
FIG. 9 is
比較例に係る曲りペナルティと高温発熱棒平均熱流束との相関関係のグラフは、原子炉の内部の圧力が14.5MPaである場合の図9の(A)に示すグラフ110と、原子炉の内部の圧力が16.6MPaである場合の図9の(B)に示すグラフ120とが異なっているように、原子炉の内部の圧力に応じて異なるものであり、所定の原子炉の内部の圧力ごとに複数作成されるものである。
The graph of the correlation between the bending penalty and the high-temperature heating rod average heat flux according to the comparative example is the
グラフ110は、図9の(A)に示すように、横軸が高温発熱棒平均熱流束[単位;MW/m2]、縦軸が曲りペナルティ[単位;無次元]であり、第1プロット群112と、第2プロット群114と、第1関係曲線116と、第2関係曲線118と、を有する。
In the
第1プロット群112及び第2プロット群114は、いずれも、高温発熱棒及び制御棒案内シンブルと隣接した領域であるシンブルセルにおいて、燃料棒が接触曲りを有する場合、すなわち、曲り量が100%である場合における曲りペナルティと高温発熱棒平均熱流束との値の組み合わせをグラフ110にプロットした点の群である。第1プロット群112及び第2プロット群114は、接触棒が曲っている方向が異なる試験に基づくものである点で、異なっている。
Both the first group of
実線で表された第1関係曲線116は、第1プロット群112に基づいて最小二乗法近似をすることで、曲りペナルティを高温発熱棒平均熱流束の1次式でフィッティングしたものである。第1関係曲線116は、第1関係曲線116と同様の方法で第2プロット群114に基づいてフィッティングしたものと有意な差が得られなかった。
A first
破線で表された第2関係曲線118は、高温発熱棒とは隣接しており、制御棒案内シンブルとは隣接していない領域であるティピカルセルにおいて、第1関係曲線116と同様の方法でフィッティングして得たものである。シンブルセルにおける第1関係曲線116は、ティピカルセルにおける第2関係曲線118よりも曲りペナルティが高いという結果が得られた。
A
グラフ120は、図9の(B)に示すように、図9の(A)に示すグラフ110と同様に、横軸が高温発熱棒平均熱流束[単位;MW/m2]、縦軸が曲りペナルティ[単位;無次元]であり、第1プロット群122と、第2プロット群124と、第1関係曲線126と、第2関係曲線128と、を有する。グラフ120における第1プロット群122、第2プロット群124、第1関係曲線126及び第2関係曲線128は、いずれも、グラフ110における第1プロット群112、第2プロット群114、第1関係曲線116及び第2関係曲線118において、原子炉の内部の圧力を14.5MPaから16.6MPaに変更することで得られるものであるので、それぞれ、グラフ110における第1プロット群112、第2プロット群114、第1関係曲線116及び第2関係曲線118と同様の性質を有するものであるため、その詳細な説明を省略する。
As shown in (B) of FIG . 9, the
グラフ110とグラフ120とを比較すると、第1関係曲線116の方が第1関係曲線126よりも高温発熱棒平均熱流束に対する曲りペナルティの傾きが大きく、第2関係曲線118の方が第2関係曲線128よりも高温発熱棒平均熱流束に対する曲りペナルティの傾きが大きい。すなわち、比較例においては、原子炉の内部の圧力を小さくすることにより、高温発熱棒平均熱流束が増大することに応じて、より敏感に曲りペナルティが増大するという傾向を有している。また、高温発熱棒平均熱流束が1.0MW/m2以上1.8MW/m2以下の範囲においては、第1関係曲線126の方が第1関係曲線116よりも曲りペナルティが大きく、第2関係曲線128の方が第2関係曲線118よりも曲りペナルティが大きい。すなわち、比較例においては、原子炉の内部の圧力を大きくすることにより、曲りペナルティが大きくなる傾向を有している。
Comparing the
図9を用いて説明したように、比較例に係るグラフ110及びグラフ120では、曲りペナルティは、高温発熱棒平均熱流束との相関関係で表されており、局所クォリティ67のような局所の冷却材条件との相関関係で表されていない。一方、本実施形態では、曲りペナルティ68との相関関係を取る相手として局所クォリティ67を採用することとしたので、評価部12が、曲りペナルティ68を実態に応じた合理的な評価をすることが可能になった。
As described with reference to FIG. 9, in the
限界熱流束比評価ステップS5は、データの取り扱いにおいて図6に示す処理75に相当し、評価部12が、最小限界熱流束比算出ステップS3で算出した最小限界熱流束比66に、入力パラメータ設定ステップS2で設定した不確定性パラメータと、曲りペナルティ算出ステップS4で算出した曲りペナルティ68とを結合するステップである。
The critical heat flux ratio evaluation step S5 corresponds to the
限界熱流束比評価ステップS5では、具体的には、評価部12が、最小限界熱流束比66に対し、不確定性パラメータと、1から曲りペナルティ68を減じた値とを掛け合わせることにより、不確定性パラメータ及び曲りペナルティ68を結合した結合後の最小限界熱流束比Zを1回分取得する。
Specifically, in the critical heat flux ratio evaluation step S5, the
計算回数判定ステップS6は、データの取り扱いにおいて図6に示す処理76に相当し、評価部12が、入力パラメータ設定ステップS2から限界熱流束比評価ステップS5までの各ステップを統計上有意な所定の回数、本実施形態では例えば10000回、繰り返して実行したか否かを判定するステップである。計算回数判定ステップS6において統計上有意な所定の回数を実行していないと判定した場合、すなわち、計算回数判定ステップS6においてNoと判定した場合、計算回数判定ステップS6において統計上有意な所定の回数実行するに至るまで、入力パラメータ設定ステップS2に戻って、入力パラメータ設定ステップS2から限界熱流束比評価ステップS5までの各ステップを繰り返し実行する。
The number-of-calculations determination step S6 corresponds to the
計算回数判定ステップS6において統計上有意な所定の回数を実行していると判定した場合、すなわち、計算回数判定ステップS6においてYesと判定した場合、評価部12は、図6に示すように、取得した統計上有意な所定の回数分の結合後の最小限界熱流束比に基づいて、限界熱流束比に関する結合確率Z(10000回分の確率変数)の確率分布69を作成する。なお、この場合において、評価部12は、設計パラメータ、入力パラメータ設定ステップS2で設定した各入力パラメータ、及び、燃料棒34の曲り量58のいずれにも当てはまらず、統計的に取り扱わないパラメータについて、限界熱流束比に対する評価結果が厳しくなるように保守的な枠取り評価をして、例えば選定した固定値を用いてペナルティとして取り込んで処理してもよい。例えば、評価部12は、異なる種類の燃料の混在による混在ペナルティを、保守的な枠取り評価をして、選定した固定値を用いて、取り込んで処理することができる。
When it is determined that the number of times of calculation is determined to be statistically significant predetermined times in the number of calculations determination step S6, that is, when it is determined as Yes in the number of times of calculation determination step S6, the
確率分布条件判定ステップS7及び炉心冷却材条件変更ステップS8は、データの取り扱いにおいて図6に示す処理77に相当する。確率分布条件判定ステップS7は、評価部12が、計算回数判定ステップS6で作成した確率分布69が所定の条件を満たすか否かを判定するステップである。確率分布条件判定ステップS7では、本実施形態では、評価部12が、確率分布69における所定の確率、例えば95%の確率となる限界熱流束比の下限値が1.0に一致しているか否かを判定する。確率分布条件判定ステップS7において、所定の条件を満たしていない、すなわち、確率分布69における限界熱流束比の下限値が1.0に一致していないと判定した場合、確率分布条件判定ステップS7においてNoと判定し、原子炉評価方法は、炉心冷却材条件変更ステップS8に移行する。
The probability distribution condition determination step S7 and the core coolant condition change step S8 correspond to the
炉心冷却材条件変更ステップS8は、確率分布69における限界熱流束比の下限値を1.0に近づける方向に、例えば、図6に示す確率分布69については、図6に示す処理77の矢印に示すように、限界熱流束比の下限値を下げる厳しい方向に、炉心冷却材条件設定ステップS1で設定した炉心30及び冷却材25の条件を変更するステップである。原子炉評価方法は、炉心冷却材条件変更ステップS8の後、再び入力パラメータ設定ステップS2に移行し、評価部12が、再び計算回数判定ステップS6においてYesと判定するまで、入力パラメータ設定ステップS2から限界熱流束比評価ステップS5までの各ステップを繰り返して、新たな確率分布69を作成する。
The core coolant condition change step S8 moves the lower limit of the critical heat flux ratio in the
確率分布条件判定ステップS7において、所定の条件を満たしている、すなわち、確率分布69における限界熱流束比の下限値が1.0に一致しており、確率分布69が確率分布60のような状態になっていると判定した場合、確率分布条件判定ステップS7においてYesと判定し、確率分布60を決定し、これに基づいて限界熱流束及び限界熱流束比を評価し、限界熱流束比の設計限界値を評価して、本実施形態に係る原子炉評価方法を終了させる。
In the probability distribution condition determination step S7, a predetermined condition is satisfied, that is, the lower limit of the critical heat flux ratio in the
本発明の実施形態に係る原子炉評価方法では、発明者らの鋭意検討の結果、評価部12が、燃料棒34の曲り量58及び曲りペナルティ68を、従来技術のような決定論的ではない合理的な方法で扱うことが可能になった。このため、本発明の実施形態に係る原子炉評価方法は、燃料棒34の曲り量58について入力パラメータ設定ステップS2で各入力パラメータと同様に発生させた乱数に基づいて設定する処理をし、曲りペナルティ算出ステップS4で燃料棒34の曲り量58に基づいて曲りペナルティ68を算出し、限界熱流束比評価ステップS5で曲りペナルティ68を不確定性パラメータとともに最小限界熱流束比66に結合することができるものとなった。
In the nuclear reactor evaluation method according to the embodiment of the present invention, as a result of diligent studies by the inventors, the
なお、本発明に係る原子炉評価方法では、評価部12は、曲りペナルティ68以外のペナルティについて、上記した曲りペナルティ68の要因パラメータである燃料棒34の曲り量58に対して実行した処理と同様の処理を実行して最小限界熱流束比66に結合してもよい。すなわち、本発明に係る原子炉評価方法では、所定のペナルティの要因パラメータであるペナルティ要因パラメータがわかっており、ペナルティ要因パラメータに基づいて所定のペナルティを算出することができる場合、評価部12は、所定のペナルティの要因パラメータであるペナルティ要因パラメータについて発生させた乱数に基づいて設定する処理をし、曲りペナルティ算出ステップS4と同様のペナルティ算出ステップで所定のペナルティを算出し、限界熱流束比評価ステップS5で所定のペナルティを不確定性パラメータとともに最小限界熱流束比66に結合してもよい。本発明に係る原子炉評価方法では、評価部12は、このようなペナルティ要因パラメータがわかっている所定のペナルティについても、燃料棒34の曲り量58及び曲りペナルティ68と同様に、従来では限界熱流束比に対する評価結果が厳しくなるように保守的な枠取り評価をして取り扱われていたものについて、実態に応じた合理的な評価をすることができる。
In the nuclear reactor evaluation method according to the present invention, the
図10は、図1の原子炉評価装置10による限界熱流束比のデータの取り扱いと、従来の方法による限界熱流束比のデータの取り扱いとの比較を示す図である。図10の(A)に示す確率分布60は、原子炉評価装置10による限界熱流束比のデータの取り扱いを表しており、図5で示したものと同じである。図10の(B)に示す確率分布160は、従来の方法による限界熱流束比のデータの取り扱いを表している。
FIG. 10 is a diagram showing a comparison between the handling of critical heat flux ratio data by the nuclear
確率分布160における下限値161は、確率分布60における下限値61に対応している。また、限界熱流束比の許容限界値162は、限界熱流束比の許容限界値62に対応しており、確率分布160に基づいて算出することができ、プラントごとに適宜設定される。また、限界熱流束比の通常値163は、限界熱流束比の通常値63に対応しており、原子炉20を通常運転している際の限界熱流束比の値である。
確率分布160における限界熱流束比の設計限界値と限界熱流束比の許容限界値162との差164a及び差164bは、確率分布60における差64に対応しており、確率分布60における差64と同様に、保守的な枠取り評価をするペナルティに充てられる限界熱流束比の余裕を表している。差164aは、差64と同じであり、差164bは、曲りペナルティについて保守的な枠取り評価をした場合に充てられる限界熱流束比の余裕である。
The
また、確率分布160における限界熱流束比の許容限界値162と限界熱流束比の通常値163との差165は、確率分布60における差65と対応しており、通常条件下で原子炉20を運転する場合の許容限界に対する限界熱流束比の設計上の余裕を示している。
In addition, the
図1の原子炉評価装置10による原子炉評価方法では、曲りペナルティ68について実態に応じた合理的な評価をして熱流動解析に結合している一方で、従来の方法では、曲りペナルティについて保守的な枠取り評価をしているため、確率分布60は、確率分布160と比較して、曲りペナルティ68を合理的に結合している分だけ大きな広がりを有しているとともに、差165よりも大きな差65を有している。したがって、図1の原子炉評価装置10による原子炉評価方法は、従来の方法と比較して、限界熱流束比の余裕をより大きくとることができる。
In the nuclear reactor evaluation method using the
実施形態に係る原子炉評価装置10、実施形態に係る原子炉評価方法及び実施形態に係る原子炉評価プログラムは、以上のような構成を有するので、曲りペナルティ68を局所空間における熱平衡のクォリティである局所クォリティ67及び燃料棒34の曲り量58に基づいて算出することとしたので、曲りペナルティ68について保守的な枠取り評価をするのではなく、実態に応じた合理的な評価をした上で、原子炉20の評価をすることができる。すなわち、実施形態に係る原子炉評価装置10、実施形態に係る原子炉評価方法及び実施形態に係る原子炉評価プログラムは、曲りペナルティ68について実態に応じた合理的な評価をして、熱流動解析で算出した限界熱流束比に結合することで、図5及び図10に示す確率分布60の広がりとして取り込み、従来の方法における差164bをなくすことができるので、より余裕のある原子炉20の設計を可能にしている。
Since the nuclear
実施形態に係る原子炉評価装置10、実施形態に係る原子炉評価方法及び実施形態に係る原子炉評価プログラムは、さらに、評価部12が、局所クォリティ67及び燃料棒34の曲り量58を入力パラメータとする曲りペナルティ相関式を用いて、曲りペナルティ68を算出しており、この曲りペナルティ相関式は、局所クォリティ67として、冷却材25の潜熱に対する冷却材25のエンタルピーから冷却材25の液相の飽和エンタルピーを差し引いた値を用い、局所クォリティ67が第1閾値82,88以下の場合には、曲りペナルティ68を所定の正の数で算出し、局所クォリティ67が第1閾値82,88より大きく第2閾値83以下の場合には、所定の正の数から局所クォリティ67に応じて単調減少する関数を用いて算出し、局所クォリティ67が第2閾値83より大きい場合には、0で算出している。このため、実施形態に係る原子炉評価装置10、実施形態に係る原子炉評価方法及び実施形態に係る原子炉評価プログラムは、曲りペナルティ68を、より実態に応じた合理的な評価をすることができる。
In the nuclear
実施形態に係る原子炉評価装置10、実施形態に係る原子炉評価方法及び実施形態に係る原子炉評価プログラムは、さらに、燃料棒34の曲り量58が、曲りを有する燃料棒34を含む場合の隣接する燃料棒34同士の間の距離をD´とし、曲りを有する燃料棒34を含まない場合の隣接する燃料棒34同士の間の距離をDとすると、1-(D´/D)となっており、評価部12が、曲り量58に応じて、局所クォリティ67の第1閾値82,88を決定している。このため、実施形態に係る原子炉評価装置10、実施形態に係る原子炉評価方法及び実施形態に係る原子炉評価プログラムは、曲りペナルティ68を示す式の燃料棒34の曲り量58に対する依存性がわかりやすくなるため、種々の曲り具合を有する燃料棒34について、曲りペナルティ68を容易な式で扱うことができる。
The nuclear
実施形態に係る原子炉評価装置10、実施形態に係る原子炉評価方法及び実施形態に係る原子炉評価プログラムは、また、評価部12が、燃料棒34の曲り量58を確率変数として統計的に取り扱い、曲りペナルティ相関式を用いて曲りペナルティ68を算出している。このため、実施形態に係る原子炉評価装置10、実施形態に係る原子炉評価方法及び実施形態に係る原子炉評価プログラムは、実態に応じた合理的な評価をした曲りペナルティ68を、その合理性及びペナルティとしての性質を保持したまま、評価に取り込んで処理することができる。
In the nuclear
実施形態に係る原子炉評価装置10、実施形態に係る原子炉評価方法及び実施形態に係る原子炉評価プログラムは、評価部12が、原子炉20の炉心30の中において熱流動解析を行い、所定のペナルティに関するペナルティ要因パラメータを、熱流動解析で取り扱う入力パラメータとともに確率変数として統計的に取り扱うことにより、この所定のペナルティを算出し、算出した所定のペナルティを熱流動解析で算出した原子炉20の限界熱流束比に結合することを特徴とする。このため、実施形態に係る原子炉評価装置10、実施形態に係る原子炉評価方法及び実施形態に係る原子炉評価プログラムは、所定のペナルティの要因パラメータであるペナルティ要因パラメータがわかっており、ペナルティ要因パラメータに基づいて所定のペナルティを算出することができる場合、曲りペナルティ68以外のペナルティについても、保守的な枠取り評価をするのではなく、実態に応じた合理的な評価をした上で、原子炉20の評価をすることができる。
In the nuclear
実施形態に係る原子炉評価装置10、実施形態に係る原子炉評価方法及び実施形態に係る原子炉評価プログラムは、また、評価部12が、算出した所定のペナルティとともに、不確定性パラメータを、熱流動解析で算出した原子炉20の限界熱流束比に結合している。このため、実施形態に係る原子炉評価装置10、実施形態に係る原子炉評価方法及び実施形態に係る原子炉評価プログラムは、所定のペナルティを、不確定性パラメータと均等な扱いで、原子炉20の限界熱流束比に結合することができる。
In the nuclear
10 原子炉評価装置
12 評価部
20 原子炉
25 冷却材
30 炉心
32 燃料集合体
34 燃料棒
36 制御棒案内シンブル
38 計装用案内シンブル
40 領域
51 1次冷却材流量
52 炉心バイパス流量
53 原子炉圧力
54 1次冷却材平均温度
55 原子炉出力
56 工学的熱水路係数
57 核的エンタルピー上昇熱水路係数
58 曲り量
59 比
60,69 確率分布
61 下限値
62 許容限界値
63 通常値
64,65 差
66 最小限界熱流束比
67 局所クォリティ
68 曲りペナルティ
71,72,73,74,75,76,77 処理
80 グラフ
81 第1関係曲線
82,88 第1閾値
83 第2閾値
84,85,86,89 直線
87 第2関係曲線
REFERENCE SIGNS
Claims (8)
前記評価部は、
前記原子炉の炉心の中において熱流動解析を行うことにより、前記炉心の中において複数に分割された分割領域ごとに熱平衡のクォリティを表すパラメータである局所クォリティを算出し、
前記局所クォリティに基づいて、局所的な限界熱流束比である局所限界熱流束比が最小となる局所空間を決定し、
前記局所空間における前記局所クォリティ及び前記原子炉の中の燃料棒の曲り量に基づいて、前記燃料棒の曲りが前記限界熱流束比に及ぼす影響を表すパラメータである曲りペナルティを算出し、
算出した前記曲りペナルティを前記熱流動解析で算出した前記原子炉の前記限界熱流束比に結合することを特徴とする原子炉評価装置。 Equipped with an evaluation unit that evaluates the critical heat flux ratio of the reactor,
The evaluation unit
By performing a heat flow analysis in the core of the nuclear reactor, calculating a local quality, which is a parameter representing the quality of thermal equilibrium for each divided region divided into a plurality of regions in the core,
Based on the local quality, determine a local space where the local critical heat flux ratio, which is a local critical heat flux ratio, is the minimum,
Based on the local quality in the local space and the amount of bending of the fuel rods in the reactor, a bending penalty, which is a parameter representing the effect of the bending of the fuel rods on the critical heat flux ratio, is calculated;
A nuclear reactor evaluation apparatus, wherein the calculated bending penalty is combined with the critical heat flux ratio of the nuclear reactor calculated by the thermal hydraulic analysis.
前記局所クォリティ及び前記燃料棒の前記曲り量を入力パラメータとする曲りペナルティ相関式を用いて、前記曲りペナルティを算出しており、
前記曲りペナルティ相関式は、
前記局所クォリティとして、冷却材の潜熱に対する前記冷却材のエンタルピーから前記冷却材の液相の飽和エンタルピーを差し引いた値を用い、
前記局所クォリティが第1閾値以下の場合には、曲りペナルティを所定の正の数で算出し、前記局所クォリティが前記第1閾値より大きく第2閾値以下の場合には、前記所定の正の数から前記局所クォリティに応じて単調減少する関数を用いて算出し、前記局所クォリティが第2閾値より大きい場合には、0で算出することを特徴とする請求項1に記載の原子炉評価装置。 The evaluation unit
The bending penalty is calculated using a bending penalty correlation formula having the local quality and the bending amount of the fuel rod as input parameters,
The bending penalty correlation formula is
As the local quality, using a value obtained by subtracting the saturated enthalpy of the liquid phase of the coolant from the enthalpy of the coolant with respect to the latent heat of the coolant,
If the local quality is less than or equal to the first threshold, the bending penalty is calculated as a predetermined positive number, and if the local quality is greater than the first threshold and less than or equal to the second threshold, the predetermined positive number 2 . The nuclear reactor evaluation system according to claim 1 , wherein the calculation is performed using a function that monotonically decreases according to the local quality from , and the calculation is performed with 0 when the local quality is greater than a second threshold value.
前記評価部は、前記曲り量に応じて、前記局所クォリティの前記第1閾値を決定することを特徴とする請求項2に記載の原子炉評価装置。 The amount of bending of the fuel rods is determined by setting the distance between the adjacent fuel rods when the fuel rods having a curve are included and the distance between the adjacent fuel rods when the fuel rods having a curve are not included. If the distance between is D, it is 1-(D'/D),
3. The nuclear reactor evaluation apparatus according to claim 2, wherein the evaluation unit determines the first threshold value of the local quality according to the bending amount.
前記燃料棒の前記曲り量を確率変数として統計的に取り扱い、曲りペナルティ相関式を用いて前記曲りペナルティを算出することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の原子炉評価装置。 The evaluation unit
4. The atom according to any one of claims 1 to 3, wherein the bending amount of the fuel rod is statistically treated as a random variable, and the bending penalty is calculated using a bending penalty correlation formula. Furnace evaluation device.
前記局所クォリティに基づいて、局所的な限界熱流束比である局所限界熱流束比が最小となる局所空間を決定する局所空間決定ステップと、
前記局所空間における前記局所クォリティ及び前記原子炉の中の燃料棒の曲り量に基づいて、前記燃料棒の曲りが前記限界熱流束比に及ぼす影響を表すパラメータである曲りペナルティを算出する曲りペナルティ算出ステップと、
前記曲りペナルティ算出ステップで算出した前記曲りペナルティを、前記熱流動解析で算出した前記原子炉の前記限界熱流束比に結合する限界熱流束比評価ステップと、
を含むことを特徴とする原子炉評価方法。 a local quality calculation step of calculating a local quality, which is a parameter representing the quality of thermal equilibrium for each of a plurality of divided regions in the core, by performing a heat flow analysis in the core of the nuclear reactor;
a local space determination step of determining a local space in which a local critical heat flux ratio, which is a local critical heat flux ratio, is minimized based on the local quality;
Bending penalty calculation for calculating a bending penalty, which is a parameter representing the effect of the bending of the fuel rods on the critical heat flux ratio, based on the local quality in the local space and the amount of bending of the fuel rods in the reactor. a step;
a critical heat flux ratio evaluating step of combining the bending penalty calculated in the bending penalty calculating step with the critical heat flux ratio of the nuclear reactor calculated in the thermal hydraulic analysis;
A nuclear reactor evaluation method comprising:
原子炉の炉心の中において熱流動解析を行うことにより、前記炉心の中において複数に分割された分割領域ごとに熱平衡のクォリティを表すパラメータである局所クォリティを算出する局所クォリティ算出ステップと、
前記局所クォリティに基づいて、局所的な限界熱流束比である局所限界熱流束比が最小となる局所空間を決定する局所空間決定ステップと、
前記局所空間における前記局所クォリティ及び前記原子炉の中の燃料棒の曲り量に基づいて、前記燃料棒の曲りが前記限界熱流束比に及ぼす影響を表すパラメータである曲りペナルティを算出する曲りペナルティ算出ステップと、
前記曲りペナルティ算出ステップで算出した前記曲りペナルティを、前記熱流動解析で算出した前記原子炉の前記限界熱流束比に結合する限界熱流束比評価ステップと、
を実行させることを特徴とする原子炉評価プログラム。 In the evaluation section that evaluates the critical heat flux ratio of the nuclear reactor,
a local quality calculation step of calculating a local quality, which is a parameter representing the quality of thermal equilibrium for each of a plurality of divided regions in the core, by performing a heat flow analysis in the core of the nuclear reactor;
a local space determination step of determining a local space in which a local critical heat flux ratio, which is a local critical heat flux ratio, is minimized based on the local quality;
Bending penalty calculation for calculating a bending penalty, which is a parameter representing the effect of the bending of the fuel rods on the critical heat flux ratio, based on the local quality in the local space and the amount of bending of the fuel rods in the reactor. a step;
a critical heat flux ratio evaluating step of combining the bending penalty calculated in the bending penalty calculating step with the critical heat flux ratio of the nuclear reactor calculated in the thermal hydraulic analysis;
A nuclear reactor evaluation program characterized by executing
前記燃料棒の前記曲り量を確率変数として統計的に取り扱わせて、曲りペナルティ相関式を用いて前記曲りペナルティを算出させることを特徴とする請求項7に記載の原子炉評価プログラム。 to the evaluation unit,
8. The nuclear reactor evaluation program according to claim 7 , wherein said bending amount of said fuel rod is statistically treated as a random variable, and said bending penalty is calculated using a bending penalty correlation formula.
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