JP7117207B2 - Reactor Evaluation System, Reactor Evaluation Method, and Reactor Evaluation Program - Google Patents

Reactor Evaluation System, Reactor Evaluation Method, and Reactor Evaluation Program Download PDF

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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).

「三菱公開文献 MHI-NES-1009 改2『改良統計的熱設計手法について』」、2009年12月"Mitsubishi Public Document MHI-NES-1009 Revision 2 'Improved Statistical Thermal Design Method'", December 2009

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 Document 1 deterministically considers the bending penalty, which is a parameter that represents the influence of the bending of the fuel rods in the core of the nuclear reactor on the critical heat flux and the critical heat flux ratio, which is the value of the ratio. is doing. Specifically, in the method of Non-Patent Document 1, based on the test analysis results of the critical heat flux, for each predetermined internal pressure in the reactor, the bending penalty and the high-temperature heating rod average heat flux, that is, the reactor By applying the least squares method approximation to the correlation with the average value of the heat flux of the fuel rods internally generating heat at a high temperature, the bending penalty is calculated as a linear expression of the average heat flux of the high-temperature heating rods.

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 Document 1, by using the above-described linear expression of the high-temperature heating rod average heat flux of the bending penalty and combining the core cooling conditions of the reactor that conservatively give the severest result, bending There was room for rationalization because the penalty was calculated based on a more conservative framework evaluation than the actual situation.

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.

図1は、本発明の実施形態に係る原子炉評価装置及び原子炉評価装置が用いられる原子炉の一例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a nuclear reactor evaluation system and a nuclear reactor in which the nuclear reactor evaluation system is used according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1の炉心の詳細な構成の一例を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of a detailed configuration of the core of FIG. 1. In FIG. 図3は、図2の燃料集合体の詳細な流路構成の一例を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a detailed flow channel configuration of the fuel assembly of FIG. 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。FIG. 4 is a flow chart of a nuclear reactor evaluation method according to an embodiment of the present invention. 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。FIG. 5 is a diagram showing the handling of critical heat flux ratio data in the nuclear reactor evaluation method of FIG. 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。FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining each step of the flowchart of FIG. 4 in handling the data of FIG. 図7は、図3の燃料集合体の隣接する燃料棒同士の間の距離の一例を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of the distance between adjacent fuel rods in the fuel assembly of FIG. 図8は、図1の原子炉評価装置によって計算される、曲りペナルティと局所クォリティとの相関関係を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the correlation between bending penalty and local quality calculated by the reactor evaluator of FIG. 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である。FIG. 9 is a graph showing the correlation between the bending penalty and the high temperature heating bar average heat flux calculated by the conventional method. 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。FIG. 10 is a diagram showing a comparison between the handling of critical heat flux ratio data by the nuclear reactor evaluation system 10 of FIG. 1 and the handling of critical heat flux ratio data by a conventional method.

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 reactor evaluation system 10 according to an embodiment of the present invention and a nuclear reactor 20 as an example of a nuclear reactor in which the nuclear reactor evaluation system 10 is used. The reactor evaluation system 10 includes an evaluation unit 12 as shown in FIG. The evaluation unit 12 is electrically connected to each part of the nuclear reactor 20 so as to be able to communicate information, and acquires various parameters such as design values related to each part from each part of the nuclear reactor 20 . In the present embodiment, the evaluation unit 12 is configured to directly acquire various parameters such as measured values relating to each unit from each unit of the nuclear reactor 20. and a form of acquiring these various parameters via a storage medium or storage device exemplified by flash memory and the like.

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 evaluation unit 12 includes an input unit, a storage unit, and a processing unit. The evaluation unit 12 is exemplified by a computer. The input unit is, for example, a touch panel integrated with an interface that accepts input of environmental data from the reactor 20, which is an externally connected device, and a mouse, keyboard, display device, etc. that is an interface that accepts input from the user. It transmits information received as input to the storage unit or the processing unit. The storage unit has a storage medium or storage device such as RAM, ROM, and flash memory, and stores a reactor evaluation program, which is a software program processed by the processing unit, and data referred to by this software program. do. The storage unit also functions as a storage area in which the processing unit temporarily stores processing results and the like. The processing unit reads a software program or the like from the storage unit and processes the function according to the contents of the software program. It exhibits the function of implementing the reactor evaluation method according to the embodiment. The processing unit can display information read from the storage unit, processed information, and the like on a display device or the like connected to the evaluation unit 12 .

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 nuclear reactor 20 includes a core 30 inside, as shown in FIG. The core 30 is filled with a flowing coolant 25 as shown in FIG. Inside the nuclear reactor 20, the coolant 25 is a medium for taking out the thermal energy obtained by the nuclear fission of the nuclear fuel contained in the core 30 to the outside of the nuclear reactor 20. Also works as material.

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 core 30 of FIG. 1. As shown in FIG. FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of the detailed configuration of the fuel assembly 32 of FIG. 2. As shown in FIG. FIG. 2 shows only the lower right quarter portion of FIG. 2 for the core 30 of FIG. FIG. 3 shows only the lower right quarter portion in FIG. 3 of the fuel assembly 32 of FIG.

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 core 30 includes a plurality of arranged fuel assemblies 32 and control rods (not shown) that can be inserted into and removed from the fuel assemblies 32 . As shown in FIG. 3, the fuel assembly 32 is formed by arranging a plurality of fuel rods 34 containing nuclear fuel and processed into a rod-like composite. The fuel assembly 32 further includes a control rod guide thimble 36 into which a control rod for controlling nuclear fission of the nuclear fuel contained in the fuel assembly 32 can be inserted and removed, and various parameters such as measurements related to each part of the core 30. and an instrumentation guide thimble 38 for inserting the meter. As shown in FIG. 3, the fuel assembly 32 has a plurality of regions 40 surrounded by fuel rods 34 arranged therein. Note that the region 40 includes not only the region surrounded by the four fuel rods 34 in FIG.

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 reactor 20 is exemplified by a pressurized water reactor (PWR) in this embodiment, but the present invention is not limited to this and may be other types of reactors. If the reactor 20 is a pressurized water reactor, it comprises one or more steam generators (SG). In this case, the reactor 20 constitutes, together with these steam generators, a primary cooling system (Reactor Coolant System, RCS), which is a closed system in which a coolant 25 as a primary coolant flows. The heat energy taken out of the reactor 20 by the coolant 25 is transmitted to the secondary cooling system in the steam generator and contributes to nuclear power generation.

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 nuclear reactor 20, the evaluation unit 12 uses a generalized statistical thermal-design method (GSTM) to estimate the local heat that leads to detachment from nucleate boiling. Predicting the critical heat flux (Departure from Nucleate Boiling, DNB) that is the output and the critical heat flux ratio (Departure from Nucleate Boiling Ratio, DNBR) that is the value of its ratio, especially the minimum limit that takes the smallest value among them The heat flux ratio (minimum DNBR) is extracted and evaluated.

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 reactor evaluation system 10 according to the embodiment having the configuration as described above will be described below. FIG. 4 is a flow chart of a nuclear reactor evaluation method according to an embodiment of the present invention. A nuclear reactor evaluation method according to an embodiment of the present invention is an example of the operation of the nuclear reactor evaluation apparatus 10 . In the nuclear reactor evaluation method according to the embodiment of the present invention, the evaluation unit 12 performs calculation using the Monte Carlo method, that is, Monte Carlo calculation, as described below with reference to FIG. Predict and evaluate the flux ratio and evaluate the design limits for the critical heat flux ratio. As shown in FIG. 4, the nuclear reactor evaluation method according to the embodiment includes a core coolant condition setting step S1, an input parameter setting step S2, a minimum critical heat flux ratio calculation step S3, a bending penalty calculation step S4, It includes a critical heat flux ratio evaluation step S5, a calculation count determination step S6, a probability distribution condition determination step S7, and a core coolant condition change step S8.

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 reactor pressure 53, the primary coolant mean temperature 54, the reactor power 55, the engineering heat channel coefficients for enthalpy rise 56, and the nuclear enthalpy rise heat channel coefficients 57 are defined by the uncertainties of these input parameters. are collectively considered together, and furthermore, the bending amount 58 of the fuel rod 34, which is an important parameter for the bending penalty 68 (see FIG. 6) that was rationally evaluated according to the actual situation, and the critical heat flux test Using the uncertainty of the ratio 59 of the predicted value (P) to the measured value (M) of the critical heat flux based on the critical heat flux correlation formula (DNB correlation formula) created based on the data, the predetermined critical heat flux By obtaining the probability distribution 60 of the random variable (coupling probability Z) regarding the ratio, the critical heat flux ratio is evaluated, and the design limit value of the critical heat flux ratio is evaluated.

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 coolant flow rate 51, core bypass flow rate 52, reactor pressure 53, primary coolant average temperature 54, reactor power 55, engineering heat channel coefficient for enthalpy rise 56, engineering heat for enthalpy rise Each of the channel coefficient 56, the amount of bending 58, and the ratio 59 of the predicted value (P) by the critical heat flux correlation formula to the measured value (M) of the critical heat flux outputs one value according to a random number. Treated statistically as a random variable.

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 lower limit value 61 of the critical heat flux ratio at which the probability distribution 60 has a predetermined probability, such as a probability of 95%, is equal to 1.0. Also, the permissible limit value 62 of the critical heat flux ratio can be calculated based on the probability distribution 60 . Note that the permissible limit value 62 of the critical heat flux ratio is appropriately set for each plant. Also, the normal value 63 of the critical heat flux ratio is the value of the critical heat flux ratio when the nuclear reactor 20 is normally operated.

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 difference 64 between the design limit value of the critical heat flux ratio and the allowable limit value 62 of the critical heat flux ratio in the probability distribution 60 is the critical heat flow rate allotted to the penalty for conservative framing evaluation. It represents the margin of the flux ratio. Also, the difference 65 between the allowable limit value 62 of the critical heat flux ratio and the normal value 63 of the critical heat flux ratio in the probability distribution 60 is the critical heat flux ratio relative to the allowable limit when the reactor 20 is operated under normal conditions. This indicates a design margin. The evaluation unit 12 of the reactor evaluation apparatus 10 can evaluate that the reactor 20 is extremely safe during normal operation according to the magnitude of the difference 65 .

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 processing 71 shown in FIG. is a step of setting

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 processing 72 shown in FIG. Below is the step of setting each input parameter to be treated statistically by generating random numbers. Specifically, in the input parameter setting step S2, a random number is generated for each input parameter, and each input parameter is set based on the generated random number.

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 heat channel coefficient 56 and the nuclear enthalpy rise heat channel coefficient 57 related to enthalpy rise are set as input parameters that are statistically handled by generating random numbers, but the present invention is limited to this. Instead, each input parameter can be set as appropriate.

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 evaluation unit 12 also determines the bending amount 58 of the fuel rod 34 by A random number is generated, and the bending amount 58 of the fuel rod 34 is set based on the generated random number.

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 amount 58 of the fuel rod 34 used in the nuclear reactor evaluation method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of the distance between adjacent fuel rods 34 of the fuel assembly 32 of FIG. In the nuclear reactor evaluation method according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. Assuming that the distance between the adjacent fuel rods 34 without the fuel rods 34 is D, the bending amount 58 of the fuel rods 34 is preferably 1-(D'/D). Here, the distance between the adjacent fuel rods 34 is the gap between the adjacent fuel rods 34, that is, the distance between the outer peripheries of the adjacent fuel rods 34 as shown in FIG. When such a value is used as the bending amount 58 of the fuel rod 34, for example, in the case of so-called contact bending, in which a bent fuel rod 34 is in contact with an adjacent fuel rod 34, the bent fuel rod 34 is Since the distance D' between them is 0, the bending amount 58 is 1, and when expressed in percentage [unit: %], it is 100%. Such a bending amount 58 expresses the effect on the flow rate of the coolant 25 between the fuel rods 34 in an easy-to-understand manner. The distance between the adjacent fuel rods 34 to be used for the bending amount 58 of the fuel rods 34 is not limited to the above, and may be, for example, the distance between the central axes of the adjacent fuel rods 34. . Also, the bending amount 58 of the fuel rod 34 statistically treats the maximum value in the axial direction of the fuel rod 34 .

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 evaluation unit 12 further uses the uncertainty parameter of the ratio 59 of the predicted value (P) to the measured value (M) of the critical heat flux that can be set by the critical heat flux correlation formula. Similarly to the execution for each input parameter and the bending amount 58 of the fuel rod 34, a random number is generated for the uncertainty parameter, and the uncertainty parameter is set based on the generated random number do. Here, in the nuclear reactor evaluation method according to the embodiment of the present invention, the uncertainty parameter of the predicted value (P) for the measured critical heat flux (M) is obtained by dividing the measured critical heat flux by the predicted value. It is preferred to use the resulting quotient value (M/P).

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 processing 73 shown in FIG. 6 in terms of data handling. A step of calculating a minimum critical heat flux ratio 66, which is the minimum value of the critical heat flux ratios, based on each input parameter except for and. The minimum critical heat flux ratio 66 calculated in the minimum critical heat flux ratio calculation step S3 takes into consideration the uncertainty of each input parameter, and also the bending penalty 68 calculated based on the bending amount 58 of the fuel rod 34. It was calculated excluding any penalties including and uncertainty parameters.

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 evaluation unit 12 performs thermal fluid analysis in the core 30 of the nuclear reactor 20 when calculating the minimum critical heat flux ratio 66 . In the minimum critical heat flux ratio calculation step S3, taking advantage of this, together with the calculation of the minimum critical heat flux ratio 66, the heat equilibrium quality is calculated for each sub-region (divided region) divided into a plurality of regions in the core 30. A local quality calculation step is executed to calculate a local quality 67 which is a parameter representing . Specifically, in the local quality calculation step in the minimum limit heat flux ratio calculation step S3, the evaluation unit 12 solves the three-dimensional flow of heat flow by performing a heat-hydraulic analysis, and calculates the overall three-dimensional flow in the core 30 The local quality 67 is calculated together with the values of the pressure, flow rate, temperature, etc. of the coolant 25 for each mesh-shaped small region cut from the figure.

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 evaluation unit 12 calculates the thermal equilibrium quality x shown in (Equation 1) below for each of the small regions described above.

Figure 0007117207000001
Figure 0007117207000001

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h[単位;J/kg]と液相の飽和エンタルピーh[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h[単位;J/kg]から冷却材25の液相の飽和エンタルピーh[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 coolant 25 and the liquid phase saturation enthalpy hf [unit: J/kg]. It represents a certain latent heat h fg [unit: J/kg]. The numerator of the fractional expression on the right side of the above (Equation 1) is obtained by subtracting the saturation enthalpy h f [unit: J/kg] of the liquid phase of the coolant 25 from the enthalpy h m [unit: J/kg] of the coolant 25. is a value.

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 evaluation unit 12 further determines the local heat flux ratio, which is the local critical heat flux ratio, based on the local quality 67 calculated in the local quality calculation step. Perform a local space determination step to determine the space. Specifically, in the local space determination step in the minimum critical heat flux ratio calculation step S3, the evaluation unit 12 determines a small region having the minimum local critical heat flux ratio as the local space.

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 heat flux ratio 66, the calculation of the local quality 67, and the determination of the local space are executed in the core 30 of the series of nuclear reactors 20. In the analysis, it is executed in conjunction.

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 processing 74 shown in FIG. 6 in terms of data handling. Based on the local quality 67 calculated in the local quality calculation step in the local space determined in the local space determination step in S3, a bending penalty correlation formula with input parameters of the bending amount 58 and the local quality 67 of the fuel rod 34 is used. The next step is to calculate a bending penalty 68, which is a parameter representing the effect of the bending of the fuel rods 34 on the critical heat flux ratio.

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 graph 80 showing the correlation between bend penalty 68 and local quality 67 calculated by reactor evaluator 10 of FIG. A graph 80 graphically represents the bending penalty correlation formula for a given amount of bending 58 of the fuel rod 34. As shown in FIG. 68 [units; dimensionless] and has a first relationship curve 81 and a second relationship curve 87 .

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 first relationship curve 81 is a graph 80 showing a function used by the evaluation unit 12 in calculating the bending penalty 68 when the bending amount 58 of the fuel rod 34 is 100% in the bending penalty calculation step S4. is. The first relationship curve 81 has a straight line 84 , a straight line 85 and a straight line 86 bordering on a first threshold 82 and a second threshold 83 of the local quality 67 .

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 straight line 84 is based on a function that calculates the bending penalty 68 as a predetermined positive number when the local quality 67 is less than or equal to the first threshold 82, and is shown in graph 80 as a straight line parallel to the horizontal axis. . A straight line 85 is a function for calculating the bending penalty 68 when the local quality 67 is greater than the first threshold 82 and less than or equal to the second threshold 83. , which is connected with a straight line 84 where the local quality 67 is at the first threshold 82 and with a straight line 86 where the local quality 67 is at the second threshold 83 as Shown in graph 80 . A straight line 86 is a function that calculates the bend penalty 68 at 0 if the local quality 67 is greater than the second threshold 83, and is shown in graph 80 as a straight line superimposed on the horizontal axis.

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 second relationship curve 87 is a graph 80 showing a function used by the evaluation unit 12 in calculating the bending penalty 68 when the bending amount 58 of the fuel rod 34 is less than 100% in the bending penalty calculation step S4. It is. Here, as a case where the bending amount 58 of the fuel rod 34 is less than 100%, the case where the bending amount 58 of the fuel rod 34 is 85% is exemplified in this embodiment, but the present invention is not limited to this. , the amount of bending 58 of any fuel rod 34 less than 100%. A second relationship curve 87 has a portion of the straight line 84 , a straight line 89 and a straight line 86 bounded by a first threshold 88 and a second threshold 83 of the local quality 67 .

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 straight line 84 is common between the first relationship curve 81 and the second relationship curve 87 in the region below the first threshold value 88 . That is, the evaluation unit 12 calculates the same bending penalty 68 without depending on the bending amount 58 of the fuel rod 34 under the condition that the local quality 67 is extremely low.

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 straight line 89 is a function for calculating the bending penalty 68 when the local quality 67 is greater than the first threshold 88 and less than or equal to the second threshold 83, and is a function that monotonically decreases from a predetermined positive number according to the local quality 67. is based on and is connected with straight line 84 where local quality 67 is at first threshold 88 and with straight line 86 where local quality 67 is at second threshold 83 as a downward sloping straight line Shown in graph 80 .

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 second threshold value 83 and the straight line 86 are common between the first relationship curve 81 and the second relationship curve 87 . That is, the evaluation unit 12 calculates the bending penalty 68 as 0 without depending on the bending amount 58 of the fuel rod 34 under the condition that the local quality 67 is equal to or higher than a certain value.

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 first threshold 88, which is one of the boundaries of the second relationship curve 87, is a value smaller than the first threshold 82, which is one of the boundaries of the first relationship curve 81. The small degree can be appropriately determined according to the value of the bending amount 58 of the fuel rod 34 . That is, the first threshold is represented by a function that monotonically increases according to the value of the amount of bending 58 and reaches the first threshold 82 when the amount of bending 58 reaches 100%. Therefore, as the bending amount 58 of the fuel rod 34 increases, the evaluation unit 12 calculates the bending penalty 68 as a predetermined positive number, which is the maximum value, to the extent that the local quality 67 increases.

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 first threshold 82 and the first threshold 88 and the relationship between the second threshold 83, the magnitude of the slope of the straight line 85 in the first relationship curve 81 is It is larger than the slope of the straight line 89 . Furthermore, the slope of the straight line representing the region larger than the threshold monotonically increases according to the bending amount 58 of the fuel rod 34 . Therefore, the bending penalty 68 is adjusted so that the evaluation unit 12 tends to increase the bending penalty 68 more sensitively in accordance with the decrease from the second threshold value 83 as the bending amount 58 of the fuel rod 34 increases. Calculate

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 penalty 68 and the local quality 67 has various tendencies depending on the bending amount 58 of the fuel rods 34 . Therefore, by utilizing this relationship, the evaluation unit 12 calculates the bending penalty 68 for the bending amount 58 of the fuel rod 34 for which the relationship between the bending penalty 68 and the local quality 67 is not prepared. , depending on the bending amount 58 of the fuel rod 34, the threshold of the local quality 67 can be determined, the relationship between the bending penalty 68 and the local quality 67 can be determined, and the bending penalty 68 can be calculated as appropriate.

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 local quality 67 is greater than the threshold, the relationship between the bend penalty 68 and the local quality 67 is represented by a straight line in which the bend penalty 68 monotonously decreases according to the local quality 67. Although shown, the present invention is not limited to this, and if the curve penalty 68 is monotonically decreasing with respect to the local quality 67, it may be represented by a curve.

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 graphs 110, 120 showing the correlation between the bending penalty and the hot-heat bar average heat flux calculated by conventional methods. Graphs 110 and 120 shown in FIG. 9 are comparative examples of the graph 80 shown in FIG. Here, the hot-heat rod average heat flux refers to the average value of the heat flux of the fuel rods that generate heat at a high temperature inside the nuclear reactor. Graph 110 shown in FIG. 9A is for the case where the pressure inside the reactor is 14.5 MPa, and graph 120 shown in FIG. .6 MPa.

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 graph 110 shown in FIG. As shown in the graph 120 shown in FIG. 9B when the internal pressure is 16.6 MPa, it differs depending on the internal pressure of the nuclear reactor. A plurality of them are created for each pressure.

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/m]、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 graph 110, as shown in FIG. 9A, the horizontal axis is the high-temperature heating bar average heat flux [unit; MW/m 2 ], and the vertical axis is the bending penalty [unit; dimensionless]. It has a group 112 , a second group of plots 114 , a first relationship curve 116 and a second relationship curve 118 .

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 plots 112 and the second group of plots 114 are for the case where the fuel rod has contact bending in the thimble cell, which is the region adjacent to the high-temperature heat rod and the control rod guide thimble, that is, when the bending amount is 100%. Fig. 110 is a group of points plotted on a graph 110 for a combination of bending penalty and hot bar average heat flux values for a given case; The first group of plots 112 and the second group of plots 114 differ in that the direction in which the contact bar is bent is based on different tests.

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 relational curve 116 represented by a solid line is obtained by fitting the bending penalty with a linear expression of the average heat flux of the high temperature heating bar by applying the least squares method approximation based on the first plot group 112 . The first relationship curve 116 was not significantly different from that fitted based on the second group of plots 114 in the same manner as the first relationship curve 116 .

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 second relationship curve 118, represented by a dashed line, is fitted in the same manner as the first relationship curve 116 in the typical cell, the region adjacent to the hot rods and not adjacent to the control rod guide thimbles. It was obtained by The results show that the first relationship curve 116 for the thimble cell has a higher bending penalty than the second relationship curve 118 for the typical cell.

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/m]、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 graph 120 is similar to the graph 110 shown in (A) of FIG. It is a curvature penalty [units; dimensionless] and has a first group of plots 122 , a second group of plots 124 , a first relationship curve 126 and a second relationship curve 128 . The first group of plots 122, the second group of plots 124, the first relationship curve 126 and the second relationship curve 128 in the graph 120 are all the first group of plots 112, the second group of plots 114 and the first relationship curve in the graph 110. 116 and the second relationship curve 118 are obtained by changing the pressure inside the reactor from 14.5 MPa to 16.6 MPa, so the first plot group 112 and the second plot group in the graph 110, respectively 114, the first relationship curve 116, and the second relationship curve 118, and therefore detailed description thereof will be omitted.

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/m以上1.8MW/m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 graphs 110 and 120, the first relationship curve 116 has a greater slope of the bending penalty for the hot-heat bar average heat flux than the first relationship curve 126, and the second relationship curve 118 has a higher slope than the first relationship curve 126. The slope of the bending penalty for hot bar average heat flux is greater than curve 128 . That is, in the comparative example, there is a tendency that the bend penalty increases more sensitively in accordance with the increase in the high-temperature heating rod average heat flux by reducing the internal pressure of the nuclear reactor. In addition, in the range of the high-temperature heating bar average heat flux of 1.0 MW / m 2 or more and 1.8 MW / m 2 or less, the first relationship curve 126 has a larger bending penalty than the first relationship curve 116, and the second Relationship curve 128 has a higher bending penalty than second relationship curve 118 . In other words, the comparative example tends to increase the bending penalty by increasing the internal pressure of the reactor.

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 graphs 110 and 120 according to the comparative example, the bending penalty is represented by the correlation with the high-temperature heating bar average heat flux, and local cooling such as the local quality 67 It is not represented by the correlation with material conditions. On the other hand, in the present embodiment, since the local quality 67 is used as a counterpart for taking correlation with the bend penalty 68, the evaluation unit 12 can make a rational evaluation of the bend penalty 68 according to the actual situation. became possible.

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 process 75 shown in FIG. This is the step of combining the uncertainty parameter set in step S2 and the bend penalty 68 calculated in the bend penalty calculation step S4.

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 evaluation unit 12 multiplies the minimum critical heat flux ratio 66 by the uncertainty parameter and a value obtained by subtracting the bend penalty 68 from 1, A post-combination minimum critical heat flux ratio Z that combines the uncertainty parameter and the bending penalty 68 is obtained once.

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 processing 76 shown in FIG. This is the step of determining whether the number of times, for example, 10000 times in this embodiment, has been repeated. If it is determined in the number-of-calculations determining step S6 that the statistically significant predetermined number of times has not been executed, that is, if it is determined as No in the number-of-calculations determining step S6, the statistically significant predetermined number of times is determined in the number-of-calculations determining step S6. Returning to the input parameter setting step S2, each step from the input parameter setting step S2 to the limit heat flux ratio evaluation step S5 is repeatedly executed until the execution is reached.

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 evaluation unit 12 performs acquisition as shown in FIG. A probability distribution 69 of the connection probability Z (random variable for 10000 times) regarding the critical heat flux ratio is created based on the statistically significant minimum critical heat flux ratio after the predetermined number of times of coupling. In this case, the evaluation unit 12 does not apply to any of the design parameter, each input parameter set in the input parameter setting step S2, and the bending amount 58 of the fuel rod 34, and statistically does not handle the parameter, Conservative framing evaluation may be performed so that the evaluation result with respect to the critical heat flux ratio becomes severe, and, for example, a selected fixed value may be used as a penalty and processed. For example, the evaluation unit 12 can take in and process the mixture penalty due to mixture of different types of fuels by conservatively framing evaluation and using selected fixed values.

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 processing 77 shown in FIG. 6 in terms of data handling. The probability distribution condition determination step S7 is a step in which the evaluation unit 12 determines whether or not the probability distribution 69 created in the calculation count determination step S6 satisfies a predetermined condition. In the probability distribution condition determination step S7, in the present embodiment, the evaluation unit 12 determines whether the lower limit value of the critical heat flux ratio at which the probability distribution 69 has a predetermined probability, for example, a probability of 95%, is equal to 1.0. determine whether In the probability distribution condition determination step S7, if it is determined that the predetermined condition is not satisfied, that is, the lower limit value of the critical heat flux ratio in the probability distribution 69 does not match 1.0, in the probability distribution condition determination step S7 A determination of No is made, and the reactor evaluation method proceeds to the core coolant condition change step S8.

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 probability distribution 69 closer to 1.0. As shown, this is a step of changing the conditions of the core 30 and the coolant 25 set in the core coolant condition setting step S1 in the direction of lowering the lower limit of the critical heat flux ratio. After the core coolant condition changing step S8, the reactor evaluation method shifts to the input parameter setting step S2 again. A new probability distribution 69 is created by repeating each step up to the critical heat flux ratio evaluation step S5.

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 probability distribution 69 is equal to 1.0, and the probability distribution 69 is in a state like the probability distribution 60. If it is determined that it is, it is determined as Yes in the probability distribution condition determination step S7, the probability distribution 60 is determined, the critical heat flux and the critical heat flux ratio are evaluated based on this, and the critical heat flux ratio is designed After evaluating the limit value, the reactor evaluation method according to the present embodiment is terminated.

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 evaluation unit 12 determines the bending amount 58 and the bending penalty 68 of the fuel rods 34 in a non-deterministic manner as in the prior art. It has become possible to handle it in a rational way. Therefore, in the nuclear reactor evaluation method according to the embodiment of the present invention, the bending amount 58 of the fuel rod 34 is set based on the random numbers generated in the same manner as the input parameters in the input parameter setting step S2. A bending penalty 68 can be calculated based on the bending amount 58 of the fuel rod 34 in the penalty calculation step S4, and the bending penalty 68 can be combined with the minimum critical heat flux ratio 66 together with the uncertainty parameter in the critical heat flux ratio evaluation step S5. became possible.

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 evaluation unit 12 performs the same processing as the bending amount 58 of the fuel rod 34, which is the factor parameter of the bending penalty 68, for penalties other than the bending penalty 68. may be performed and coupled to the minimum critical heat flux ratio 66 . That is, in the nuclear reactor evaluation method according to the present invention, 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, the evaluation unit 12 A penalty factor parameter, which is a factor parameter of a predetermined penalty, is set based on a random number generated, a predetermined penalty is calculated in a penalty calculation step similar to the bending penalty calculation step S4, and a critical heat flux ratio evaluation step A predetermined penalty may be coupled to the minimum critical heat flux ratio 66 along with the uncertainty parameter at S5. In the nuclear reactor evaluation method according to the present invention, the evaluation unit 12 determines the predetermined penalty for which such penalty factor parameters are known, as well as the bending amount 58 and the bending penalty 68 of the fuel rod 34. It is possible to make a rational evaluation according to the actual situation, which has been handled with a conservative frame evaluation so that the evaluation result for the bundle ratio becomes strict.

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 reactor evaluation system 10 of FIG. 1 and the handling of critical heat flux ratio data by a conventional method. A probability distribution 60 shown in (A) of FIG. 10 represents the handling of critical heat flux ratio data by the nuclear reactor evaluation system 10, and is the same as that shown in FIG. A probability distribution 160 shown in FIG. 10B represents the handling of critical heat flux ratio data by a conventional method.

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。 Lower limit 161 in probability distribution 160 corresponds to lower limit 61 in probability distribution 60 . Also, the permissible limit value 162 of the critical heat flux ratio corresponds to the permissible limit value 62 of the critical heat flux ratio, can be calculated based on the probability distribution 160, and is appropriately set for each plant. Further, the normal value 163 of the critical heat flux ratio corresponds to the normal value 63 of the critical heat flux ratio, and is the value of the critical heat flux ratio when the nuclear reactor 20 is normally operated.

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 difference 164a and the difference 164b between the design limit value of the critical heat flux ratio and the allowable limit value 162 of the critical heat flux ratio in the probability distribution 160 correspond to the difference 64 in the probability distribution 60 and the difference 64 in the probability distribution 60. Similarly, it represents the margin of the critical heat flux ratio which is allotted for the penalty of conservative framing evaluation. The difference 164a is the same as the difference 64, and the difference 164b is the critical heat flux ratio headroom that would be reserved for a conservative framing estimate of the bend penalty.

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 difference 165 between the allowable limit value 162 of the critical heat flux ratio and the normal value 163 of the critical heat flux ratio in the probability distribution 160 corresponds to the difference 65 in the probability distribution 60, and the reactor 20 is operated under normal conditions. It shows the design margin of the critical heat flux ratio to the allowable limit when operating.

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 reactor evaluation apparatus 10 of FIG. Since the framing evaluation is performed, the probability distribution 60 has a larger spread than the probability distribution 160 by the rationally combining the bending penalty 68, and the difference 165 is larger than the difference 165. It has a large difference 65. Therefore, the nuclear reactor evaluation method using the nuclear reactor evaluation apparatus 10 of FIG. 1 can secure a larger margin for the critical heat flux ratio than the conventional method.

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 reactor evaluation apparatus 10 according to the embodiment, the nuclear reactor evaluation method according to the embodiment, and the nuclear reactor evaluation program according to the embodiment have the configurations as described above, the bending penalty 68 is the quality of the heat balance in the local space. Since it is calculated based on the local quality 67 and the bending amount 58 of the fuel rod 34, the bending penalty 68 is not evaluated conservatively, but after making a rational evaluation according to the actual situation, An evaluation of reactor 20 may be made. That is, the reactor evaluation apparatus 10 according to the embodiment, the reactor evaluation method according to the embodiment, and the nuclear reactor evaluation program according to the embodiment perform a rational evaluation of the bending penalty 68 according to the actual situation, and analyze the thermal hydraulics. By combining with the critical heat flux ratio calculated in , it can be incorporated as the spread of the probability distribution 60 shown in FIGS. 5 and 10, and the difference 164b in the conventional method can be eliminated. making it possible.

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 reactor evaluation apparatus 10 according to the embodiment, the nuclear reactor evaluation method according to the embodiment, and the nuclear reactor evaluation program according to the embodiment, the evaluation unit 12 further uses the local quality 67 and the bending amount 58 of the fuel rod 34 as input parameters. The curvature penalty 68 is calculated using the curvature penalty correlation equation , and this curvature penalty correlation equation is defined as the local quality 67 from the enthalpy of the coolant 25 to the latent heat of the coolant 25 to the liquid phase of the coolant 25 Using the value obtained by subtracting the saturation enthalpy, if the local quality 67 is less than the first thresholds 82, 88, the bending penalty 68 is calculated as a predetermined positive number, and if the local quality 67 is greater than the first thresholds 82, 88 If it is less than the second threshold 83, it is calculated using a function that monotonically decreases according to the local quality 67 from a predetermined positive number, and if the local quality 67 is greater than the second threshold 83, it is calculated as 0. ing. Therefore, the reactor evaluation apparatus 10 according to the embodiment, the reactor evaluation method according to the embodiment, and the reactor evaluation program according to the embodiment can evaluate the bending penalty 68 more rationally according to the actual situation. can.

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 reactor evaluation apparatus 10 according to the embodiment, the nuclear reactor evaluation method according to the embodiment, and the nuclear reactor evaluation program according to the embodiment further include the Assuming that the distance between the adjacent fuel rods 34 is D' and the distance between the adjacent fuel rods 34 when the curved fuel rods 34 are not included is D, then 1-(D'/D). , and the evaluation unit 12 determines the first thresholds 82 and 88 of the local quality 67 according to the bending amount 58 . Therefore, the nuclear reactor evaluation apparatus 10 according to the embodiment, the nuclear reactor evaluation method according to the embodiment, and the nuclear reactor evaluation program according to the embodiment have the dependence of the equation indicating the bending penalty 68 on the bending amount 58 of the fuel rod 34. For clarity, the bow penalty 68 can be treated with a simple formula for fuel rods 34 with varying degrees of bow.

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 reactor evaluation apparatus 10 according to the embodiment, the nuclear reactor evaluation method according to the embodiment, and the nuclear reactor evaluation program according to the embodiment, the evaluation unit 12 statistically evaluates the bending amount 58 of the fuel rod 34 as a random variable. The bending penalty 68 is calculated using the handling and bending penalty correlation formula. For this reason, the reactor evaluation apparatus 10 according to the embodiment, the reactor evaluation method according to the embodiment, and the nuclear reactor evaluation program according to the embodiment use the bending penalty 68 that is rationally evaluated according to the actual situation. and can be incorporated into the evaluation and processed while retaining the property as a penalty.

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 reactor evaluation apparatus 10 according to the embodiment, the nuclear reactor evaluation method according to the embodiment, and the nuclear reactor evaluation program according to the embodiment, the evaluation unit 12 performs thermal-hydraulic analysis in the core 30 of the nuclear reactor 20, This predetermined penalty is calculated by statistically treating the penalty factor parameter related to the penalty of the reactor 20 as a random variable together with the input parameter handled in the thermal hydraulic analysis, and the calculated predetermined penalty is calculated in the thermal hydraulic analysis. It is characterized by being coupled to a critical heat flux ratio. Therefore, the nuclear reactor evaluation apparatus 10 according to the embodiment, the nuclear reactor evaluation method according to the embodiment, and the nuclear reactor evaluation program according to the embodiment know the penalty factor parameter, which is the factor parameter of the predetermined penalty, and the penalty factor If it is possible to calculate a predetermined penalty based on the parameters, penalties other than the bending penalty 68 should be evaluated rationally according to the actual situation, instead of conservative evaluation. An evaluation of the furnace 20 can be made.

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 reactor evaluation apparatus 10 according to the embodiment, the nuclear reactor evaluation method according to the embodiment, and the nuclear reactor evaluation program according to the embodiment, the evaluation unit 12 uses the calculated predetermined penalty and the uncertainty parameter as thermal It is linked to the critical heat flux ratio of the reactor 20 calculated by flow analysis. Therefore, the nuclear reactor evaluation apparatus 10 according to the embodiment, the nuclear reactor evaluation method according to the embodiment, and the nuclear reactor evaluation program according to the embodiment treat the predetermined penalty in the same manner as the uncertainty parameter, can be coupled to the critical heat flux ratio of

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 LIST 10 reactor evaluation device 12 evaluation section 20 reactor 25 coolant 30 core 32 fuel assembly 34 fuel rod 36 control rod guide thimble 38 instrumentation guide thimble 40 region 51 primary coolant flow rate 52 core bypass flow rate 53 reactor pressure 54 Primary coolant average temperature 55 Reactor power 56 Engineering heat-water channel coefficient 57 Nuclear enthalpy rise heat-water channel coefficient 58 Bending amount 59 Ratio 60, 69 Probability distribution 61 Lower limit 62 Allowable limit 63 Normal value 64, 65 Difference 66 Minimum Critical Heat Flux Ratio 67 Local Quality 68 Bending Penalty 71,72,73,74,75,76,77 Processing 80 Graph 81 First Relationship Curve 82,88 First Threshold 83 Second Threshold 84,85,86,89 Straight line 87 Second relationship curve

Claims (8)

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.
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:
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に記載の原子炉評価方法。 6. The nuclear reactor evaluation method according to claim 5 , 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. 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を特徴とする請求項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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