JPH0395491A - 炉停止余裕評価方法 - 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ｌ」的］ （産業上の利用分野） 本発明は、原子炉の定期検査時に燃料取出し、装荷、配
置替えの手順を計辿１する燃料交換計画作成作業に利用
される炉停止余裕評価方法に関する。

（従来の扶術） 原子炉定期検査時の燃料交換は、以下の基本的な目的の
ために実行される。

■燃焼度か進んだ反応度の低い燃料で、次のサイクルの
炉心に用いられない燃料（次サイクル以後に再装荷され
る可能性もある）を取出す。

■炉心で必要な反応度を推持するため、新燃料、あるい
は以前のサイクルで取出された反応度にまだ余裕のある
燃料（再装荷燃料）を装荷する。

■前サイクルの残りの燃料と新装荷燃料での炉停止余裕
や炉心性能が制限値を満たすように燃料を再配置（シャ
ツリング）する。

ここで、目的とする燃料配置は、燃料交換作業計画前に
設計コードを用いて評価・作成されている。また、各サ
イクルの燃料配置及び燃焼度は、原子炉運転期間中プロ
セスＭ１算機を用いて管理されており、サイクル終了後
の各燃料の反応度は、＝−１算機処理によって知ること
かできる。

燃料交換計画では、この最終目標の炉心状態実現に加え
て、燃料交換時の炉心関連作業を行うのに必要な炉心状
態を途中で実現する必要がある。

燃料交換時の炉心関連作業として燃料移動手順に関わっ
てくるものとしては、沸騰水型の原子炉では以下のもの
である。

■制御棒駆動系（ＣＲＤ）点検 ■炉内中性子検出器（ＬＰｌ？Ｍ，　ＩＲＭ　ＳＳｌ？
Ｍ　）の取替え ■ｉｉ！Ｉ御棒（　ＣＩ？）の取替え ■供用期間中検査（ＩＳＩ）のための披曝低減措置（こ
基づく燃料一時取出し 燃料交換作業計画は、これらの定期検査工程中で必要な
作業工程を踏まえ、全サイクル終了後の炉心配置から、
炉心関連作業に必要な作業領域を確保するために燃料を
取出した中間目標の燃料配置を作り、さらに次サイクル
の燃料配置を完成させることが主目的である。

燃料交換作業手順作成の制約条件としては、炉停止余裕
の確保がある。炉停止余裕は保安規定上、どの制御棒が
１本挿入されなくても、他の制御棒の押入によって原子
炉か未臨界になることが確保されることであり、評価上
は、最大の反応度を持った制御棒を全制御棒押入状態か
ら　１本全引抜きした時の炉心固有値（中性子１曽倍係
数）か０．９９以下であることが要求されている。この
条件は、燃料交換作業の開始時点、すなわち前運転サイ
クル末期（ＥＯＣ）の炉心と燃料交換作業の終了時点、
すなわち運転次ザイクル初期（ＢＯＣ）の炉心では、設
計上確保されているが、燃料交換作業過程では、過渡的
に炉停止余裕を確保できない燃料配置にならないとは限
らない。

これは、炉心の余剰反応度を、運転ザイクル期間を通し
てなるべく一定に保つために、可燃性毒物を含ませて、
一部の燃料の反応度を燃焼と共にｉ曽加させることによ
る。従って、ＥＯＣにおける燃料の反応度が、１３０Ｃ
で装荷される燃料の反応度より大きいものかあり、また
燃料の配置によって炉心固有値は変化する。

この炉惇ＩＥ余裕の確保のために、従来は途中で生じる
燃料の組合わせに様々な制約を設け、局所的に反応度か
高くならないようにして、なるべくＥＯＣあるいは１３
０ｃの炉心状態から明らかに炉心固有値か低いと思われ
る炉心状態を作るように燃料移動手順を作威している。

このため燃料移動手順の作成過程では、従来燃料が多め
に取出される炉心状態が選択されているが、燃料の移動
作業には、１ステップ当り工０〜３０分を要し、数百ス
テップ以上にわたる燃料移動作５ 業は延べ↓０口〜２週間を要するため、より効率的な燃
料移動手順を作成し、作業の効率化を図ることが望まれ
ていた。

上述したような効率的な燃料移動手順を作成するために
は、様々な炉心状態の炉停止余裕を訂価して、安全性と
効率の面から最適な燃料移動手順を試行錯誤的に選択す
る必要がある。このため、高速かつ高精度に炉停止余硲
を訂価することが必要とされる。

一般に、炉心固有値を高粘度に推定するためには、炉心
設旧用計算コードが必要であり、制御棒１本の引抜きを
対象とした　１ケースで、プロセス：−１算機あるいは
ＥＷＳ　　（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｗｏｒｋｓｔａ
ｔｉｏｎ　）を用いた場合その訓算に１〜１０分を要す
る。このため、１００〜２００本の制御林について、数
百〜千数百ステップの炉心状態に対する実際の評価を行
うのは、事実上不可能であった。

また、炉心固有値の高速推定法として、制御棒周りの燃
料の無限増倍係数に越づき、重みを適宜設定した線形関
数により計算する方法がある。こ６ の手法は、制御棒周り　４体の燃料、および、これに隣
接する外側８体の燃料の計１２体、あるいは外側対角位
置の４体を含めた１１１６体の燃料を対象とした注目領
域を考え、制御棒を１本引抜いた適当なモデルケースに
よる炉心計算桔果を数十例用意して、各燃料の無限土曽
倍係数と炉心固有値の関係から回帰式によって重み係数
を決定する。

この方法の根拠となる物理現象は、次のようなものであ
る。

すなわち、炉内の全制御棒を揮人した未臨界の中性子増
倍体系から、１本の制御棒を引抜いた場合、周辺の中性
子増倍体系に比べて中性子の吸収割合いが減少し、この
制御棒の周辺の中性子束が極端に増加する。中性子増倍
体系における制御棒の反応度価値は、中性子束のほほ２
乗値に比例する。沸騰水型原子炉（［３ＷＲ）の炉心で
は、１つの制御棒を取囲む８本の制御棒の中に↓６体の
燃料が含まれ、それより外周の燃料か炉心固有値に寄与
する割合は、全燃料が装Ｗｊされた炉心の場合は無視で
きる。回帰式による重み係数では、中性子束分布が反映
されることで、制御棒引抜き時の炉心固有値を推定する
ことができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来の炉停止余裕評価方法では
、次のような問題がある。

すなわち、燃料交換時の燃料が一部取出された状態では
、モデルに対応する燃料かなくなる配置が生じるため炉
停止余裕の評価ができなくなる。

燃料が取出された水領域（以下水領域という）に、仮想
的な燃料を入れることで、計算を行うことができるが、
実際の状況と異なるために推定値の精度を良くすること
ができない。

また、水領域が制御棒周りに多く配置するようになると
、制御棒の反応度価値か下かり、引扱いても制御棒を押
入したままの状態との炉心固有値の差がほとんどなくな
るが、水領域を全て仮想的な燃料で置換えてしまうと、
この評価に不都合か生じる。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたもので、
燃料交換過程の様々な炉心状態に対して、高速かつ高精
度に炉停止余裕を評価することのできる炉停止余裕評ｆ
ｄｆｉ方法を提供しようとするものである。

［発明の構或］ （課題を解決するための手段） すなわち、本発明は、炉心の初期燃料配置データと対象
燃料の核データと燃料交換作業のために＃ｌ’　ｊｊｊ
ｉされた燃料移動乎１１＋ｉデータとから燃料配置情報
を作成するステップと、炉停止余裕評価を行うべき注目
領域内の制御棒周りの燃料並びの相対的な位置関係に越
づいて制御棒価値指標を評価するステップと、前記注目
領域に燃料が全て装荷された状態で求められた各燃料の
無限増倍係数から該注目領域の中心制御棒引抜き前と後
の炉心固有値推定値を求めるステップと、前記中心制御
棒弓抜き前と後の炉心固有値推定値を前記制御棒価値指
標を用いて補間して、前記注目領域から燃料か一部取り
出された状態の炉心反応度を推定するステップとを備え
たことを特徴とする。

（作　用） ９ 以下、本発明の作用を本発明の原理的構戊を表す第１図
に従って説明する。

燃料配置評価ステップ３は、燃料データベース１の初期
燃料配置１０１と燃料移動手順データ２から、炉停止余
裕を計価すべき炉心燃料配置］０２を作戊する。

指標評価ステップ４は、炉心燃料配置１０２における各
制御棒周りの燃料配置の状況に基づき、対応する制御棒
価値指標］０３を判定する。

炉心固有値推定ステップ５は、各制御棒周りの注目領域
に関して、炉心燃料配置１０２から対応する燃料を識別
して、燃料データベース］からその燃料の無限増倍係数
１０４を読みだし、注目領域に燃料が全てある場合につ
いて、モデルケースによる炉心計算結果の炉心固有値の
関係から回螺式によって得られた重み係数１０５を選択
して、この無限増倍係数１０４と重み係数１０５から、
この制御棒全引抜き時の炉心状態に対する引抜き時炉心
固有値１０６と、全挿入の炉心状態に対する挿入時炉心
固有値１０７を推定する。

１０ 炉心固有値評価ステップ６は、前記制御棒価値指標１０
３によって、引抜き時炉心固有値１０６と揮八時炉心固
有値１０７を捕間し、炉心固有値評価値１０８を推定す
る。

炉停止余裕評価ステップ７は、全ての制御棒について評
価された炉心固有値評価値１０８を比較し、その最大の
ものの値と制御棒の場所を判定し、制御値に対するマー
ジンを炉序止余裕評価値１０つとして求め、燃料移動手
順２のステップに対応して記録し、結果を出力表示する
。

このようにして、燃料交換作業中の各階段の炉心状態に
対して炉停止余裕を評価することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第２図に本発明の実施例の構戊を示す。この実施例の基
本構成は、第１図で示したものと同じであり、詳細部分
について説明を加える。

燃料配置Ｐｌｉ価ステップ３ては、燃料の並びにし１１ たがって、Ｘ−Ｙの直交座標で炉心燃料配置を′にｉ理
し、燃料の２次元配置データ２０コ．と制御棒の２次元
配置データ２０２を保持する。

これらの配置データに基づき、指標評価ステップ４では
、制御棒価値指檄１０３を判定するためこ、制御棒周り
の燃料縦横４×４体、計１６体分の注目領域２０３を順
次選択し、燃料位置に燃料かあるなしを判定する。なお
、燃料交換作業に補助的に用いられるＤＢＧ　　（Ｄｏ
ｕｂｌｅ　Ｂｌａｄｅ　Ｇｕｉｄｅ）とダミーバンドル
については、燃料が無い水だけの状態と等価に扱う。

第３図に指標評価ステップ４の制御棒価値指標作成方法
の流れ図を示す。

制御棒価値指標は、評価制御棒周りの注目領域に水頭域
（燃料が取出された位置）が増加すると炉心固有値が減
少する関係を示す指標であり、水領域の配置と引抜き時
の制御棒価値に則する関係を対応例けるものである。引
抜き制御休周り　４×４体の注目領域に対して、いろい
ろな水領域配置と炉心固有値計算の拮果から以下のこと
か判明しｌ２ ている。

Ａ．制御棒に隣接する位置（４体）に水領域かある１時
は、顕著に炉心固有値を低下させる（制御棒価値が下が
る）。

Ｂ．外周の位置に水領域がある場合は、中央部より炉心
固有値の低下が少なく、領域の角の位置はより影響が小
さい。

Ｃ．水領域の数が１曽えると炉心固有値が低下する。

燃料を挟むように水領域が配置すると特に低下の割合い
が大きい。

外周部の一辺に水領域が集中した時には、数に比して炉
心固有値の低下は小さい。

Ｄ．上記の炉心固有値の低下は相乗的に働くが、最低で
も制御棒挿入肪の炉心固有値までである。

以上の効果を反映させるために、指標評価ステップ４で
は、注目領域中央の４体に　３〜−３のポイント、それ
以外の外周ｉ２体に　１〜−ｌのポイントをつけ、その
合計で指標を計算する。

１３ すなわち、第３図に示すように、まず初期値として、そ
の位置の最高点（中央の４体に３、外周１２体に　１）
設置する（イ）。従って水領域か含まれない時には、全
ての位置に最高点かつき２４ポイントとなる。

そして、注目領域を順次検索し（口）、水領域があるか
否かを判定し（ノ＼）、水領域のある位置については、
その位置の最低点とする（二）。

次に、水領域に隣接する位置のポイントを２ずつ減ずる
（ホ）。なおポイントを減じた結果かその位置の最低点
を下回るなら最低点とする。

さらに、水領域に角で１妾する位置のポイントを１ずつ
減ずる（へ）。この場合も結果かその位置の最低点を下
回るなら最低点とする。

そして、全ての水領域について上記（二）〜（へ）の処
理を行い、各ポインＩ・を合計し（ト）、指標を；１“
算する。

第４図（Ａ）〜（１）に水領域のパターンとｉ−ｌ算さ
れる制御枠価値指標の例を示す。この図において、１６
に分割された四角の領域は、それそれ燃１　４ 料を示しており、四角内に×印が付されている部位は水
領域を示している。また、各四角内の｛６の数字は、そ
れぞれの位置にお１プるポイントを示している。この図
からわかるように、各位置に割り振られたポイントが中
性子束の分布をある程度表すとともに、制御棒価値が低
下するケースで特に低くなっている。

第５図に実際の炉心の固有値Ｊ算値と制御棒価値指標の
関係を示す。この園からわかるように、制御棒全抑人１
１；１７の値近傍では、指標に関係なく炉心固有値は一
定であるが、それ以上の炉心固脊値の推定モデルの精度
±　０．５％と比較して十分小さい。制御棒全押入時の
炉心固有値と一次式の交点は、指標か６の辺りになる。

次に、第２図によって、計算された制御棒価値指檄］０
３に址づく炉Ｐ：リ止余裕評価法を説明する。

炉心固有値推定ステップ５ては、制御棒の２次元配置デ
ータ２０２において挿入してある制御棒位置に関して、
燃料の２次元配置データ２０１から注目領域２０３に対
応する燃料を識別して、燃１５ 料データベース］からその燃料の無限増倍係数１０４を
読み出す。

注目領域に燃料が全てある場合については、複数のモデ
ルケースによる炉心計算結果より、回帰式で得られた重
み係数１０５が用意されており、無限増倍係数１０４と
炉内の燃料装荷率２０４および重み係数１０５から、こ
の制御棒全引抜き時の炉心状態に対する引抜き時炉心固
有値１０６と、全挿入の炉心状態に対する押入時炉心固
有値１０７を推定する。

Ｎ／Ｂ　　　　　　　　　　　　Ｗ／１３Ｋｗｉ＝　　
　　　Σ　Ｗ　Ｉ　　−　Ｉく　＋　　ＯＯ　Ｉ　　＋
　Σ　Ｗｌ　　　−　ｉ（　　−　　　ｏｏ１１ ａｌｌ Ｋｉｎ＝　　ΣＷＩ　●　Ｋ一　Ｌ：ｌｏｌ　　（Ａ＋
　Ｂ　ａ　Ｘ）ｉ ここで、 Ｋｗｊ　　　：引抜時炉心固右値 Ｋｉｎ　　　：押人Ｉｌ！ｆ炉心固有値ＷＩ　　　．位
置１の燃料の重み係数 １６ Ｉく＋■１　．位置ｉの燃料の引抜時無限増倍係数Ｉ（
−■＋　＝位置１の燃料の挿入時無限増倍係数Ｘ　　　
：炉内の燃料装荷率 Ａ，Ｂ：燃料装荷率に対する重み係数 Ｎ／Ｂ　　　　：引抜制御枠に隣接する中心部位置Ｗ／
Ｂ　　　：外周部位置 ａ１１；注ｒ−＋領域全位置 である。

位置ｊが水領域の場合のＪ（　＋　ｏＯ１とＫ−　ｏｏ
　Ｈに関しては、この位置と対称な位置の燃料の平均値
が用いられ、さらに対称な位置が全て水領域の場合は、
注目領域の平均値または炉心全体の平均値で代用される
。

炉心固有値評価ステップ６は、全評価制御棒位置の押入
時炉心固有値１０７の平均値を炉心固有値下限値２０５
とする。前述のように制御棒ｆｆｆｌｉ値指標が６以下
で炉心固有値下限値２０５となり、制御棒価値指標が２
４で引抜時炉心固有値１０６となる直線的な関係がある
ので、指標評価ステップ４でｉ！ｌられた制御棒価値指
標１０３によって補間１７ し、各評価制御棒位置の炉心固有値評価価値１０８を求
める。

炉停止余裕評価ステップ７は、全てのｉｌｉｌ１御棒に
ついて評価された炉心固有値評価値］０８を比較し、そ
の最大のものの値と制御棒の場所を判定し、制限値に刻
するマージンを炉停止余裕評価値１０９として求める。

燃料移動手順２のステップに対応して、燃料配置評価ス
テップ３、指橡計価ステップ４、炉心固有値推定ステッ
プ５、炉心固有値評価ステップ６、炉停止余裕評価ステ
ップ７を繰返せば、燃料移動手順」二の全ての炉停止余
裕が得られる。

以上のように、この実施例によれば、炉停止余裕評価に
用いた計算手法は単純な四則計算と条件判定であって、
反復解法を必要としないので、高速かつ低コストで燃料
交換作業過程の様々な炉心状態に対して、精度よく炉停
止余裕評価を行うことができる。また、燃料交換作業中
の炉停止余裕を評価しながら、炉停止余裕の厳しくなる
場所や移動過程を明確にできるので、燃料移動計画の評
１８ 価に有効であって、安全かつ適切な燃料交換作業を支援
できる。

なお、本発明の実施例では炉心固有値下限値２０５を燃
料装荷率と燃料の＋ＩＲ人時の無眼増倍係数のフィッテ
ィング式により求めたが、燃料移動手順１ステップ当り
、１回の炉心計算で直接全制御棒挿入時の炉心固有値を
求めて、下限値として用いることもできる。この場合、
炉心全体を均質化した近似計算を用いても良い。また、
炉心計算の間隔を開けて燃料の移動の影響に１゛ヒう摂
動計算で補間することも可能である。さらに、これらの
炉心固有値下限値の評価を予め行って、必要に応じて参
照するのは容易てある。

また、上記実施例では、制御棒価値指標１０３と炉心固
有値の関係について、炉心固有値の大きさ、燃料装荷率
等の炉心状態パラメータに関する補正を行わなかったが
、同様に関係式化することは当然可能である。この場合
、炉心固有値下限値に対応する制御棒価値指隊の関係を
調整することが考えられる。

１９ ？た、本発明の実施例で用いた制御棒価値指標は整数の
加減で計算される値としたが、この重みを適宜変えるこ
とは当然容易である。さらに、制御棒価値指標の計算に
は水領域に近い位置のポイントを減らす処理を行ったか
、逆に水領域から遠い位置のポイン１・を士曽やしても
よく、この組合わせでもよい。

また、注目領域外周部の燃料のポイント訓算を全て同じ
にしたが、他の制御枠に隣接する角位置の燃料■に関し
ては、最低値を上げたり、ポイント初期値を下げる等、
別の扱いをしてもよく、または、制御棒価値指標の計算
時には無視して、燃料の無限増倍係数に対する炉心固有
値椎定モデルの注目領域と５Ｃなっていてもよい。逆に
炉心固有値推定モデルよりも広い範囲の領域に基づいて
制御棒価値指標を計算してもよい。

これらの様々な制御棒価値指標の計算手法を炉心状態に
応じて変化させ、複数の補開式を切替えて用いることは
、容易に実現できる。

［発明の効果］ ２　０ 以上説明したように、本発明によれば、燃料交換作業過
程の様々ｔよ炉心状態に対して、高速かつ高精度に炉停
止余裕評価を行うことができ、燃料交換計画担当者の作
業負担を軽減し、安全かつ効率的な燃料移動手順の作成
を支援するここかできる。

また、本発明は、従来から燃料交換計画作成情報として
いた炉心の初期燃料配置および対象燃料の核データを同
様に入力情報として用いているので、本発明は容易に実
施することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構或を示す図、第２図は本発明の
実施例を示す描或図、第３図は本発明の実施例の指橡評
価ステップの制御棒価値指標作戊方法の流れ図、第４図
は水領域のパターンと計算される制御棒価値指標の例を
示す図、第５図は炉心の固有値計算値と制御棒価値指標
の関係を示す図である。 １・・・・・・・・・・・・燃料データベース２・・・
・・・・・・・・燃料移動手順データ２］ ３・・・・・・・・・・・・燃料配置評価ステップ４・
・・・・・・・・・・・指橡評価ステップ５・・・・・
・・・・・・・炉心固有値推定ステップ６・・・・・・
・・・・・・炉心固有値評価ステップ７・・・・・・・
・・・・・炉停止余裕評価ステップ］−〇］・・・・・
・初期燃料配置 １０２・・・・・・炉心燃料配置 １０３・・・・・・制御棒価値指標 １０４・・・・・無限増倍係数 １０５・・・・・・重み係数 １０６・・・・・・引抜時炉心固有値 １０７・・・・・・神人時炉心固有値 １０８・・・・・・炉心固有値評価値 １０９・・・・・・炉停止余裕評価値 ２０１・・・・・燃料の２次元配置データ２０２・・・
・・・制御棒の２次元配置データ２０３・・・・・・注
目領域 ２０４・・・・・・炉内の燃料装荷率 ２０５・・・・・・炉心固有値下限値 ２　２

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉心の初期燃料配置データと対象燃料の核データ
   と燃料交換作業のために計画された燃料移動手順データ
   とから燃料配置情報を作成するステップと、 炉停止余裕評価を行うべき注目領域内の制御棒周りの燃
   料並びの相対的な位置関係に基づいて制御棒価値指標を
   評価するステップと、 前記注目領域に燃料が全て装荷された状態で求められた
   各燃料の無限増倍係数から該注目領域の中心制御棒引抜
   き前と後の炉心固有値推定値を求めるステップと、 前記中心制御棒引抜き前と後の炉心固有値推定値を前記
   制御棒価値指標を用いて補間して、前記注目領域から燃
   料が一部取り出された状態の炉心反応度を推定するステ
   ップとを備えたことを特徴とする炉停止余裕評価方法。
2. （２）制御棒引抜き後の炉心固有値推定値は、燃料装荷
   率と制御棒挿入時の燃料無限増倍係数に関するフィッテ
   ィング式によって求めることを特徴とする請求項１記載
   の炉停止余裕評価方法。
3. （３）制御棒引抜き前の炉心固有値推定値は、制御棒挿
   入時の炉心計算によって求めることを特徴とする請求項
   １記載の炉停止余裕評価方法。