MXPA04002997A - Metodo y disposicion para determinar patrones de carga de combustible fresco para reactores nucleares. - Google Patents

Metodo y disposicion para determinar patrones de carga de combustible fresco para reactores nucleares.

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Abstract

En el metodo, se puede definir un grupo de limites aplicables a un nucleo, y un diseno de patron de carga de combustible fresco de prueba, que sera utilizado para cargar el nucleo, puede ser determinado basandose en los limites. La operacion del reactor por lo menos en un subgrupo del nucleo puede ser simulada para producir una pluralidad de resultados simulados. Los resultados simulados pueden ser comparados contra los limites, y los datos de la comparacion pueden indicar si cualquiera de los limites fueron violados por el nucleo durante la simulacion. Un disenador o ingeniero puede utilizar los datos para modificar el patron de carga de combustible fresco de prueba, crear uno o mas disenos de patron de carga de combustible fresco derivativo para simulacion y perfeccion final como un diseno de patron de carga de combustible fresco aceptable para el nucleo.

Description

METODO Y DISPOSICION PARA DETERMINAR PATRONES DE CARGA DE COMBUSTIBLE FRESCO PARA REACTORES NUCLEARES ANTECEDENTES DE LA INVENCION CAMPO DE LA INVENCION Esta invención se refiere a la determinación de diseños de / patrón de carga de combustible fresco para un núcleo de un reactor nuclear.
TECNICA RELACIONADA Un reactor nuclear, tal como un reactor de agua de ebullición (BWR) o reactor de agua presurizada (PWR), por ejemplo, puede operar de aproximadamente 1 a 2 años con una sola carga de combustible para núcleo. Después del término de un período dado (ciclo de energía), aproximadamente de ¼ a Vz del combustible menos reactivo (el más antiguo o el que más sea quemado) puede ser desechado del reactor. La operación del ciclo puede depender de la colocación de los ensambles de combustible (combustible fresco, combustible una vez quemado, combustible dos veces quemado, etc.). Debido a la presencia de venenos que se pueden quemar en el núcleo, tales como gadolinio, por ejemplo, las características de los ensambles de combustible fresco, combustible una vez quemado y combustible dos veces quemado, pueden ser diferentes. El ensamble de combustible fresco típicamente es menos reactivo en el Inicio del Ciclo (BOC, según sus siglas en inglés), según comparado con un haz de combustible una vez quemado, debido a la presencia de gadolinio. AI Final del ciclo (EOC, según sus siglas en inglés), ya que mucho o todo el veneno se ha quemado, los ensambles frescos típicamente son más reactivos que el combustible una vez quemado. Aunque la forma de una curva de reactividad dependiente de exposición del combustible dos veces quemado puede ser similar a aquélla del combustible una vez quemado, la reactividad del combustible dos veces quemado es más pequeña en magnitud. Al combinar ensambles de combustible fresco, de combustible una vez quemado y de combustible dos veces quemado, sin embargo, se puede obtener una reactividad substancialmente uniforme a través del núcleo, mediante el ciclo de energía. Además de las consideraciones de reactividad, la colocación de ensambles de combustible ("haces de combustible") puede impactar los límites térmicos, configuración de energía y economía del ciclo de combustible. Si los haces de combustible, demasiado altos en reactividad, son colocados de cara adyacente, se puede presentar un margen inadecuado a los umbrales de reactividad con los límites térmicos. La longitud del ciclo puede ser también incrementada por la colocación de un número mayor de haces reactivos hacia el centro del núcleo, en lugar de colocar estos haces de combustible reactivos en la periferia del núcleo. Por consiguiente, un patrón de carga de núcleo puede definir muchas de las consideraciones más importantes para un ciclo de combustible nuclear. Como un patrón de carga de combustible dado, puede ser benéfico incluir una pluralidad de haces de combustible fresco, por ejemplo, un patrón de carga de combustible fresco que forme parte del patrón de carga de núcleo. Al desarrollar múltiples diseños de patrón de carga de combustible fresco, son posibles mejoras en cierta métrica del ciclo de energía, tal como la longitud extendida en el ciclo, sobrealimentaciones de energía de planta, márgenes de seguridad incrementados, etc. Tradicionalmente, se han hecho determinaciones de diseño de carga de núcleo en una base de ensayo y error. Por ejemplo, se utiliza un procedimiento de diseño de patrón de carga de núcleo manual independiente, el cual requiere que un diseñador repetidamente introduzca parámetros operacionales específicos de planta de reactor en un archivo de texto ASCll, el cual es un archivo de entrada. Los datos introducidos en el archivo de entrada pueden incluir posiciones de muesca de cuchilla de las cuchillas de control (si el reactor evaluado es un reactor de agua en ebullición (BWR)), flujo de núcleo, exposición de núcleo, que puede ser la cantidad de quemado en un ciclo de energía de núcleo, medido en megavatios (o gigavatios días por tiempo corto (MWD/st, GWD/st), etc. Un programa de simulación de núcleo autorizado por La Comisión de Regulación Nuclear (NRC, según sus siglas en ingles) lee el archivo de entrada resultante y produce los resultados de la simulación a un siguiente archivo de texto o binario. Después, un diseñador puede evaluar el resultado de simulación para determinar si se satisfacen los criterios de diseño, y para verificar que no han ocurrido violaciones de los márgenes a los límites térmicos. Una falla para satisfacer los criterios de diseño (es decir, v.ioiación de uno o más límites) típicamente requiere de una modificación manual al archivo de entrada. Específicamente, el diseñador manualmente podría cambiar uno o más parámetros de operación, y volver a realizar el programa de simulación de núcleo. Este procedimiento se repitió hasta que se logró un diseño de patrón de carga de núcleo satisfactorio. Este procedimiento puede ser extremadamente consumidor de tiempo, ya que los archivos de texto ASCII requeridos son laboriosos para su construcción, y por lo regular son propensos a errores. Los archivos típicamente en un formato ASCII y extremadamente largos, algunas veces excediendo a 1000 o líneas de código. Un solo error en el archivo puede presentarse en un choque del simulador, o peor, puede dar como resultado un resultado moderadamente errante que puede ser difícil de detectar inicialmente, pero el cual podría despilfarrar el tiempo. e iteraciones para reducir tal vez la energía de ciclo del núcleo, si un núcleo de reactor nuclear de operación real se cargará de acuerdo con el patrón de carga de núcleo erróneo. Además, no se proporciona ninguna ayuda a través del procedimiento iterativo manual con el fin de guiar a un diseñador a una solución de diseño de patrón de carga de núcleo más favorable. En el procedimiento actual, la experiencia e intuición del diseñador o ingeniero responsable son los únicos medios para determinar una solución de diseño de patrón de carga de núcleo.
COMPENDIO DE LA INVENCION Las modalidades ilustrativas de la presente invención están dirigidas a un método y disposición para determinar diseños de patrón de carga de combustible fresco, en donde un grupo de límites aplicables a un núcleo puede ser definido, y un diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba, que será utilizado para cargar el núcleo, puede ser determinado basándose en los límites. La operación del reactor por lo menos en un subgrupo del núcleo, puede ser simulada para producir una pluralidad de resultados simulados. Los resultados simulados pueden ser comparados contra los límites, y los datos de la comparación pueden indicar si cualesquiera de los límites fueron violados por el núcleo durante la simulación. Un diseñador o ingeniero puede utilizar los datos para modificar el patrón de carga de combustible fresco de prueba, creando uno o más diseños de patrón de carga de combustible fresco derivativos para la simulación y perfección final como un diseño de patrón de carga de combustible fresco aceptable para el núcleo.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Las modalidades ilustrativas de la presente invención se entenderán más fácilmente a partir de la descripción detallada proporcionada más adelante y los dibujos anexos, en donde elementos similares están presentados con números de referencia similares, los cuales se proporcionan solamente a manera de ilustración y de esta manera no limitan las modalidades ilustrativas de la presente invención, y en donde: La Figura 1 ilustra una disposición para implementar el método de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención; La Figura 2 ¡lustra un servidor de aplicación de la disposición para implementar el método de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención; La Figura 3 ilustra una base de datos de relación con bases de datos subordinadas de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención; La Figura 4 es un diagrama de flujo que describe el método de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención; La Figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra un paso para la determinación de diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención; La Figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra un paso de simulación de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención; La Figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra el paso de comparación de la Figura 4 con mayor detalle de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención; Las Figuras 8A y 8B son diagramas de flujo que ilustran la modificación de un diseño de patrón de carga de núcleo y un procedimiento de modificación iterativo de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención; Las Figura 9-15 son pantallas de una aplicación a base de computadora ilustrativa para describir adicionaimente varias características de las modalidades ilustrativas de la presente invención; y La Figura 16 es un diagrama de flujo que describe una rutina de optimización de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención.
DESCRIPCION DETALLADA Las modalidades ilustrativas de la presente invención están dirigidas a un método y disposición para determinar un diseño de patrón de carga de combustible fresco para un reactor nuclear. La disposición puede incluir una interfase de usuario gráfica (GUI) y un medio de procesamiento (por ejemplo, programa accionado mediante software, procesador, servidor de aplicación, etc.) para permitir que un usuario cree virtualmente diseños de patrón de carga de combustible fresco para un núcleo. Los datos con relación a la simulación del núcleo cargado de acuerdo con el patrón de carga de combustible fresco pueden ser revisados en un dispositivo de presentación adecuado a través del usuario. La disposición puede proporcionar una realimentación al usuario, basándose en como un núcleo cargado con una solución de diseño de patrón de carga de combustible fresco propuesta satisface los límites de entrada del usuario o restricciones para la operación del reactor nuclear simulado. El usuario, a través de la GUI, puede introducir límites, los cuales pueden ser datos de restricción específicos de planta, por ejemplo, que pueden ser aplicables a un núcleo de una planta de reactor seleccionada, la cual va a ser cargada para simulación, por ejemplo, un "núcleo virtual", basándose en un diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba. Por ejemplo, los datos de restricción o límites pueden ser definidos como un grupo de valores de operación y de funcionamiento de núcleo limitantes u objetivo para una planta de reactor o ciclo de energía de núcleo específico. A través de la GUI, un usuario puede determinar un diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba inicial, puede iniciar una simulación de reactor (por ejemplo, una simulación tridimensional utilizando códigos de simulación permitidos por la NRC) del núcleo cargado basándose en el diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba, y ver resultados a partir de la simulación. De acuerdo con las modalidades ilustrativas, se puede utilizar una función objetiva para comparar que tan estrechamente un núcleo simulado cargado con el diseño de patrón de carga de combustible fresco satisface los límites o restricciones. Una función objetiva es una ecuación matemática que incorpora las restricciones o limites y cuantifica la adherencia a los límites del diseño de patrón de carga de combustible fresco. Por ejemplo, basándose en los resultados de la simulación y valores de función de objeción calculados, el usuario, quien puede ser un diseñador de núcleo, ingeniero o supervisor de planta, y cualquier persona que tenga acceso a la disposición, por ejemplo, puede ser capaz de determinar si un diseño particular satisface los requerimientos (límites) del diseño de usuario (es decir, satisface un requerimiento de energía de ciclo máximo). A través de la GUI, el usuario entonces puede modificar el diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba para crear un diseño de patrón de carga de combustible fresco derivativo, y emitir comandos para repetir la simulación para determinar si existe cualquier mejora del funcionamiento en el diseño de patrón de carga de combustible fresco derivativo. Además, el usuario, a través de la GUI, puede iterar ciertas funciones, tales como la simulación, comparación de resultados con límites, modificar el diseño si los límites son violados, etc., para generar N diseños de patrón de carga de combustible fresco, hasta que un núcleo simulado o un N diseño satisface todos los límites, o satisface todos los límites dentro de un margen que es aceptable para el usuario. Las modalidades ilustrativas de la presente invención pueden utilizar un ambiente de cómputo para efectuar una reducción de 10 veces en la cantidad de tiempo necesario para crear un diseño de patrón de carga de combustible fresco deseable para un reactor nuclear, según comparado con el procedimiento iterativo manual real. El diseño de patrón de carga de combustible fresco resultante puede adherirse casi perfectamente y/o exactamente a los límites de diseño o restricciones de entrada dei usuario, ya que un diseño de patrón de carga de combustible no se completa hasta que un valor de función objetiva para una solución de diseño en particular es igual a cero. Según comparado con procedimientos iterativos manuales de la técnica anterior, puede ser posible una mayoría flexible operacional para cambiar los diseños de patrón de carga de combustible fresco rápidamente y simular los diseños alterados. Ya no se hacen más errores al intentar generar un archivo de entrada de simulador, como se describe con respecto al procedimiento iterativo manual. La Figura 1 ilustra una disposición para implementar el método de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención. Haciendo referencia a la Figura 1, la disposición 1000 puede incluir un servidor de aplicación 200, el cual puede servir como un nexo central de un sitio web accesible, por ejemplo. El servidor de aplicación 200 puede ser modalizado como cualquier servidor de aplicación conocido, tal como un servidor de aplicación de WINDOWS 2000, por ejemplo, el servidor de aplicación 200 puede ser operativamente conectado a una pluralidad de servidores de. cálculo 400, un servidor criptográfico 260 y a una memoria 250. La memoria 250 puede ser modalizada como un servidor de base de datos de relación, por ejemplo.
Una pluralidad de usuarios externos 300 puede comunicarse con un servidor de aplicación 200 a través de un medio encriptado adecuado tal como una conexión de capa de enchufe de seguridad de 128 bits, encriptada (SSL), 375, aunque las modalidades ilustrativas de la presente invención no están limitadas a este medio de comunicación encriptado. Un usuario 300 puede conectarse al servidor de aplicación 200 a través de Internet, por ejemplo, a partir de cualquiera de una computadora personal, portátil, y auxiliar digital personal (PDA), etc., utilizando una interfase adecuada tal como un navegador de Internet a base de web. Además, el servidor de aplicación 200 puede ser accesible a usuarios internos 350 a través de una conexión de red de área local adecuada (LAN, 275), de manera que los usuarios internos 350, a partir de cualquiera de una computadora persona, portátil, auxiliar digital personal (PDA), etc., que es parte de una Intranet (es decir, red privada), puede tener acceso a través de la Intranet, por ejemplo. El servidor de aplicación 200 puede ser responsable de la seguridad en línea, para dirigir todos los cálculos e introducir los datos con el fin de calcular valores de función objetivos y para la creación de las representaciones gráficas adecuadas de varios aspectos de un diseño de patrón de carga de combustible fresco que un usuario puede revisar. La información gráfica puede ser comunicada a través de la conexión 375 de SSL de 128 bits o la LAN 275, que será presentada en un dispositivo de presentación adecuado de los usuarios 300/350. De aquí en adelante, el término "usuario" se refiere tanto un usuario interno 300 como a un usuario externo 350. Por ejemplo, el usuario puede ser cualquiera de un representante de una planta de reactor nuclear que tenga acceso al sitio web para determinar un diseño de patrón de carga de combustible fresco para su reactor nuclear, un vendedor alquilado por un sitio de planta de reactor para desarrollar diseños de patrón de carga de combustible fresco utilizando las modalidades ilustrativas de la presente invención, o cualquier otra persona que tenga acceso a la disposición 1000 o a otro sistema que implemente el método de acuerdo con las modalidades ilustrativas de la presente invención. La Figura 2 ¡lustra un servidor de aplicación 200 asociado con la disposición de la Figura 1. Haciendo referencia a la Figura 2, el servidor de aplicación 200 puede utilizar una barra colectora 205 para conectar varios componentes y proporcionar una trayectoria para los datos recibidos de los usuarios. La barra colectora 205 puede ser implementada con arquitecturas convencionales de barra colectora tales como una barra de colectora de interconexión de componentes periféricos (PCI) que es estándar en muchas arquitecturas de computadora. Las arquitecturas alternativas de barra colectora tales como VMEBUS, NUBUS, barra colectora de datos de dirección, barra colectora ARM, barra colectora DDR (doble velocidad de datos), etc, por supuesto, pueden ser utilizadas para implementar la barra colectora 205. Los usuarios pueden comunicar la información al servidor de aplicación 200 a través de una conexión adecuada (LAN 275 o iníerfase de red 225). El servidor de aplicación 200 también puede incluir un procesador huésped 210, el cual puede ser construido con uno o más microprocesadores convencionales, tales como los procesadores PENTIUM actualmente disponibles. El procesador huésped 210 puede representar un nexo central a partir del cual se realizan funciones en tiempo real y no reales en el servidor de aplicación 200, tal como funciones de interfase de usuario gráfica (GUI) y de navegador, dirigir funciones de seguridad, dirigir cálculos tales como el cálculo de los valores de función objetiva para comparar resultados de simulador con varios límites, etc., para la presentación y revisión por parte del usuario. Por consiguiente, el procesador huésped 210 puede incluir una GUI 230, la cual puede ser modalizada en el software como un navegador. Los navegadores son dispositivos de software que presentan una interfase a, e interactúan con los usuarios de la disposición 1000. El navegador es responsable de formatear y presentar componentes de interfase de usuario (por ejemplo, hipertexto, ventaja, etc.) e imágenes. Los navegadores típicamente son controlados y comandados por el lenguaje de marcado de hipertexto estándar (HTML). De acuerdo con las modalidades ilustrativas de la presente invención, se pueden realizar funciones y decisiones gráficas interactivas en el control de flujo de un navegador tal como GUI 230 con una red privada virtual (VPN). El uso de una red VPN puede permitir el cálculo de aspectos relacionados con los gráficos en el servidor de aplicación 200 solamente, mientras que las imágenes resultantes son presentadas a ios usuarios 300. Además, o como alternativa, cualquier decisión en el control de flujo del GUI 230 que requiera de una Interacción más detalla por parte del usuario puede ser implementada utilizando JavaScript. Ambos lenguajes pueden ser adaptados para los detalles específicos de una implementación dada del servidor de aplicación 200, y se pueden presentar las imágenes en el navegados utilizando esquemas de comprensión estandarizados bien conocidos tales como JPG, GIF, TIFF y otros más. Otros lenguajes y esquemas de compresión no estandarizados pueden ser utilizados para GUI 230, tales como XML, lenguajes "caseros" u otros lenguajes y esquemas no estandarizados conocidos. El procesador huésped 210 puede ser operativamente conectado a un servidor criptográfico 260. Por consiguiente, el servidor de aplicación 200 puede implementar funciones de seguridad a través del servidor criptográfico 260, con el fin de establecer un contrafuegos para proteger la disposición 1000 de ramificaciones de seguridad externas. Además, el servidor criptográfico 260 puede asegurar toda la información personal de usuario registrados. El servidor de aplicación 200 también puede ser operativamente conectado a una pluralidad de servidores de cálculo 400. Los servidores de cálculo 400 pueden realizar todos los cálculos requeridos para procesar los datos introducidos por el usuario, dirigir la simulación de un núcleo cargado de acuerdo con un diseño de patrón de carga de combustible fresco, calcular valores de función objetivos para comparación como se describirá con detalle más adelante, y para proporcionar resultados que puedan ser presentados a través de la GUI 230, bajo la dirección del servidor de aplicación 200. Los servidores de cálculo 400 pueden ser modalizados como servidores de WINDOWS 2000, por ejemplo. Más particularmente, los servidores de cálculo 400 pueden ser configurados para realizar una multitud de computaciones complejas que pueden incluir, pero no se limitan a, configurar la función objetiva y calcular valores de función objetiva, ejecutar un programa simulador tridimensional para simular la operación de núcleo del reactor en un núcleo cargado con un diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba particular y para generar resultados de la simulación, proporcionando datos de resultados para el acceso y presentación por un usuario a través de la GUI 230 e iterar una rutina de optimización como se describe más adelante. Alternativamente, las modalidades ilustrativas pueden ser implementadas por un producto de programa de computadora tales como un programa de software en haces. El programa de software puede ser almacenado en la memoria 250 e incluye una lógica que permite que el procesador huésped 210 dirija e ¡mplemente el método de acuerdo con las modalidades ilustrativas de la invención, dirija los servidores de cálculo 400, los servidores de cálculo también teniendo acceso a la memoria 250. La Figura 3 ilustra un servidor de base de datos 250 ilustrativo de acuerdo con una modalidad de la invención. El servidor de memoria o de base de datos 250 puede ser una base de datos de relación tal como un servidor de base de datos de relación Oracle 8i Alpha ES 40. El servidor de base de datos de relación 250 puede contener un número de bases de datos subordinadas que manejan todos los datos y resultados necesarios, con el fin de implementar las modalidades ilustrativas de la presente invención. Por ejemplo, el servidor de base de datos de relación 250 puede incluir áreas de almacenamiento que contienen base de datos subordinadas tales como la base de datos de límites 251, la cual es una base de datos que almacena límites y/o restricciones de diseño introducidos por el usuario para diseños de patrón de carga de combustible fresco de prueba que son evaluados para un reactor nuclear particular. Además, el servidor de base de datos de relación 250 puede incluir una base de datos en cola 253, la cual almacena datos de cola y parámetros para un diseño de patrón de carga de combustible fresco particular de un núcleo que va a ser simulado en el simulador tridimensional. Los resultados del simulador pueden ser almacenados en una base de datos de resultados de simulador 255. La base de datos de resultados de simulador 255 (y la base de datos de límites 252) pueden ser accesados por los servidores de cálculo 400 con el fin de calcular un número de valores de función objetivos que pueden ser aplicables a un diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba particular. Estos valores de función objetivos pueden ser almacenados en una base de datos de valores de función objetivos 257 dentro del servidor de base de datos de relación 250. Una base de datos de parámetros de entrada de 259 del simulador tridimensional también puede ser incluida dentro del servidor de base de datos de relación 250. La base de datos 259 puede incluir las posiciones del haz de combustible y parámetros de operación del reactor para todos los pasos de exposición. Ya que los servidores de cálculo 400 pueden conectarse operativamente a, y pueden comunicarse con el servidor de base de datos de relación 250, cada una de las bases de datos subordinadas descrita en la Figura 3 puede ser accesible a uno o más servidores de cálculo 400.
La Figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra el método de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención. El método puede ser descrito en términos de un diseño de patrón de carga de combustible fresco para un reactor de agua en ebullición ilustrativo, entendiéndose que las modalidades ilustrativas pueden ser aplicables a PWRs, reactores enfriados con gas y reactores de agua pesada. Haciendo referencia a !a Figura 4, se selecciona una planta de reactor para evaluación (paso S5) y se definen (paso S10) límites que van a ser utilizados para una simulación de un núcleo de la planta seleccionada que va a ser cargada de acuerdo con un patrón de carga de combustible fresco de prueba. Basándose en los límites, un patrón de carga de combustible fresco de prueba inicial puede ser determinado, y el núcleo "virtual" puede ser cargado de acuerdo con el diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba inicial determinado (paso S20). La operación del reactor puede ser simulada (paso S30) en todo el núcleo, o en un subgrupo del núcleo, el cual puede ser un subgrupo de haces de combustible en un núcleo de reactor, por ejemplo, con el fin de producir una pluralidad de resultados simulados. Los resultados simulados pueden ser comparados con los límites (paso S40), y basándose en la comparación, se pueden proporcionar datos ilustrando si cualesquiera límites han sido violados (paso S50). Los datos pueden proporcionar al usuario indicaciones de que ubicaciones en un núcleo simulado fueron los violadores más grandes o contribuidores más grandes para una violación de límite. Cada uno de estos pasos ahora se describirá con detalle. Las Figuras 9-15 son pantallas que describen una aplicación a base de computadora ilustrativa para presentar adicionalmente otras características o aspectos del método y disposición de la presente invención. Estas Figuras pueden ser ocasionalmente denominadas en la siguiente descripción. Inicialmente, se selecciona una planta de reactor (paso S5) de manera que se puede seleccionar un diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba inicial. La planta de reactor puede ser seleccionada a partir de una lista almacenada, tal como se almacena en una base de datos accesible, tal como la base de datos de relación 250, por ejemplo. El reactor que será evaluado puede ser cualquiera de un BWR, PWR, reactor enfriado con gas, o reactor de agua pesada, por ejemplo. Los datos de las plantas previamente evaluadas pueden ser almacenados, y la planta listada bajo una carpeta accesible adecuada puede ser accesada a través de un dispositivo de entrada adecuado (ratón, teclado, pantalla táctil de plasma, comando activado por voz, etc.) y la GUI 230. Un grupo de límites aplicables al núcleo puede ser definido (paso S10). Estos límites pueden estar relacionados con los aspectos claves del diseño del núcleo de reactor particular que va a ser evaluado y las restricciones de diseño de ese reactor. Los límites pueden ser aplicables a variables que van ha ser introducidas para realizar una simulación de un núcleo cargado de acuerdo con un diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba, por ejemplo, y pueden incluir restricciones aplicables solamente a los resultados de la simulación. Por ejemplo, los límites de entrada pueden estar relacionados con restricciones específicas de planta de reactor introducidas por el cliente y criterios de funcionamiento del núcleo. Los límites aplicables a los resultados de simulación pueden estar relacionados con uno o más de los límites de parámetro operacionaies, y/o restricciones de diseño usadas para la operación del reactor, límites de seguridad del núcleo, márgenes para estos límites operacionaies y de seguridad, y las otras restricciones específicas de planta de reactor introducidas por el cliente. Sin embargo, dichos límites o restricciones son meramente ilustrativos, como otros límites o restricciones, de manera que pueden ser previsibles límites basados en un diseño de núcleo de sobrealimentación que excede a los límites operacionales reales. La Figura 9 ilustra restricciones específicas de planta introducidas por el usuario o cliente, las cuales pueden ser configuradas como límites en variables de entrada a la simulación y límites en los resultados de simulación. Haciendo referencia a la Figura 9, se lista una pluralidad de restricciones específicas de plantas introducidas por el cliente como se indica generalmente por la flecha 905. Para restricción, es posible asignar un límite de valor de diseño, como se indica por la columna 910. La Figura 5 es un diagrama de flujo que describe una selección de patrón de carga de combustible fresco de prueba y una carga de núcleo de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención. La Figura 5 se proporciona para explicar el paso S20 de determinación, con mayor detalle. La selección de un patrón de carga de combustible fresco de prueba, y la carga de un núcleo "virtual" para la planta seleccionada a base del patrón, se puede realizar con el fin de simular la operación del reactor del núcleo modelado basándose en el diseño propuesto. Inicialmente, se realiza una verificación (paso S21) para establecer si han ocurrido iteraciones anteriores en un patrón de carga de combustible fresco de prueba. Si existe una primera iteración, por ejemplo, no se ha analizado ningún patrón de carga de combustible fresco de prueba previo, la información sobre los ciclos pasados o plantas similares se puede utilizar para proporcionar una base para un patrón de carga de combustible fresco de prueba inicial (paso S22). Por ejemplo, un patrón de carga de combustible fresco de prueba inicial puede ser seleccionado de un diseño de patrón de carga de núcleo utilizado para un núcleo similar en una simulación previa. Seleccionado basándose en un diseño de patrón de carga de núcleo de un reactor que es similar al reactor que se va a evaluar, y/o de un diseño de patrón de carga de núcleo real utilizado en un ciclo de energía de núcleo anterior en la planta de reactor que se está evaluando, por ejemplo. Si se han realizado iteraciones pasadas (la salida del paso S21 es "NO"), el contenido total de energía del núcleo, utilizando un patrón de carga de núcleo establecido que se conforma a los límites de entrada, puede ser evaluado, y se puede definir una diferencia a partir de un contenido de energía deseado/requerido (paso S23). Esto también puede ser realizado utilizando un patrón de carga de combustible fresco del paso S22, también representando los límites introducidos, si ésta es la primera iteración. Esta energía "delta" es la diferencia en la energía requerida para el siguiente ciclo futuro según comparado con el fin de ciclo (EOC) más reciente. Para iteraciones adicionales, la delta puede ser reducida a medida que la diferencia entre la energía real y la energía deseada se reduce. Además, las energías delta negativas implican que la energía resultante es mayor que la energía deseada, y esto es deseable. La diferencia en energía debe ser suministrada a través de ensambles de combustible fresco, los cuales podrían también ser parte del patrón de carga de combustible fresco para cargar el núcleo del reactor, que será cargado en una siguiente producción programada, por ejemplo. Existen reglas típicas que pueden ayudar a seleccionar el número de haces adicionales necesarios (o el número de haces que deban ser removidos) con el fin de obtener la energía objetivo deseada. Por ejemplo, en un reactor de agua en ebullición con 764 haces, comúnmente se cree cuatro (4) haces son valorados aproximadamente en 100 MWD/st de la duración del ciclo. Por lo tanto, si la energía resultante es 100 MWD/st mayor que la energía deseada, se deben remover cuatro haces frescos. Similarmente, si la energía resultante de más de 100 MWD/st es más corta que ia energía deseada, se deben agregar cuatro haces frescos adicionales.
El usuario debe seleccionar (paso S24) el número de haces de combustible fresco necesarios para desarrollar la diferencia de energía. Esto puede realizarse entrando a una "paleta" de diseños de haz de combustible fresco modelados y almacenados previamente, o el usuario puede crear haces de combustible fresco específicos a partir de una base de datos de tipo de haz, por ejemplo. Después se determina el número de haces frescos, que serán utilizados en el patrón de carga de núcleo de prueba, se debe identificar la simetría de la carga del núcleo (paso S25). Algunas plantas pueden requerir de simetría de carga cuadrante o simetría de carga de núcleo medio, por ejemplo. Se puede utilizar la GUI 230 para accesar a una página web de configuración de planta, la cual puede permitir que el usuario selecciona un "tamaño de modelo", por ejemplo, un cuarto de núcleo, medio núcleo, o núcleo completo, para evaluación en una simulación subsecuente. Además, un usuario puede seleccionar una opción de simetría de núcleo (por ejemplo, octante, cuadrante, sin simetría) para el tamaño de modelo seleccionado, oprimiendo en un menú desplegable adecuado, y similares. Al seleccionar "simetría octante" el usuario puede modelar el reactor asumiendo que los ocho (8) ociantes (en donde un octante es un grupo de haces de combustible, por ejemplo) son similares al octante modelado. Consecuentemente, el tiempo del simulador en general puede ser incrementado por un factor de ocho. Similarmente, al seleccionar "simetría cuadrante", el usuario puede modelar el reactor, asumiendo que cada uno de los cuatro cuadrantes (4) es similar al cuadrante modelado. De esta manera, el tiempo de simulador puede ser generalmente incrementado por un factor de cuatro. Si las asimetrías en las propiedades del haz evitan la simetría octante o cuadrante, el usuario también puede especificar que no hay simetría. El núcleo "virtual" después puede ser cargado (paso S26) de acuerdo con el patrón de carga de combustible fresco de prueba inicial, representando simetrías y límites. El núcleo virtual cargado de acuerdo con el patrón de carga de combustible fresco de prueba está listo para ser simulado. Con los límites ya definidos, el diseño de patrón de carga de combustible de fresco de prueba inicial determinado y el núcleo cargado de acuerdo con los mismos, se puede iniciar una simulación (paso S30). La simulación puede ser ejecutada por servidores de cálculo 400. Sin embargo, la simulación puede ser un procedimiento de simulación tridimensional que corre en forma externa a la disposición 1000. El usuario puede emplear programas simuladores tridimensionales ejecutables bien conocidos, tales como PANACEA, LOGOS, SIMULATE, POLCA, o cualquier otro software de simulador conocido, en donde se han identificado y codificado controladores de simulador apropiados, como es conocido. Los servidores de cálculo 400 pueden ejecutar estos programas de simulador basándose en la entrada por parte del usuario a través de la GUI 230. De esta manera, el usuario puede iniciar una simulación tridimensional en cualquier momento utilizando la GUI 230, y puede tener un número y diferentes medios para iniciar una simulación. Por ejemplo, el usuario puede seleccionar una "correr simulación" de un menú de desplazamiento de ventana, o puede oprimir en un icono que diga "CORRER" en una barra de herramientas de página web, como es conocido. Además, el usuario puede recibir actualizaciones gráficas o estados de la simulación. Los datos de cola relacionados con la simulación pueden ser colocados en cola en la base de datos de cola 253 dentro del servidor de base de datos de relación 250. Una vez que la simulación queda en cola, el usuario puede tener una indicación audio y/o visual de cuando se completa la simulación. Una vez que el usuario inicia la simulación, siguen muchos pasos de automatización. La Figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra el paso S30 de simulación con mayor detalle. Inicialmente, las definiciones para el problema de diseño de patrón de carga de núcleo pueden ser convertidas a un grupo de instrucciones tridimensionales (por ejemplo, un trabajo de computadora) para el simulador de núcleo de reactor tridimensional (paso S31). Esto permite que el usuario tenga la selección de varios tipos de simuladores, tales como los simuladores descritos anteriormente. La selección de un simulador particular puede depender de los criterios de planta introducidos por el usuario (por ejemplo, los límites). El trabajo de computadora puede ser leído a partir de la cola en la base de datos de cola 253 del servidor de base de datos de relación 250 (paso S33). El almacenamiento de los datos para una simulación particular puede habilitar cualquier iteración de simulación potencial para comenzar a partir de la última iteración o de la iteración previa. Al almacenar y recuperar estos datos, las iteraciones de simulación futuras para un diseño de patrón de carga de combustible fresco puede tomar solamente minutos o segundos para realizarse. Concurrentemente, un programa que corre en cada uno de los servidores de cálculo 400 disponible explora cada pocos segundos para buscar trabajos disponibles para correr (paso S37). Si un trabajo está listo para correr, uno o más de los servidores de cálculo 400 obtiene los datos de la base de datos de cola 253 y corre el simulador tridimensional apropiado. Como se describió anteriormente, uno o más mensajes de estado pueden ser presentados al usuario. Después de terminar la simulación, los resultados dei simulador pueden ser almacenados en una o más bases de datos subordinadas dentro del servidor de base de datos de relación 250 (por ejemplo, la base de datos de resultados de simulación 255). Por consiguiente, ei servidor de base de datos de relación 250 puede ser accesado por el usuario, a través de la GUI 230 y el procesador huésped 210, por ejemplo, con el fin de calcular valores de función objetivos para el diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba. La Figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra el paso de comparación de la Figura 4 con mayor detalle. La función objetiva puede ser almacenada en el servidor de base de datos de relación 250 para tener acceso por parte de los servidores de cálculo 400. Los cálculos de función objetiva, los cuales proporcionan valores de funciones objetivos, también pueden ser almacenados en el servidor de base de datos de relación 250, tal como en una base de datos de valor de función objetiva subordinada 257. Haciendo referencia a la Figura 7, las entradas al cálculo de función objetiva pueden incluir los límites de la base de datos de límites 257 y los resultados de simulador de la base de datos de resultados de simulador 255. Por consiguiente, un o más servidores de cálculo 400 pueden tener acceso a estos datos desde el servidor de base de datos de relación 250 (paso S41). Aunque las modalidades ilustrativas de la presente invención abarca cualquier número de formatos de función de objeción que pueden ser utilizados, una modalidad puede incluir una función objetiva teniendo tres componentes: (a) el límite para un parámetro de restricción particular (por ejemplo, restricción de diseño para el parámetro de planta de reactor), representado como "CONS"; el resultado de simulación del simulador tridimensional para el parámetro de restricción particular, representado como "RESULTADO", y un multiplicador para el parámetro de restricción, representado por "MULT". Un grupo de MULTs predefinidos puede ser empíricamente determinado a partir de una colección grande de configuraciones de planta de reactor de agua en ebullición, por ejemplo. Estos multiplicadores pueden ser fijados a valores que permiten que la energía de reactor, límites de reactividad y límites térmicos sean determinados en un orden apropiado. Por consiguiente, el método de la presente invención utiliza un grupo genérico de multiplicadores empíricamente determinados, los cuales pueden ser aplicados a más de 30 diferentes diseños de núcleo. Sin embargo, la GUI 230 permite el cambio manual de los multiplicadores, el cual es importante ya que la preferencia del usuario puede desear que ciertas restricciones sean "penalizada" con multiplicadores mayores que los multiplicadores identificados por los valores por omisión preestablecidos. Un valor de función objetivo puede ser calculado para cada parámetro de restricción individual y para todos los parámetros de restricción como un todo, en donde todos los parámetros de restricción representan la entidad de que se va a evaluar en un patrón de carga de combustible fresco de prueba particular. Un componente de restricción individual de la función objetiva puede ser calculado como se describe en la ecuación (1): OBJPAR = MULTpar* (RESULTADOpar - CONSPAR); (1) en donde "par" puede ser cualquiera de las restricciones introducidas por el cliente listadas en la Figura 9. Se debe entender que estos parámetros no solamente son parámetros que pueden ser posibles candidatos de evaluación, sino que son parámetros que son comúnmente utilizados con el fin de determinar una configuración de núcleo adecuada para un reactor nuclear. La función objetiva total puede ser una suma de todos los parámetros de restricción, o: OBJTOT = SUM (Par = 1 ,31) {OBJPar} (2) Haciendo referencia a la Ecuación 1, si RESULTADO es menor que CONS (por ejemplo, no hay ninguna violación de una restricción), la diferencia se reestablece en 0 y la función objetiva será de 0. Por consiguiente, los valores de función objetiva de 0 indican que una restricción particular no ha sido violada. Los valores positivos de la función objetiva representan violaciones que pueden requerir de corrección. Además, los resultados de simulación pueden ser provistos en la forma de coordenadas especiales (i, j, k) y coordenadas de tiempo (paso de exposición) (por ejemplo, tiempo particular en un ciclo de energía de núcleo). Por lo tanto, el usuario puede ver en que coordenada de tiempo (por ejemplo, paso de exposición) se localiza el problema. De esta manera, el patrón de carga de combustible fresco puede ser modificado solamente en el paso de exposición identificado. Además, los valores de función objetiva pueden ser calculados como una función de cada paso de exposición, y totalizados para todo el problema de diseño de patrón de carga de combustibles frescos de prueba (paso S43). Los valores de función objetiva calculados para cada restricción, y los valores de función objetiva por pasos de exposición, además pueden ser examinados normalizando cada valor de función objetiva para proporcionar un porcentaje de contribución de una restricción dada de un valor de función objetiva total (paso S45). Cada resultado o valor de un cálculo de función objetiva se almacena en una base de datos de valor de función objetiva subordinada 257 dentro del servidor de base de datos de relación 250. Los valores de función objetiva pueden ser utilizados en la determinación manual del desarrollo del patrón de carga de combustible fresco. Por ejemplo, los valores de los cálculos de función objetiva pueden ser vistos gráficamente por el usuario con el fin de determinar los parámetros que violan límites. Además, cualquier cambio en los valores de función objetiva con respecto a iteraciones exitosas para diseños de patrón de carga de combustible fresco proporciona al usuario un calibre para valorar tanto la mejora como el daño en su diseño de patrón de carga de combustible fresco propuesto.
Los incrementos en un valor de función objetiva con respecto a varias iteraciones pueden indicar que los cambios del usuario están creando un diseño de patrón de carga de combustible fresco que se está moviendo de una solución deseada, mientras que las iteraciones sucesivas de valores de funciones menos objetivas (por ejemplo, el valor de función objetiva que se reduce de un valor positivo a 0) pueden indicar mejoras en el diseño de patrón de carga de combustible fresco iterativo. Los valores de función objetiva, límites y resultados de simulación con respecto a iteraciones sucesivas se pueden almacenar en varias bases de datos subordinadas dentro del servidor de base de datos de relación 250. Por lo tanto, rápidamente se pueden recuperar diseños de iteraciones pasadas, si las últimas modificaciones prueban ser de no ayuda. Después de terminar los cálculos de función objetiva, el usuario puede ser provisto con datos relacionados con los cálculos de función objetiva, los cuales pueden incluir límites que han sido violados durante la simulación de un núcleo cargado de acuerdo con el diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba. La Figura 10 ilustra datos gráficos ilustrativos que un usuario puede revisar. Haciendo referencia a la Figura 10, se presenta una lista de parámetros de restricción que pueden representar los límites de entrada, y los valores de cada cálculo de valor de función objetiva en una base por restricción. La Figura 10 ilustra límites que han sido violados con una verificación en una caja, como se indica por la caja verificada 1005, por ejemplo. Además, para cada violación de límite, su contribución y porcentaje de contribución (%), basado en los cálculos y en las rutinas de normalización descritas con respecto a la Figura 7, pueden ser presentados. Por consiguiente, basándose en estos datos, el usuario puede ser provisto con recomendaciones de que modificaciones se necesitan hacer para el diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba para una iteración subsecuente. Aunque las modificaciones de patrón de carga de combustible fresco individuales alternativamente pueden ser dejadas a los deseos del usuario, se pueden proporcionar recomendaciones de procedimiento en la forma de un menú desplegable, por ejemplo. Estas recomendaciones pueden ser divididas en tres categorías: movimientos benéficos de energía, movimientos dañinos de energía, y margen excesivo de conversión (a partir del límite térmico) a energía adicional. Una técnica preferida puede ser dirigir problemas utilizando movimientos benéficos de energía en lugar de movimientos dañinos de energía aunque las modalidades ilustrativas no están limitadas a esta técnica preferida, ya que los movimientos dañinos de energía y/o el margen excesivo de conversión pueden ser utilizados para modificar un patrón de carga de combustible fresco de prueba particular. Aún si el diseño de patrón de carga de combustible fresco satisface todos los límites (restricciones específicas de planta introducidas por el cliente, límites de diseño, límites término, etc.) el usuario puede verificar que cualquier margen excesivo para un límite particular es convertido a energía adicional.
Por consiguiente, las siguientes determinaciones lógicas pueden ¡lustrar las recomendaciones de procedimiento anteriores: Movimientos Benéficos de Energía Si el margen de Relación de Energía Crítica (CPR) es demasiado bajo hacia el perímetro de núcleo, mover más combustible reactivo (menos expuesto) hacia el centro del núcleo. Si hay un problema de MFLPD (por ejemplo, una restricción de margen término) en EOC, mover más combustible reactivo hacia la ubicación del problema. Si hay problema de margen de interrupción (SDM) en el perímetro del núcleo en BOC, colocar menos combustible reactivo hacia el perímetro del núcleo.
Movimientos Dañinos de Energía Si el margen de Relación de Energía Crítica Mínimo (MCPR) es demasiado bajo en EOC, mover menos combustible reactivo (más expuesto) hacia ubicaciones problema. Si el margen KW/ft (MAPLHGR) es demasiado bajo en EOC, mover menos combustible reactivo hacia ubicaciones problema.
Margen Excesivo de Conversión a Energía Adicional Si existe un margen extra de MCPR en el centro del núcleo en EOC, mover más combustible fresco reactivo de la ubicación de perímetro de núcleo hacia el centro del núcleo.
Basándose en la ubicación, y en la exposición de tiempo de violaciones de límite, como se indica por la función objetiva, un usuario puede elegir seguir una o más de las recomendaciones anteriores para dirigir y fijar violaciones de restricción. Los datos que resultan de los casos de función objetiva pueden ser interpretados en un dispositivo de presentación adecuado. Por ejemplo, estos datos pueden ser presentados como una lista de restricciones con violadores denotados, como se describe con respecto a la Figura 10. Sin embargo, el usuario puede introducir un número de diferentes pantallas de presentación de "resultado" que pueden ser configurables como vistas bi o tridimensionales, por ejemplo. El siguiente Cuadro 1 presenta algunas de las vistas ilustrativas disponibles para el usuario.
CUADRO 1 Vistas Gráficas Disponibles para el Usuario Resultados de función objetiva- lista Gráfica de valor de núcleo máximo contra exposición Gráfica de valor máximo nodal contra exposición Gráfica de ubicación de valor de núcleo máximo contra exposición Gráfica de valor de terminal contra exposición Gráfica de valor máximo de haz contra exposición Diagrama de rotación de vista tridimensional Funcionamiento de reporte con relación a la iteración previa Escalas de mejora de reporte de varios diseñadores Presentación de estado de servidor Presentación de estado de cola Presentación de recomendaciones de sistema Las Figuras 11-12B ilustran vistas gráficas disponibles para el usuario de acuerdo con la invención. Haciendo referencia a la Figura 11, un usuario puede desplegar un menú de despliegue adecuado a partir de un icono de "ver" en una barra de herramientas con el fin de presentar vistas de ciertas restricciones o parámetros. Como se ilustra en la Figura 11, un usuario ha seleccionado un parámetro de restricción de Densidad de Energía de Límite Fraccional Máxima (MFLPD). Existe un número de diferentes vistas gráficas disponibles para el usuario, como se indica por el menú de despliegue 1110. El usuario simplemente selecciona la vista deseada y después puede tener acceso a una página tal como se ilustra en las Figuras 12A o 12B. La Figura 12A ilustra dos diferentes gráficas bidimensionales de restricciones particulares, como se ve en 1205 y 1210. Por ejemplo, el usuario puede determinar cuando ocurren las violaciones de Régimen de Generación de Calor Plano Promedio Máxima (MAPLHGR) (en una gráfica de núcleo máximo contra exposición 1205, y una1 gráfica de valores axiales de MFLPD contra exposición 1210) para una exposición particular en el ciclo de núcleo. Los límites de estas restricciones se muestran a través de las líneas 1220 y 1225, con las violaciones mostradas generalmente en 1230 y 1235 en la Figura 12A. La Figura 12B ¡lustra otra vista, en este caso una vista bidimensional de una sección transversal completa de un núcleo, con el fin de ver en donde se ubican los contribuidores de violación mayores para MAPLHGR contra exposición. Como se ve en 1240 y 1250, los cuadro encerrados representan los haces de combustible que son los contribuidores de violación mayores para MAPLHGR en el núcleo (por ejemplo, 1240 y 1250 señalando a haces que violan MAPLHGR). Esto proporciona al usuario una indicación de ubicaciones en el diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba que puede necesitar de modificación. Las Figura 8A y 8B son diagramas de flujo que describen pasos de modificación y procesamiento de iteración de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención. Haciendo referencia a la Figura 8A, la interpretación de los datos en el paso S60, el usuario puede inclinarse a iniciar una subrutina de modificación (paso S70). En toda práctica, el diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba inicial no será un diseño aceptable, y se requerirá de una subrutina de modificación. En una modalidad ilustrativa, el usuario puede dirigir cada interacción de esta subrutina de modificación, con la ayuda de la interfase de usuario gráfica 230. En otra modalidad ilustrativa, la subrutina de modificación puede ser realizada dentro de la subuniones de un algoritmo de optimización que automáticamente itera la simulación, cálculo de función objetiva y evaluación de los resultados o valores de los cálculos de función objetiva para un número de iteraciones de diseño de patrón de barras. El usuario determina, basándose en los datos presentados, si algunos límites son violados (paso S71). Si no se ha violado ningún límite, el usuario determina si cualesquiera identificadores indican que se obtienen características de energía máxima a partir del diseño de patrón de carga de combustible fresco. Por ejemplo, estos identificadores pueden incluir una indicación de una buena utilización de margen término (tales como márgenes en MFLCPR y MAPLHGR) moviendo el combustible hacia el centro del núcleo para incrementar al máximo la generación de plutonio para la extensión del ciclo. Se puede ver que los requerimientos de energía se satisfacen cuando se obtiene el valor propio mínimo de EOC para el diseño de ciclo (búsqueda de valor propio) o se determina la duración del ciclo deseado a un valor propio fijado de EOC. Si existe una indicación de que se ha obtenido una energía máxima del diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba (la salida del paso S72 es SI), se determina un diseño de patrón de carga de combustible fresco aceptable, el usuario puede tener acceso a un reporte de resultados y datos con relación al diseño de patrón de carga de combustible fresco aceptado (paso S73). Si se violan límites (la salida del paso S72 es SI) o los límites no son violados pero existe una indicación de que no se ha obtenido una energía máxima del diseño de patrón de carga de combustible fresco (el paso de salida S72 es NO), entonces el usuario determina si cualquier indicador identifica características de la modificación de selección del haz de combustible fresco (paso S74). Las características que indican la necesidad de modificar los haces de combustible fresco seleccionados pueden incluir una escasez de energía, una escasez de margen con energía aceptable, una pérdida de reactividad debido a cambios de fecha de producción programados, por ejemplo. Además, si se han intentado varias iteraciones de cambios de diseño de patrón de carga de combustible fresco y no ha habido una mejora real para la función objetiva, esto es una indicación adicional de que se debe explorar una alternativa para el diseño de patrón de carga de combustible fresco. Por consiguiente, si la salida del paso S74 es SI, el usuario puede crear un diseño de patrón de carga de combustible fresco modificado o derivativo volviendo a seleccionar haces de combustible fresco, redondeando números de haces de combustible según sea requerido para la simetría de núcleo y cargando el núcleo de acuerdo con el patrón de carga de combustible fresco de prueba revisado o derivativo (paso S75). El paso S75 generalmente corresponde a los pasos S24-S26 en la Figura 5. Si no hay ninguna característica que indique la necesidad de modificar el número de haces de combustible fresco (la salida del paso S74 es NO), el usuario puede modificar el diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba (paso S76) para crear un patrón derivativo. Al hacer una modificación al patrón de carga de combustible fresco de prueba basándose en las recomendaciones de procedimiento descritas anteriormente, el usuario puede alterar la carga de núcleo a través de la GUI 230. Por ejemplo, y al utilizar un dispositivo de entrada adecuado (ratón, teclado, pantalla táctil, comando de voz, etc.) y la GUI 230, un diseñador puede identificar la opción de simetría de núcleo para cualquier haz de combustible en el diseño de núcleo que el usuario desea mover, puede seleccionar estos haces de combustible "objetivo", y puede seleccionar los haces de combustible de "destino" en el diseño de núcleo actual para reemplazo por los haces de combustible objetivo. Los haces de combustible objetivo y de destino después son "redistribuidos de combustible" de acuerdo con la simetría requerida (espejo, rotacional, etc.). Este procedimiento puede ser repetido para cualquier redistribución de combustible de haz de combustible que se requiera para volver a cargar un nuevo patrón de carga de combustible fresco de prueba modificado en la forma deseada. La Figura 13 es una pantalla que ilustra el paso de modificación S76 con mayor detalle de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención. La Figura 13 ilustra la funcionalidad disponible para el usuario para hacer modificaciones de diseño repentinas a un diseño de patrón de carga de combustible fresco. Un usuario puede seleccionar una página 1305 de una distribución de combustible y puede seleccionar una barra de herramientas 1310 de "redistribuir combustible al haz" 1310 con el fin de presentar una pantalla 1315 de una porción de un núcleo cargado basándose en un diseño de patrón de carga de combustible fresco. En la Figura 13, un haz de combustible designado en 1320 se cambia de un tipo de haz de combustible (tipo IAT 11) a otro (tipo IAT 12). Un haz de combustible expuesto puede ser barrido con un haz de combustible fresco seleccionado un haz de combustible fresco en el diseño de núcleo, el haz de combustible expuesto, y seleccionado el botón "CAMBIAR" 1330. La porción del núcleo mostrada en la pantalla 1315 puede ser codificada con color para mostrar las varias exposiciones (GWD/st) de cada uno de los haces de combustible. Una tecla codificada con color correspondiente puede ser presentada como se indica en 1327, por ejemplo. La selección de artículos en la Figura 13 se puede efectuar a través del uso de un dispositivo de entrada adecuado, tal como un ratón, teclado, pantalla táctil, comando activado por voz, etc. Estas modificaciones de diseño de patrón de carga de combustible fresco pueden ser guardas en una base de datos de relación 250, tal como en la base de datos de parámetro de entrada de simulador tridimensional 259, por ejemplo. Haciendo referencia de nuevo a la Figura 8A, sin considerar que si el patrón de carga de combustible fresco de prueba fue modificado como se describe en los pasos S75 o S76, los pasos S30-S50 pueden ser repetidos para determinar si el diseño de patrón de barra derivativo satisface todos los límites (paso S77). Esto puede proporcionar un procedimiento iterativo.
La Figura 8B ilustra un procedimiento iterativo de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención. Para cada diseño de patrón de carga de combustible fresco derivativo del paso S70 que ha sido simulado, el usuario determina si cualquier dato que esté relacionado con la comparación entre los resultados simulados y los límites (por ejemplo, los valores de función objetiva calculados) sigue indicando que existen violaciones de límite (paso S160). Si no es así, (salida del paso S160 es NO), el usuario ha desarrollado un diseño de patrón de carga de combustible freso aceptable que puede ser usado en un reactor particular, y puede accesar resultados gráficos con relación al diseño de patrón de carga de combustible fresco aceptable (paso S173). Si una iteración sigue indicando que los límite han sido violados (la salida del paso S160 es SI), entonces la subrutina de modificación en el paso S70 puede ser iterativamente repetida hasta que todos los límites se satisfagan/se obtenga energía máxima, o hasta que todos los límites se satisfagan/obtengan energía máxima dentro de un margen que sea aceptable, según determinado por el usuario (paso S170). El procedimiento iterativo puede ser benéfico ya que permite que el usuario sintonice de manera fina un diseño de patrón de carga de combustible fresco, y tal vez extraiga aún más energía fuera. de un diseño de patrón de carga de combustible fresco aceptable que lo previamente posible cuando se hacía con el procedimiento iterativo manual, convencional. Además, la incorporación del servidor de base de datos de relación 250 y un número de servidores de cálculo 400 realizan cálculos. El procedimiento iterativo como se describe en la Figura 8B se puede realizar en un periodo de tiempo extremadamente corto, según comparado con un número de semanas que utilizan el procedimiento iterativo manual dé la técnica anterior de cambiar un parámetro a la vez, y después correr una simulación de núcleo de reactor. Hasta este punto, se han descrito modalidades ilustrativas de la presente invención en términos de un usuario o diseñador que interpreta datos a través de la GUI 230 y modifica un diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba iterativamente, a mano, utilizando la energía de computación auxiliar de un procesador huésped 210 y/o servidores de cálculo 400 con el fin de obtener un diseño deseado. Si embargo, los pasos antes mencionados de las Figuras 8a y 8B también pueden ser efectuados a través de un procedimiento de optimización. El procedimiento de optimización puede iterar ios pasos en las Figuras 8A y 8B con respecto a N diferentes diseños de patrón de carga de combustible fresco, en un esfuerzo de mejorar consistentemente un diseño de patrón de carga de combustible fresco deseado para satisfacer todos los límites y restricciones del usuario, para utilizar en un núcleo de reactor nuclear. La Figura 14 ilustra una pantalla para iniciar dicho procedimiento. Por ejemplo, después de seleccionar la planta y generar un diseño de patrón de carga de combustible fresco de prueba, el usuario puede presentar una pantalla de configuración de optimización 1405. El usuario puede seleccionar parámetros de optimización 1440 para optimizar la carga de flujo, optimizar patrones de barra, optimizar flujo de núcleo, optimizar intervalos de secuencia y optimizar la selección del haz, por ejemplo. Optimizar la selección del haz significa hacer una determinación óptima de los tipos de haz de combustible dentro del diseño de núcleo de referencia. Como resultado de la optimización, cada ubicación fresca puede contener cualquier número de tipos de haz de combustible (por ejemplo, tipos lAT como se muestra en la Figura 13, por ejemplo). Estos tipos pueden ser seleccionados para incrementar al máximo la energía mientras se satisfacen algunas restricciones, como se describe anteriormente. La optimización de selección de carga de combustible significa hacer una determinación óptima del combustible quemado una vez y dos veces. Optimizar patrones de barra significa hacer una determinación óptima en la posición de la cuchilla de control (o barra de control si es un PWR). Las posiciones de barra afectan la energía local así como la velocidad de reacción nuclear. Optimizar el flujo de núcleo significa hacer una determinación óptima de la velocidad de flujo de refrigerante de reactor a través del reactor como una función del tiempo durante el ciclo de operación. La velocidad de flujo afecta la energía de reactor global así como la velocidad de reacción nuclear. Optimizar intervalos de secuencia significa hacer una determinación óptima de la duración de una secuencia dada (es decir, agrupación de barras de control) que se utiliza para controlar el reactor durante el ciclo de operación. Los intervalos de secuencia afectan la energía local así como la velocidad de reacción nuclear. Al utilizar un dispositivo de entrada adecuado (por ejemplo, teclado, ratón, pantalla táctil, etc.), el usuario puede seleccionar, a través de la GUI 230, uno o más de los parámetros de optimización oprimiendo en la caja de selección 1442 asociada con un parámetro de optimización 1440. Cuando se selecciona, aparece una verificación en la caja de selección 1442 del parámetro de optimización seleccionado. Al oprimir en la caja de selección 1442, otra vez se quita la selección del parámetro de optimización. Por ejemplo, para realizar una optimización para un diseño de patrón de carga de combustible fresco, un usuario podría seleccionar optimizar la caja de selección de haz 1442, como se ilustra en la Figura 14. La memoria 250 (servidor de base de datos de relación) también puede almacenar parámetros de restricción asociados con el problema de optimización. Estos pueden ser almacenados en la base de datos de límites 251, por ejemplo. Los parámetros de restricción son parámetros del problema de optimización que deben satisfacer una restricción o restricciones, cuando una restricción puede ser análoga a los límites descritos anteriormente. La Figura 15 ilustra una pantalla de una página de restricciones de optimización que lista restricciones de optimización asociadas con un problema de optimización de un diseño de núcleo de reactor de agua en ebullición. Como se muestra, cada restricción de optimización 1550 tiene un valor de diseño 1552 asociado con el mismo. Cada restricción de optimización debe caer por debajo de un valor de diseño especificado. El usuario tiene la habilidad de seleccionar parámetros de optimización para considerar la configuración de la función objetiva. El usuario selecciona una restricción de optimización oprimiendo en la caja de selección 1554 asociada con una restricción de optimización 1550. Cuando se selecciona, aparece una selección en la cada de selección 1454 de la restricción de optimización 1550 seleccionada. Al oprimir la caja de selección 1554 otra vez se quita la selección de la restricción de optimización. Cada parámetro de optimización puede tener un término de crédito predeterminado y una carga de crédito asociada con el mismo almacenada en el servidor de base de datos de relación 250. Similarmente, cada restricción de optimización tiene un término de penalidad predeterminado y una carga de penalidad asociada con el mismo, que sé puede almacenar el servidor de base de datos de relación 250, tal como en la base de datos de límites 251 y/o base de datos de valores de función objetiva 257. Como se ve en la Figura 15, el término penalidad incorpora el valor de diseño (límite o restricción), y el usuario puede cambiar (es decir, configurar) este valor según se desee. Además, la modalidad de la Figura 15 permite que el usuario fije una importancia 1556 para cada restricción de optimización 1550. En el campo de importancia 1558 para una restricción de optimización, el usuario puede tener opciones de menú desplegable de minuto, bajo, nominal, alto y extremo. Cada opción se correlaciona con una carga de penalidad empíricamente predeterminada de manera que entre más grande es la importancia, mayor es la carga de penalidad predeterminada. De esta manera, el usuario selecciona de un grupo de cargas de penalidad predeterminada. Una vez que se hayan completado las selecciones anteriores, un servidor de cálculo 400 recupera las selecciones anteriores del servidor de base de datos de relación 250 y configura la función objetiva de acuerdo con la definición genérica discutida anteriormente y las selecciones hechas durante el procedimiento de selección. La función objetiva configurada resultante es igual a la suma de componentes de crédito asociados con los parámetros de optimización seleccionados más la suma de componentes de penalidad asociados con las restricciones de optimización seleccionadas. Además, esta modalidad proporciona que ei usuario seleccione un método para manejar las cargas de crédito y de penalidad. Por ejemplo, al usuario se le suministra las posibles metodologías de estática, penalidad de muerte, dinámica y adaptativa para las cargas de penalidad; se le suministran las posibles metodologías de estática, dinámica y adaptativa para las cargas de crédito; y la metodología de la adaptativa relativa tanto para las cargas de penalidad como de crédito. La metodología estática bien conocida mantiene las cargas inicialmente a sus valores fijados. La metodología de muerte bien conocida establece cada carga de penalidad a infinidad. La metodología dinámica bien conocida ajusta el valor de carga inicial durante el curso del uso de función objetiva en una búsqueda de optimización basándose en una expresión matemática que determina la cantidad y/o frecuencia del cambio de carga. La metodología adaptativa bien conocida también es aplicada durante el curso de una búsqueda de optimización. En este método, los valores de carga de penalidad son ajustados periódicamente para cada parámetro de restricción que viola el valor de diseño. La metodología adaptativa relativa se describe en la solicitud de patente de E. U. A. copendiente y comúnmente cedida No. 10/246,718, intitulada Método y Aparato para Determinar Adaptativamente Factores de Carga dentro del Contexto de una Función Objetiva, presentada el 19 de septiembre del 2002.
Optimización Utilizando la Función Objetiva La Figura 16 ilustra un diagrama de flujo de un procedimiento de optimización que emplea la función objetiva de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la presente invención. Este procedimiento de optimización se describe en la solicitud de patente de E. U. A. No. 10/246,716 intitulada Método y Aparato para Evaluar una Solución Propuesta para un Problema de Restricción, por los inventores de la solicitud objetivo, presentada el 19 de septiembre del 2002. Para los propósitos de explicación solamente, el procedimiento de optimización de la Figura 16 será descrito como implementado por la arquitectura ilustrada en la Figura 1. Como se muestra en el paso S 1610 , la función objetiva se configura como se discutió anteriormente en la sección precedente, después comienza el procedimiento de optimización. El paso S1612, los procesadores de cálculo 400 recuperan la entrada de sistemas de la base de datos de relación 250, o generan uno o más grupos de valores para parámetros de entrada (es decir, entradas al sistema) del problema de optimización basándose en el algoritmo de optimización en uso. Por ejemplo estos parámetros de entrada pueden estar relacionados con la determinación de haces de combustible fresco y expuesto dentro del reactor, y/o un diseño de patrón de carga de combustible fresco con el patrón de carga de combustible fresco inicial para un siguiente ciclo de energía de una planta de reactor nuclear particular. Sin embargo, la optimización no está limitada a utilizar estos parámetros, como otros parámetros de entrada podrían ser la selección de grupos de barras (secuencias) y colocación de las posiciones de barras de control dentro de los grupos como una función del tiempo durante el ciclo, el flujo de núcleo como una función de tiempo durante un ciclo, la presión de entrada de refrigerante de reactor, etc. Cada parámetro de entrada que fija los valores es una solución candidata del problema de optimización. El simulador de núcleo, como se describió anteriormente, corre una operación simulada y genera un resultado de simulación para cada parámetro de entrada que fija valores. El resultado de simulación incluye valores (es decir, salidas de sistema) para los parámetros de optimización y restricciones de optimización. Estos valores, o un subgrupo de estos valores, son valores de las variables en las expresiones matemáticas de la función objetiva. Después, en el paso S1614, un procesador de cálculo 400 puede utilizar la función objetiva y las salidas de sistema para generar un valor de función objetiva para cada función candidato. En el paso S1616, el procesador de cálculo 400 determina si el procedimiento de optimización ha convergido a una solución utilizando los valores de función objetiva generados en el paso S1614. Si no se logra ninguna convergencia, entonces en el paso S1618, las determinaciones de parámetro de entrada se modifican, la cuenta de iteración de optimización se incrementa y el procesamiento regresa al paso S1612. Las operaciones de generación, determinación de convergencia y modificación de los pasos S1612, S1616, y S 1618 se realizan de acuerdo con cualquier algoritmo de optimización bien conocido tal como algoritmos genéticos, fijación simulada, y búsqueda tabú. Cuando la optimización es utilizada para determinar un diseño de patrón de carga de combustible fresco aceptable, la optimización puede ser corrida hasta que se obtiene la convergencia (por ejemplo, resultados aceptables en los pasos S73/S173 de las Figuras 8A y 8B). El efecto técnico de las modalidades ilustrativas de la presente invención puede ser una disposición a base de computadora que proporciona una forma para desarrollar eficientemente un diseño de patrón de carga de combustible fresco para un reactor nuclear, así como un método a base de computadora para proporcionar a los usuarios internos y externos la habilidad de desarrollar, simular, modificar y perfeccionar rápidamente un diseño de patrón de carga de combustible fresco para el combustible existente dentro de, y los ensambles de combustible fresco que van a ser cargados dentro del mismo, un núcleo de un reactor nuclear en la siguiente etapa programada. Las modalidades ilustrativas de la presente invención han sido así descritas, y será obvio que las mismas pueden ser variadas en muchas formas. Tales variaciones no se consideran como una salida del espíritu y alcance de las modalidades ilustrativas de la presente invención, y dichas modificaciones serán obvias para algún experto en la técnica y pretenden quedar incluidas dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1.- Un método para desarrollar un diseño de patrón de carga de núcleo para un reactor nuclear, que comprende: definir un grupo de límites aplicables a un núcleo del reactor nuclear; determinar un diseño de patrón de carga de núcleo de prueba que será utilizado para cargar el núcleo basándose en límites; simular la operación del reactor en por lo menos un subgrupo del núcleo para producir una pluralidad de resultados simulados; comparar los resultados simulados contra los límites; y proporcionar datos indicativos de límites que fueron violados por el núcleo cargado con el patrón de carga de núcleo de prueba durante la simulación.
2.- El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde ei paso de definir además incluye: definir límites de entrada aplicables a variables que van a ser introducidas para realizar el paso de simulación, los límites de entrada relacionados con restricciones específicas de planta introducidas por el cliente y criterios de funcionamiento de núcleo; y definir límites de resultado aplicables a los resultados simulados, los límites de resultado con relación a por lo menos uno de los límites de parámetro operacionales usados para la operación del reactor, límites de seguridad de núcleo, márgenes para aquellos límites operaciones y de seguridad y restricciones específicas de planta introducidas por el cliente, en donde los límites de entrada y los límites de resultado son evaluados en el paso de comparación.
3. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el paso de comparar además comprende: configurar una función objetiva para evaluar los resultados simulados; y generar valores de función objetiva para cada resultado simulado utilizando la función objetiva; y evaluar los valores de función objetiva basándose en el grupo definido de límites para determinar cual de los resultados simulados viola un límite.
4. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el paso de proporcionar además comprende proporcionar datos relacionados con un diseño de patrón de carga de núcleo aceptable, si el paso de comparar indica que todos ios límites han sido satisfechos, o satisfechos dentro de un margen aceptable, y proporcionar recomendaciones de procedimiento para modificar el diseño de patrón de carga de núcleo de prueba, basándose en la violación de uno o más de los límites.
5.- El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además: modificar el diseño de patrón de carga de combustible de prueba para crear un diseño de patrón de carga de núcleo derivativo; y repetir iterativamente los pasos de modificar, simular, comparar y proporcionar para desarrollar N iteraciones del diseño de patrón de carga de núcleo derivativo y, para las N iteraciones seleccionadas, en donde el paso de repetir iterativamente se realiza hasta que la comparación en una iteración particular indica que todos los límites han sido satisfechos, o satisfechos dentro de un margen aceptable; almacenar información con relación al diseño de patrón de carga núcleo, límites, resultados simulados y datos de la comparación en cada iteración; y producir datos relacionados con un diseño de patrón de carga de núcleo aceptable para el reactor nuclear.
6.- Una disposición (1000) para desarrollar un diseño de patrón de carga de combustible para un reactor nuclear, que comprende: una interfase (230) que recibe un grupo de límites que se aplican a un núcleo del reactor nuclear; una memoria (250) para el almacenamiento de dicho grupo de límites; un procesador (210, 400) que determina un diseño de patrón de carga de núcleo de prueba que se utilizará para la carga del núcleo basándose en los límites; un simulador para correr una operación de reactor de simulación en por lo menos un subgrupo del núcleo, cargado de acuerdo con el diseño de patrón de núcleo de prueba, para producir una pluralidad de resultados simulados, el procesador (210, 400) comparando los resultados simulados contra los límites, y la interfase (230) proporcionando datos que indican límites que fueron violados por el núcleo durante la simulación.
7. - La disposición (1000) de acuerdo con la reivindicación 6, en donde: la interfase (230) es una interfase usuario gráfica (GUI) accesible por un usuario (300, 350) a través de uno de Internet o Intranet, y el usuario (300, 350) introduce los límites a través de la GUI, los límites están relacionados con parámetros de funcionamiento de núcleo específicos de planta y restricciones específicas de planta en parámetros de reactor operacionales.
8. - La disposición (1000) de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el procesador (210, 400) proporciona recomendaciones de procedimiento a un usuario (300, 350) a través de la interfase (230) para modificar diseños de patrón de carga de núcleo, basándose en la violación de uno o más de los límites.
9. - La disposición (1000) de acuerdo con la reivindicación 6, en donde, en respuesta a los datos que indican la violación de uno o más límites, la interfase (230) recibe un comando que modifica el diseño de patrón de carga de núcleo de prueba para crear un diseño de patrón de carga de núcleo derivativo; el simulador repite la simulación en el diseño de patrón de carga de núcleo derivativo, el procesador (210, 400) compara los resultados simulados contra los límites, y la interfase (230) proporciona datos que indican límites que fueron violados por el diseño de patrón de carga de combustible derivativo durante la simulación, en donde, en respuesta a los datos para cada N diseño de patrón de carga de núcleo derivativo indicando la violación de uno o más límites, la interfase (230), el simulador y procesador (210, 400) realizan N iteraciones de las funciones de modificación, simulación, comparación de diseño de patrón de carga de núcleo y proporción de datos, hasta que el procesador (210, 400) determina, en una iteración particular, que todos los límites han sido satisfechos o satisfecho dentro de un margen aceptable.
10.- Un método para determinar un diseño de patrón de carga de núcleo para un reactor nuclear, que comprende: recibir parámetros introducidos por un usuario que son aplicables a un núcleo del reactor nuclear que se carga de acuerdo con un diseño de patrón de carga de núcleo de prueba; simular la operación del reactor en por lo menos un subgrupo de núcleo para producir una pluralidad de resultados simulados; comparar los resultados simulados contra los límites; presentar datos indicativos de límites que fueron violados por el núcleo durante la simulación para ser revisados por el usuario, y modificar el diseño de patrón de carga de núcleo de prueba basándose en los datos presentados para crear un diseño de patrón de carga de núcleo derivativo, a menos que todos los límites ya hayan sido satisfechos, o satisfechos dentro de un margen que es aceptable para el usuario.
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