JPH04142498A - 燃料集合体の限界出力比計算装置 - Google Patents
燃料集合体の限界出力比計算装置Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
計算する燃料集合体の限界出方比計算装置に関する。
料集合体を冷却する冷却水が燃料棒がらの発熱によって
核沸騰から遷移沸騰の状態へと移行して、燃料棒のバー
ンアウトが生じることを防ぐことが必要である。遷移沸
騰の発生の指標として、限界出力比CPRが用いられる
。
限界出力CPは、遷移沸騰相関式を用いて計算される。
e−dimensional BWRcore si@
ulator”、 J、AJooley、 Licen
sing topical report。
Electric Companyに示されている次
のGEXL式が用いられている。
ここで、 Xc==限界クォリティ LB=沸騰長さ Da=熱的等価直径 G=冷却水質量流束 L=加熱長さ Pr=圧力 R=燃料集合体内の局所出力分布を特徴づける因子 限界出力CPは、限界クォリティ(遷移沸騰)を生じる
燃料集合体出力として定義される。上記の限界クォリテ
ィの相関式には局所出力分布pの関数として定義される
R因子が含まれる。ここで、局所出力分布とは燃料集合
体内の全燃料棒の平均出力を1.0に規格化した場合の
各燃料棒の出力分布である。燃料集合体のR因子は熱的
に最も厳しい燃料棒とその回りの燃料棒出力の関数とし
て与えられる。
3)ところで、炉心の出力分布監視あるいは出力分布予
測においては、一般に以下のような方法で集合体の出力
を算出する。すなわち一般に炉心を構成する燃料集合体
を軸方向に多数の燃料セグメントに分割し、その燃料セ
グメント内では燃料の組成が均質であると近似すること
により少数群、または修正1群の中性子拡散方程式を解
き、燃料セグメント平均の中性子束および熱出力密度を
計算する。このように燃料の組成が均質であると近似す
ることにより計算費用と計算時間を大幅に節約できるけ
れども、得られる燃料セグメント平均の中性子束および
熱出力密度の分布は、実際の燃料セグメント内の組成の
非均質性を反映しておらず、炉心全体の大局的な分布を
表現しているため、これらを大局的分布と呼ぶ。
クォリティの計算式に含まれるR因子も燃料セグメント
内の組成に依存するため大局的分布のみからは定められ
ない。燃料セグメント内の局所出力分布は、一般に燃料
セグメント自身の幾何学的形状、装荷核燃料の濃縮度や
富化度、ガドリニアなどの可燃性毒物の分布等で区別さ
れる燃料セグメント固有のインデックス「燃料タイプ」
や、その燃料セグメント自身のボイド率、燃焼度に依存
するのみならず、着目する燃料セグメントの近傍の燃料
セグメントの燃料タイプ、ボイド率、燃焼度や、近傍の
制御棒の挿入パターンにも依存する。これは運転中の炉
心内において中性子が燃料セグメント間を移動するため
である。
中性子移動を考慮して非均質中性子拡散計算により燃料
セグメント内の局所出力分布を計算することは多大の計
算費用及び時間を要するために、従来の炉心内の出力分
布監視計算においては、あらかじめ、着目する燃料セグ
メントのみからなる無限格子体系における非均質中性子
拡散計算により得られる燃料セグメント内の局所出力分
布からR因子を求めていた。無限格子体系とは着目する
燃料セグメントの全方向境界にて鏡像対称境界条件を適
用した単一燃料セグメント体系であって、この体系にお
ける非均質中性子拡散計算は通常燃料集合体の設計にお
いて実行されるため、その副産物として局所出力分布が
得られる。
良により、異なる燃料タイプの燃料が炉心内で隣接する
ことによる局所出力分布への影響が増大してきた。これ
に伴い、従来の無限格子でのR因子を用いる方法では、
上述の局所出力分布に対する近傍の燃料セグメントの燃
料タイプ。
しまうため1局所出力分布すなわちR因子の計算精度の
悪化が避けられないという問題がある。
目的は隣接燃料セグメントの影響を考慮し、精度良くか
つ適切な計算時間で燃料セグメント内の局所出力分布を
算出し、これから限界出力の計算に用いる集合体内の局
所出力分布のパターンを表すR因子を算出することによ
り集合体の限界出力比を計算できるような限界出力比計
算装置を提供するものである。
配置された燃料セグメント内の限界出力比を計算する燃
料集合体の限界出力比計算装置において、着目する燃料
セグメントのみから成る無限格子体系における非均質な
中性子拡散方程式を解いて局所出力分布を求める局所出
力分布計算装置と、限界クォリティの計算に用いる局所
出力分布のパターンを表すR因子を数表、またはフィッ
ティング式の係数として記憶するR因子記憶装置と、前
記着目する燃料セグメントとそれを取り巻く近傍の燃料
セグメントから構成される炉心内の限定された領域にお
いて燃料セグメントの各々を均質化して中性子拡散方程
式を解き、その解を用いて前記記憶されている着目する
燃料セグメントのみから成る無限格子体系における非均
質な中性子拡散方程式を解いて得られる局所出力分布を
修正して局所出力分布を求め、これを用いて前記着目す
る燃料セグメントに対するR因子を修正するR因子修正
装置と、前記R因子修正装置によりR因子を修正するこ
とにより燃料集合体の限界出力比を算出する限界出力比
計算装置とから構成されたことを特徴とする。
ントの組合せの場合にも、無限格子体系での計算結果の
みを用いて精度良くかつ適切な計算費用、計算時間でR
因子を求めることが可能である。
拡散方程式を解いて得られる局所出力分布及びこれから
算出される限界クォリティに対するR因子は、ボイド率
及び燃焼度の関数としてテーブル化ないしフィッティン
グすることにより記憶することが出来る。局所出力分布
の記憶対象は燃料セグメント中の全燃料棒としてもよい
が、これは必要条件ではなく、燃料集合体設計計算によ
り求められた無限格子体系における局所出力の大きい数
個の代表燃料棒を、その位置とともに燃焼度・ボイド点
毎に記憶しておき、それらに対して本発明の方法により
局所出力を求め、その中の最大値を燃料セグメントの熱
的に最も厳しい燃料棒の局所出力とすることができる0
着目する燃料セグメントとそれを取り巻く近傍の燃料セ
グメントから構成される炉心内の限定された2次元領域
において燃料セグメントの各々を均質化した系の熱中性
子束に対する拡散方程式は、2群の中性子拡散モデルに
より、次の式に)で表される。ここで、第1群を高速群
、第2群を熱群とする。
イ)二二で、v:熱中性子束 2ニラプラス演算子 K Z ==Σ/D ・・
・・・・ ■二こで。
インデクス Φ:燃料セグメントの平均高速中性子束Σ:熱中性子の
燃料セグメント平均巨視的除去断面図 D:熱中性子の燃料セグメント平均拡散係数スペクトル
インデクスは熱中性子束の高速中性子束に対する比とし
て定義される。式に)、■において燃料セグメント内の
組成は均質と仮定し、核定数については無限体系におけ
る燃料集合体設計計算により得られる燃料セグメント平
均値を用いる。
幅に節減するために高速中性子束Φが燃料セグメント中
で空間的に一定と仮定した。弐〇の右辺におけるf、Φ
は、熱中性子の勾配のない場合、すなわち均質化された
無限格子体系での熱中性子束を表し、漸近的な熱中性子
束と呼ぶ。
法によって数値的に解くことができる。その方法の一例
は、L、A、Hageman;“〜umarical
Methads and Techniques Us
ed in the Two−Dimensional
Neutron−Diffusion Progra
m PDQ−5”、WAPD−TM−364(1963
)に記載されている。この際、境界条件は、炉心内の限
定された領域の外側境界で鏡像対称境界条件、または4
方向周期的境界条件などを適用すればよい、このような
境界条件は厳密には成立たないが、問題としているよう
な程度の狭い領域においては、この目的には高速中性子
束はほとんど一様とみなして差支えないこと、および熱
中性子束は燃料セグメントの一辺の172程度の距離で
もって漸近的な値になることなどから、これらの境界条
件によってこの目的には十分な精度の中性子束分布が得
られる。
定の境界条件の近似のもとに解析的に解くことができる
。この方法の一例としては特開昭62−106396号
「局所出力ビーキング係数監視装置」がある。この方法
では、通常の軽水炉燃料において熱中性子束の値に対す
る隣接燃料セグメントの影響がほぼ8XP(−に、 r
)の形で隣接燃料セグメントとの境界からの距離rと共
に減少し、燃料セグメント幅の172程度でほとんど無
視しつる大きさになることを利用して近似的な境界条件
を与えることにより、燃料集合体内の燃料棒位置(x
+y)に於ける熱中性子束と漸近的な熱中性子束f。
)exp(−K rn) −(eここで、第1図に示
すように、添字Oは着目する燃料セグメントを表し、ま
た添字n=1.4は着目する燃料セグメントに径方向に
面隣接する4燃料セグメントを表し、Σ。、12.は4
燃料セグメントに関する和を表す。また、rnは燃料棒
(X?y)から隣接燃料セグメントnとの境界線に下ろ
した垂線の長さである。
する燃料セグメントの影響が無視されているが、さらに
精度を改良する場合、これらの燃料セグメントを考慮し
た境界条件のもとに次式の解析解を得ることができる。
−K rn)+Σnn9@Φ(δfn−δfl−δfm
)axp(−Krl/v’2)exp(−Kra/v’
2) −・・(7゜δfn=(Knfn+Kofo)
/(Kn+Ko)−fo (n=1.4) □−・
(Bδfn=(Knfn+に1fl+Kwfm+Kof
o)/(Kn+に1+Km+Ko)−f。
る燃料セグメント0に径方向に面隣接する4セグメント
を表し、添字n=5.8は対角位置から隣接する4燃料
セグメントを表す、また、添字1及びmは対角隣接燃料
セグメントnと着目セグメント0双方に面隣接する2つ
の面隣接セグメントを表す。δfnは第1図の燃料セグ
メント0の境界上の点(・印で示す)nにおけるスペク
トルの漸近的なスペクトルからの変化の値を示す。
うな好ましい性質を持っている。
付く。すなわちδψはOに近付く。
、0式で与えられる漸近的な境界値をみたす。
(第2図の破線で示される)では熱中性子束はこの線上
での1次元拡散方程式の解に近付く。
の熱中性子束分布の漸近的な熱中性子束f、Φとの差の
分布は、非均質計算により求められた無限体系からの熱
中性子束分布の変化と良く一致することが数値実験的に
確かめられている。
) =Σf1Φ0+Σf2tFo −−(10)た
だし、pは平均が1.0となるよう規格化されているも
のとする。ここで、添字。は無限格子での値を記す、ま
た、 Σfg=第g群核分裂断面積 隣接燃料セグメントの影響を受けた系での局所8力分布
は。
、y)コ/(1+δ p av) ・・・(11)た
だし。
平均の局所出力分布変化出力分布への寄与はほとんど熱
群で生じるから、(10)式より、 δp (x、y)”FΣf2δマ(x、y)4[po(
x、y)/’Palδ’P(x、y) ・= (12)
これを、 (11)式に代入し、δpの2次の項を無視
すると、 p(xty)=po(x、y)(1−δpav)+[p
o(x、y)/ψ0]δψ(xty)=po(xty)
+po(x、y)[δ’F (xty)/vo−δpa
v]・・・(13)このようにして、着目する燃料セグ
メントとそれを取り巻く近傍の燃料セグメントから構成
される炉心内の限定された2次元領域において燃料セグ
メントの各々を均質化した系での中性子拡散計算により
求められた熱中性子束変化δψ(x、y)と、無限格子
での局所出力分布po(x、y)を用いて、隣接燃料セ
グメントの影響を考慮した局所出力分布を得ることがで
きる。
料棒の無限体系での局所出力を記憶している場合は、上
記のようにして得られた局所出力分布から直接、定義式
〇を用いて計算することができる。これに対して集合体
内の熱的に厳しい一部の燃料棒の無限体系での局所出力
のみを記憶している場合は、記憶していた無限格子での
R因子の値Roと、熱的に最も厳しい燃料棒の局所出力
変化を用いて5次式を用いて近似的に求めることもでき
る。
δ p wax ・・・(14)ただし−pmaxは
熱的に最も厳しい燃料棒の局所出力である@l1lll
aXとしては、集合体の最大局所出力ビーキングを代用
することができる。最大局所出力ビーキングは記憶して
いた熱的に厳しい数個の燃料棒の無限格子の局所出力を
上記の局所出力の計算方法により補正して得られるもの
の中の最大値として与えられる。また、(14)式中の
係数Aは、集合体内でのp waxの発生位置に依存す
る補正係数である。
の一実施例のブロック構成図である。
装置は、炉心内限定領域中性子拡散計算装!!31と1
着目セグメント内局所出力分布計算装置32と、無限体
系局所出力分布及びR因子記憶装置33と、R因子修正
装置34及び限界出力比比表示装置35とから構成され
ている。
炉心内限定領域中性子拡散計算装置31に入力される。
限体系局所出力分布及びR因子記憶装置33からの無限
体系局所出力分布を着目セグメント内局所出力分布計算
装置32に取り込み局所出力分布を算出する。さらに無
限体系局所出力分布及びR因子記憶装置33からの無限
体系R因子と前記局所出力分布をR因子修正装置34に
取り込み修正したR因子を限界出力比計算装置35に入
力し。
ト2次元詳細拡散計算、および無限格子体系による計算
例と比較して示す。
原子炉用の燃料で、チャンネルボックス22内に燃料棒
23が8行8列配置されてあり、中央に2本のウォータ
ロッド24を有する。25は制御棒である。
燃料セグメント配置を示す。燃料番号は西南側より1,
2.・・・、16と付けられている。ここで、中央の4
燃料セグメント6、7.10.11が着目する4燃料セ
グメントであり、他は境界層である。
料タイプ1は平均濃縮度1.3w10の低濃縮燃料、燃
料タイプ2は平均濃縮度2.4w10の中濃縮燃料であ
り、燃料タイプ3は平均濃縮度3.3w10の高濃縮燃
料である。各燃料タイプとも燃料棒の濃縮度分布を有し
ている。また燃料タイプ2と3はガドリニア入り燃料棒
を含む。制御棒は挿入されていない。
て、本発明によるR因子の計算例を、4燃料セグメント
2次元詳細拡散計算、および無限格子体系による計算例
と比較した図である。ガイド率は燃料タイプ1,2.3
とも40%である。
料タイプ2と3は70%の場合である。
で、4燃料セグメント2次元詳細拡散計算を・で1本発
明による全燃料棒の局所出力を記憶する方式のR因子を
Oで、また、熱的に厳しい一部の燃料棒の無限体系での
局所出力のみを記憶しく14)式を用いる場合をXで、
それぞれ示す、ただし、本発明の局所出力分布の計算で
は、着目燃料セグメントに隣接する8燃料セグメントに
対して解析的に出力分布を求める0式の方法を用いた。
0.25程度低下し、熱的な余裕が減少するが。
スマツチ、すなわちスペクトルミスマツチにより、中濃
縮燃料、高濃縮燃料においてR因子が無限格子体系の値
から0.02ないし0.05程度増加していることがわ
かる。これに対して1本発明による全燃料棒の局所出力
を記憶する方式では、燃料タイプによらず1%以内の誤
差でR因子を計算できることがわかる。また、熱的に厳
しい一部の燃料棒の無限体系での局所出力のみを記憶す
る方式の場合でも、中濃縮燃料に対して誤差が多少大き
いものの平均1%以内の誤差でR因子を計算できること
がわかる。
ば、単一燃料セグメント核計算の結果のみから、燃料セ
グメント間のスペクトルミスマツチが大きい場合にも、
良い精度で限界出力を算出できるという効果を奏する。
本発明の計算体系を示す図、第3図は本発明の効果を示
すために使用した沸騰水型原子炉用燃料セグメントの横
断面図、第4図および第5図は本発明の効果を示すため
の4燃料セグメント2次元詳細拡散計算に用いた燃料セ
グメント体系を示す燃料配置図、第6図および第7図は
無限格子計算および4燃料セグメント2次元詳細拡散計
算と本発明によるR因子の比較図である。 30・・・原子炉炉心 31・・・炉心内限定領域中性子拡散計算装置32・・
・局所出力分布計算装置 33・・・無限体系局所出力分布及びR因子記憶装置3
4・・・R因子修正装置 35・・・限界出力比計算装置 (8733)代理人弁理士 猪 股 祥 晃(ほか1名
)第 図 弗 前 半 図 第 図 享 蘭 羊 田
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 原子炉の炉心内に配置された燃料セグメント内の限界出
力比を計算する燃料集合体の限界出力比計算装置におい
て、着目する燃料セグメントのみから成る無限格子体系
における非均質な中性子拡散方程式を解いて局所出力分
布を求める局所出力分布計算装置と、限界クォリティの
計算に用いる局所出力分布のパターンを表すR因子を数
表、またはフィッティング式の係数として記憶するR因
子記憶装置と、前記着目する燃料セグメントとそれを取
り巻く近傍の燃料セグメントから構成される炉心内の限
定された領域において燃料セグメントの各々を均質化し
て中性子拡散方程式を解き。 その解を用いて前記記憶されている着目する燃料セグメ
ントのみから成る無限格子体系における非均質な中性子
拡散方程式を解いて得られる局所出力分布を修正して局
所出力分布を求め、これを用いて前記着目する燃料セグ
メントに対するR因子を修正するR因子修正装置と、前
記R因子修正装置によりR因子を修正することにより燃
料集合体の限界出力比を算出する限界出力比計算装置と
から構成されたことを特徴とする燃料集合体の限界出力
比計算装置。
Priority Applications (2)
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US07/770,921 US5171516A (en) | 1990-10-04 | 1991-10-04 | Reactor core monitoring system and method |
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Family Applications (1)
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