JPH03214187A - シミュレーション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は沸騰水型原子力発電プラント（以下ＢＷＲプラ
ントという）の運転訓練に用いるシミュレーション装置
に係り、特に炉心不安定事象のシミュレーションに好適
なシミュレーション装置に関する。

（従来の技術） ＢＷＲプラントでは、通常出力運転中は原子炉再循環ポ
ンプによって原子炉冷却材（ＢＷＲの場合は軽水）を強
制循環させることにより炉心の冷却が行なわれる。また
、出力運転中に何らかの原因によって原子炉再循環ポン
プが全台停止した場合でも、原子炉冷却材が自然循環す
ることにより炉心の冷却が適切に行なわれるように設計
されている。

しかしながら、このような原子炉冷却材の低流量状態に
おいて、しかも原子炉出方が高い場合に炉心に反応度外
乱が入ったとすると、中性子動特性や燃料棒熱伝達特性
に基づくボイドフィードバック（ＢＷＲではボイドの増
加は負の反応度の増加に繋る）が作用して中性子束の振
動が発生することがある。このような現象は、「炉心不
安定事象」と呼ばれている。

炉心不安定事象の基本的なメカニズムを第３図を用いて
説明する。

第３図において、仮に原子炉が定常状態のときに正の反
応度外乱が短時間のうちに炉心に入ったとすると（ａ）
、反応度が正の間原子炉出力が増加し続ける。それに応
じて熱流束も増加するが、燃料の熱容量のため応答が遅
れる。熱流束の増加に伴ってボイド率が増加し、それが
反応度に対して負に寄与して原子炉出力を低下させる（
ｂ）。

その後、原子炉出力の応答に遅れて熱流束がある時点で
極大値に達し、以後低下し始める（ｃ）。

それ迄に発生した初期値以上の余剰ボイドも冷却材の流
れによって炉心から流出するためボイド率もある時点で
極大となり、それに伴って反応度は極小となる（ｄ）。

しかし、ボイド率は依然初期値より大きいため反応度は
負であり、したがって、原子炉出力は低下を続ける。ボ
イド率が初期値に一致すると、反応度は０となり原子炉
出力の低下が止まるか、熱流束およびボイド率の応答は
それより遅れるため低下を続ける（ｅ）。

そうすると今度はボイド率が初期値以下に迄低下するた
め正の反応度が原子炉に加えられ、原子炉出力は上昇を
始める。これにより熱流束も遅れて上昇を始め、ボイド
率の低下を止める。この時点で反応度は極大になる（ｆ
）。このような繰返しにおいて、（ｄ）での反応度の絶
対値よりも（ｆ）の絶対値の方が大きいと、時間と共に
原子炉出力等の変動の振幅が増大し炉心が不安定になる
。これが基本的な炉心不安定事象発生のメカニズムであ
り、振動の周期は２〜３秒であることが確認されている
。

（発明が解決しようとする課題） 上述したような炉心不安定事象は、炉心の非常に微妙な
アンバランスによって引き起こされるものであり、通常
大型解析コードを使い、短いタイムステップでしかも炉
心内を細かくノード分けした詳細計算により模擬するこ
とが可能である。

しかしながら、従来の運転訓練に用いられているシミュ
レーション装置では、実時間シミュレション（つまり高
速演算性）の要求からタイムステップが比較的大きく、
さらにシミュレーションモデルがある程度簡略化されて
いるため、炉心不安定事象の高い精度のシミュレーショ
ンが難しく、このため炉心不安定事象に対する運転訓練
を行なうことが困難であった。

本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、実時間
シミュレーション性を損わず（つまり計算時間が掛らず
）、シかも運転操作や機器故障等によるプラント状態の
変化に応じた炉心不安定事象の進展を精度よく模擬する
ことにより、炉心不安定事象の運転訓練を可能としたシ
ミュレーション装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明は冷却材流量と原
子炉出力の二次元マツプ上に安定限界ライン、印加反応
度の等高線、減幅比の等高線を有する炉心不安定性判定
マツプと、その炉心不安定性判定マツプから現在の原子
炉出力および冷却材流量に基づいて炉心の不安定性を判
定する炉心不安定性判定部と、この炉心不安定性判定部
により炉心が不安定であると判断された場合に上記炉心
不安定性判定マツプから印加反応度の振幅を求める印加
反応度導出部と、上記炉心不安定性判定部により炉心が
安定であると判断された場合に上記炉心不安定性判定マ
ツプから減幅比を求めて印加反応度の振幅の減衰計算を
行なう印加反応度減衰計算部と、上記印加反応度導出部
あるいは印加反応度減衰計算部で計算した印加反応度の
振幅から実際の印加反応度変化を計算して中性子動特性
計算部へ渡す印加反応度変化計算部とを具備したもので
ある。

（作用） 本発明では、炉心不安定事象を物理モデルに忠実にシミ
ュレーションするのではなく、予め計算された炉心不安
定性判定マツプから現在の原子炉出力および冷却材流量
に基づいて印加反応度変化を求めるため、炉心不安定事
象の模擬精度を落とすことなく、しかもその処理時間が
短いために実時間シミュレーションに影響することもな
く、炉心不安定事象のシミュレーションを行なうことが
できる。

（実施例） 本発明の一実施例について添付図面を参照して説明する
。

第１図は本発明に係るシミュレーション装置の一実施例
を示すブロック図である。この実施例では、まず第１図
における炉心不安定性判定マツプ１を別途詳細解析コー
ドによって予め作成しておく。第２図はこのようにして
作成された炉心不安定性判定マツプ１の一例を示す図で
ある。

第２図において、炉心不安定性判定マツプ１は横軸が炉
心冷却材流量、縦軸が原子炉出力で表現されており、炉
心状態が安定限界Ａより左側にある程炉心は不安定であ
り、逆に右側にある程安定であることを示している。

さらに、炉心が不安定な場合には、その不安定度に応じ
て原子炉出力がある振幅でリミットサイクルの振動を起
こすことが分っており、その原子炉出力の振幅に相当す
る印加反応度の振幅が安定限界Ａの左側に等高線Ｂの形
で示されている。

次に、炉心が不安定状態から安定限界Ａの右側に移った
場合には、ある減幅比で振動が減衰することが分ってお
り、安定限界Ａの右側には振動の減幅比が同じく等高線
Ｃの形で示されている。こて、炉心が最初から安定限界
Ａの右側にあるときは炉心は不安定にならず、原子炉出
力の振動も発生しない。

第１図に戻り、炉心不安定性判定部２は原子炉出力りお
よび冷却材流量Ｅを入力し、炉心不安定性判定マツプ１
より現在炉心がそのマツプ上のどの位置にあるかを判定
する。この炉心不安定性判定部２により炉心か不安定状
態にあると判断されたときは、印加反応度導出部３は第
２図で示した印加反応度の振幅の等高線Ｂから内挿によ
って現時点での印加反応度振幅を求める。そして、印加
反応度変化計算部４は印加反応度導出部３で求めた印加
反応度の振幅から印加反応度変化を次式により計算する
。

印加反応度＝振幅ｘｓ　ｉｎ　（２πｔ／Ｔ）・・・・
・・（１） ここで、ｔは時間、Ｔは周期を示す。

次に、炉心不安定性判定部２により炉心が安定であると
判断したときには、印加反応度減衰計算部５が第２図で
示した減幅比の等高線Ｃから現時点での減幅比を求め、
その減幅比から例えば次式のように印加反応度の振幅の
減衰を計算する。

振幅 ＝前回の振幅Ｘｅｘｐ［（Δｌ／Ｔ）Ｘｊ！ｎ（減幅比
）］・・・・・・　（２） ここで、Δｔはタイムステップを示す。

そして、印加反応度変化計算部４が印加反応度減衰計算
部で計算した印加反応度の振幅から印加反応度変化を計
算する。なお、最初から炉心が安定な場合は（２）式の
「前回の振幅」はＯであり、したがって印加反応度は０
である。印加反応度変化計算部４は計算した印加反応度
変化を中性子動特性計算部へ送り、中性子動特性の計算
に用いる。

その結果、原子炉出力等の振動がシミュレーションされ
る。

なお、上記実施例では印加反応度変化を計算したが、原
子炉出力に影響するパラメータであればよく、例えば中
性子吸収断面積を変化させてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は、冷却材流量と原子炉出力の二次元マツプ上に
安定限界ライン、印加反応度の等高線、減幅比の等高線
を有する炉心不安定性判定マツプと、その炉心不安定性
判定マツプから現在の原子炉出力および冷却材流量に基
づいて炉心の不安定性を判定する炉心不安定性判定部と
、この炉心不安定性判定部により炉心が不安定であると
判断された場合に上記炉心不安定性判定マツプから印加
反応度の振幅を求める印加反応度導出部と、上記炉心不
安定性判定部により炉心が安定であると判断された場合
に上記炉心不安定性判定マツプから減幅比を求めて印加
反応度の振幅の減衰計算を行なう印加反応度減衰計算部
と、上記印加反応度導出部あるいは印加反応度減衰計算
部で計算した印加反応度の振幅から実際の印加反応度変
化を計算して中性子動特性計算部へ渡す印加反応度変化
計算部とを具備したから、詳細解析コードによる事前の
解析結果を利用することによって炉心不安定事象の模擬
精度を落とすことなく、しかもテーブル方式のため計算
時間も実時間シミュレーションに影響せずに炉心不安定
事象のシミュレーションを行なうことができ、炉心不安
定事象に対する運転訓練が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るシミュレーション装置の一実施例
を示すブロック図、第２図は上記実施例における炉心不
安定性判定マツプの一例を示す図、第３図は炉心不安定
事象の基本的なメカニズムを示す図である。 １・・・炉心不安定性判定マツプ、２・・・炉心不安定
性判定部、３・・・印加反応度導出部、４・・・印加反
応度変化計算部、５・・・印加反応度減衰計算部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　冷却材流量と原子炉出力の二次元マップ上に安定限界
   ライン、印加反応度の等高線、減幅比の等高線を有する
   炉心不安定性判定マップと、その炉心不安定性判定マッ
   プから現在の原子炉出力および冷却材流量に基づいて炉
   心の不安定性を判定する炉心不安定性判定部と、この炉
   心不安定性判定部により炉心が不安定であると判断され
   た場合に上記炉心不安定性判定マップから印加反応度の
   振幅を求める印加反応度導出部と、上記炉心不安定性判
   定部により炉心が安定であると判断された場合に上記炉
   心不安定性判定マップから減幅比を求めて印加反応度の
   振幅の減衰計算を行なう印加反応度減衰計算部と、上記
   印加反応度導出部あるいは印加反応度減衰計算部で計算
   した印加反応度の振幅から実際の印加反応度変化を計算
   して中性子動特性計算部へ渡す印加反応度変化計算部と
   を具備したことを特徴とするシミュレーション装置。