TW200845045A - Method and system for designing a nuclear reactor core for uprated power operations - Google Patents

Description

200845045 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明之例示實施例係大致關於設計用於增加的功率 操作的核子反應爐核心之方法及系統。 【先前技術】 核子反應爐（例如沸水式反應爐（B WR)或壓水式反應爐 (PWR))之核心具有數百個個別的具有不同特性的燃料棒之 燃料束（BWR)或燃料棒之群組（PWR)。這些束（或燃料棒群 組）被設置成使得燃料棒內棒間的互動及燃料棒間的互動 符合所有管理的及反應爐設計限制，包含政府及特定顧客 的限制。額外地，對於BWR，控制機制（例如棒型樣設計 及核心流量（core flow))必須被決定以最佳化核心循環能量 。核心循環能量指的是在核心需要以新的燃料元件更新之 前（例如在機器運行中斷時所完成者）反應爐核心產生之能 量的大小。 在BWR之情形，例如，該核心內的配置及一燃料束 內個別的燃料棒類型可能的數量可能超過數百個工廠。從 這些許多不同可能的組態，只有一小部份的燃料束設計（ 由燃料棒類型之配置所界定）可能符合對於特定的核子反 應爐之核心之所有可應用的設計限制。再者，只有一小部 份的燃料束設計（其確實符合所有可應用的設計限制）是經 濟的。 傳統上，BWR核心中可使用的典型燃料束可包含約 200845045 10至超過30個不同的燃料棒類型之間，且因此，不同燃 料束組件組態。這是不期望的，因不同的棒類型越多，則 製造的複雜度及成本就越多，其會導致對消費者較高的成 本。 傳統上，棒型樣、燃料束及/或核心設計的決定係已 經過嘗試錯誤法而完成。具體而言，且僅基於工程師或設 計師過去的經驗，於設計特定的設計中，初始的設計被確 定。該初始地被確定的設計（例如對於核心之特定燃料束 設計）接著藉由電腦於虛擬的核心中模擬。若其不符合特 定的設計限制，則修改該配置並執行另一個電腦模擬。在 適當設計以前述程序被確定之前，典型需要許多週的資源 。例如，一個傳統的被使用的程序爲獨立手動程序，該程 序需要設計師不斷地鍵入（enter)反應爐設備特定操作參數 於ASCII文字檔案內，其可作爲一輸入檔案。鍵入輸入檔 案之資料可包含新及舊燃料束佈置、控制葉面（control blade)之葉面缺口位置（若所評估的反應爐爲BWR)、可溶 解的硼酸濃度（例如若爲PWR)、核心流量、核心壓力（例 如一核心能量循環中所燃燒的量，以 M WD/st(mega-watt days per short ton)測量）等之組態。 美國核子管制委員會（Nuclear Regulatory Commission ;NRC)許可的核心模擬程式（其可以例如軟體程式運行於 合適的電腦而體現）讀取所得的輸入檔案並輸出該模擬之 結果至一文字或二進位檔案。設計師接著評估該模擬輸出 以判定是否符合設計準則（criteria)，且亦驗證沒有發生違 200845045 反熱限制的範圍（margin)。沒有符合設計準則（亦即違反一 或多個限制）則需要對該輸入檔案進行手動設計師修改。 具體而言，該設計師會手動地改變一或多個操作參數並重 新執行該核心模擬程式。此程序可被重複，直到達成滿意 的設計爲止。 此程序相當耗時。所需的ASCII文字檔案對於製造相 當吃力，且經常有錯誤的傾向。該等檔案是固定的格式且

極端的長，有時候超過五千或更多行的碼。該檔案中的一 W 個錯誤導致模擬的失敗，更嚴重的，導致溫和地迷路的結 果（mildly errant result)，其係難以初始地偵測，但會浪費 時間及迭代（iteration)，當置於實際的操作核子反應爐時 ，也許會降低核心循環能量。此外，經由手動反覆程序以 導引設計師朝向更喜愛的解法，沒有提供任何幫助。在目 前的程序，負責的設計師或工程師的經驗及直覺係判定設 計解法的唯一手段。 【發明內容】 一例示實施例係關於設計用於大功率操作的核子反應 爐核心之方法。該方法中，一組限制被輸入以符合大功率 操作，且測試反應爐核心設計係基於該等限制而產生。可 從一組自動化工具選擇一或多個自動化工具，以評估測試 核心設計是否符合限制。所選擇的工具接著可被操作。所 選擇的自動化工具之操作包含基於該等限制，以測試核心 設計模擬反應爐操作，以產生複數個輸出，包含比較對照 -6- 200845045 該等限制之輸出，並根據該比較而提供表示在模擬期間由 測試核心設計所違反的限制之資料。一或多個自動化工具 係重複，直到測試核心設計符合對於大功率操作之所有限 制，從而表示可接受的功率提升核心設計。 另一例示實施例係關於設計用於大功率操作的核子反 應爐核心之系統。該系統包含一記憶體（供儲存待感興趣 的反應爐設備評估的測試反應爐核心設計）、一介面（接收 待感興趣的該設備之核心中大功率操作符合的一組限制） 、及一處理器（重複一或多個可使用的自動化工具以評估 測試設計是否符合該等限制）。該介面能夠選擇一或多個 自動化工具以根據該等限制來模擬測試設計的反應爐操作 ，以產生複數個輸出。該處理器重複所選擇的自動化工具 以對照該等限制來比較該等輸出，及基於該比較，經由該 表示模擬期間任何違反測試核心設計的限制之介面來產生 資料。 另一例示實施例係關於用於核子反應爐設備之核心。 該核心使該設備能夠以大於其目前許可的功率位準之 10 0%來操作達一或多個能量循環，該核心根據使用一組自 動化工具來判定之一功率提升核心設計來載入’其係採用 最佳化程序以產生對於該設備之核心設計’該核心設計滿 足以大於其目前許可的功率位準的100%之操作限制。該 自動化工具包括：一棒型樣設計工具、一核心載入型樣設 計工具、及一新燃料束類型設計工具，以產生該核心設計 200845045 【實施方式】 例示實施例係關於設計用於大功率操作的核子反應爐 核心之方法及系統，其將於後文中詳細說明。該系統可包 含圖形化使用者介面（GUI)及處理媒體（例如軟體驅動程式 (software-driven program)、處理器、應用程式 (app lie at ion)等）以使該程式的使用者虛擬地模擬在大功率 環境中的測試初始反應爐核心設計。 經由GUI，使用者輸入有關以其目前許可的功率位準 的1 00%以上操作所需之限制，並產生測試初始反應爐核 心設計。使用者接著可選擇一或多個自動化設計工具以修 改該測試反應爐核心設計，以符合該等輸入限制。 每一自動化設計工具可被以軟體驅動應用程式或程式 體現，以發展及/或最佳化特定核心特徵或參數，包含但 不限於，用以對該核心修改棒型樣（控制葉片型樣）以符合 大功率需要之自動化工具；用以修改該核心中之核心載入 型樣以符合大功率需要之自動化工具；及用以最佳化及/ 或判定該核心中期望的獨特新燃料束類型及佈置之自動化 核心設計工具等。對於每一工具，使用者可啓動該修改的 核心設計之反應爐模擬（例如使用NRC許可的模擬碼之3D 模擬），並從該模擬觀看輸出。 每一自動化工具使用目標函數（objective function)以 判定該模擬之修改的核心設計有多符合該等限制。該目標 函數爲結合該等限制及量化該核心設計的限制之數學方程 式。該GUI展示哪些輸出違反哪些限制之圖示’其係由該 200845045 目標函數所判定。透過GUI，使用者接著可修改該核心設 計。此可構成束設計（bundle design)、控制棒佈置、舊或 新燃料佈置等中的改變，且重複該模擬以評估是否該修改 的設計中有任何效能提升。對照該等限制之該修改、模擬 及評估模擬輸出可被迭代地重複，直到一核心設計符合所 有限制（包含對於大功率操作的限制），以用提升的或在使 用者及/或消費者可接受的給定限制之範圍內的功率，來 操作基於可接受的功率提升核心設計而載入的反應爐。 第1圖顯示用以實現根據本發明之例示實施例的範例 方法之系統。參照第1圖，系統1 000可包含應用程式伺 服器200，其係作爲例如可存取的網站之中央核心（nexus) 。應用程式伺服器200可用任何已知應用程式伺服器程式 (例如 Citrix MetaFrame Presentatio server)來體現。應用 程式伺服器200可被操作地連接至複數個計算伺服器400 、密碼伺服器260、及至記憶體250。記憶體250可用例 如關聯式資料庫伺服器來體現。 複數個外部使用者3 00可透過例如加密128位元安全 插座層（secure socket layer)連接375之合適的加密媒體而 與應用程式伺服器200通訊，但本發明不限於此加密通訊 媒體。外部使用者300可透過網際網路或從個人電腦、膝 上型電腦、個人數位助理等之任一者使用合適的介面（例 如以網路爲基礎的（web-based)網際網路瀏覽器）來連接至 應用程式伺服器200。再者，內部使用者3 5 0可透過合適 的區域網路連接（LAN 275)來存取應用程式伺服器200，使 200845045 得內部使用者3 5 0可在例如內部網路中存取。爲了簡潔目 的，後文中，外部使用者300、內部使用者3 50、或其他 設計師存取系統1 000均通稱爲”使用者（user)"。例如，該 使用者可爲核子反應爐設備存取該網站以判定期望的核心 設計供其核子反應爐用，及/或由反應爐設備網站所雇用 以發展使用本發明範例方法及設備來提升其設備之核心設 計的賣家之任何代表。 應用程式伺服器200提供一中心位置供使用者存取應 用程式。基本上，每一使用者應用程式對話（session)可在 該伺服器上執行，但在使用者存取裝置（例如PC)上顯示， 使該使用者與該應用程式互動。然而，此手段的安排係提 供爲一例示實施例，且不限制給定使用者區域地在其存取 裝置上執行該應用程式。該應用程式係負責管理（direct)資 料的所有計算及存取，以計算目標函數値，並負責使用者 可能期望觀看之核心設計的各種特徵之合適的圖形表示之 建立。該圖形資訊係透過128位元SSL連接375或LAN 275來通訊，待顯示於該使用者合適的顯示裝置。 第2圖顯示有關第1圖之系統的應用程式伺服器20 0 。參照第2圖，應用程式伺服器200使用匯流排205以連 接各種組件並提供路徑（pathway)供從使用者接收之資料用 。匯流排205可使用傳統匯流排架構（例如周邊元件連接 介面（PCI)匯流排，在許多電腦架構中其爲標準的）來實現 。替代匯流排架構（例如VMEBUS、NUBUS、位址資料匯 流排、RDRAM、DDR匯流排等）當然可被使用以實現匯流 -10- 200845045 排205。使用者透過合適的連接（LAN 275及/或透過網路 介面225)以與應用程式伺服器200通訊。 應用程式伺服器200亦可包含主處理器210，其可用 傳統微處理器（例如目前可用的PENTIUM處理器）來構成 。主處理器2 1 0代表中央核心，於其中，應用程式伺服器 2〇〇中所有即時（real time)及非即時功能皆被執行，例如 GUI及瀏覽器功能、管理安全功能、管理計算（例如各種 限制的目標函數之計算）等，供顯示及供使用者觀看。因 此，主處理器210可包含GUI 23 0，其可經由瀏覽氣得使 用而被存取。瀏覽器爲軟體裝置，其展現至該系統1 〇〇〇 之使用者的介面並與該使用者互動。於例示實施例，連接 Citrix ICA客戶之瀏覽器（商業上可用的CitHx MetaFrame

Access Suite軟體的一部分）可負責格式化及顯示GUI 230 〇 瀏覽器典型由標準超文件標示語言（HTML)所控制及 命令。然而，展現或供使用者使用之應用程式（其可供使 用者控制有關計算、顯示資料等之決定）可用C#、Java、 Visual Fortran或其任何組合來實現。此外，其他已知高 階語言可被結合於此應用實現（例如C、C + +等）。所有這 些語言可被訂製（customized)或採用以針對給定應用程式 或實現之特定細節，可使用已知的JPG、GIF、TIFF及其 他標準壓縮方案將影像顯示於該瀏覽器中，其他非標準語 言及壓縮方案可被使用於GUI 230，例如XML、ASP.NET 、’’home-brew”語言或其他已知非標準語言及方案。透過 -11 - 200845045 網路I/F 225之應用程式伺服器200可被操作地連接至密 碼伺服器260。因此，應用程式伺服器200藉由使用密碼 伺服器260而實現所有安全功能，以建立防火牆來保護系 統1 000被外部破壞。再者，密碼伺服器260保護至所有 註冊的使用者之個人資訊的外部存取。 應用程式伺服器200亦可被操作地連接至複數個計算 伺服器400。計算伺服器400可執行處理使用者鍵入的資 料、核心設計的直接模擬、供比較之計算値（如後文詳細 說明者）及提供可透過GUI 23 0顯示並由應用程式伺服器 200所展現之結果所需之一些或全部的計算。 計算伺服器400可用例如WINDOWS 2000伺服器來 體現，其他硬體（例如Alpha、IA-64)及平台（例如Linux、 Unix)亦爲可能的。具體而言，計算伺服器4〇0可被組構 以執行許多複雜計算，其包含但不限於，組構該目標函數 及計算目標函數値、執行3D模擬程式以於待評估之特定 核心設計模擬反應爐核心操作並從該模擬產生輸出、提供 供存取及透過GUI 230顯示之結果資料、及重複最佳化例 行程序（routine)(如後文詳細說明者）。 第3 |«顯示根據本發明例示實施例之例示資料庫伺服 器250。記憶體或資料庫伺服器25〇可爲關聯式資料庫（例 如Oracle關聯式資料庫）。關聯式資料庫伺服器250可包 含次資料庫’其處理所有需要的資料及結果，以實現本發 明之方法。例如’關聯式資料庫伺服器25〇可包含含有次 資料庫（例如限制資料庫25丨，其儲存供特定核子反應爐評 -12- 200845045 估之所有使用者輸入限制及/或所有核心設計之設計限制） 之儲存區。亦有新燃料束設計資料庫252，其可包含調色 (palette)或複數個不同新燃料束設計（其已於先前被建立、 模型化、及儲存）。 此外，關聯式資料庫伺服器250可包含佇列資料庫 25 3 (其儲存供待模擬於3D模擬器中的核心設計用之參數） 及歷史的核心設計資料庫254(其包含歷史的反應爐核心載 入型樣設計，其可被選擇於產生最符合所界定的使用者輸 入限制之參考核心設計）。再者，關聯式資料庫伺服器250 可包含載入模板（loading templates)資料庫256(其可儲存 複數個不同載入模板以用於新及/或舊燃料束）及燃料池資 料庫25 8 (其可儲存例如複數個不同的舊及/或新燃料束標 準（metrics)以用於複數個不同的舊及/或新燃料束）。 模擬器結果可被儲存於模擬器結果資料庫25 5。模擬 器結果資料庫25 5(及限制資料庫251)可藉由計算伺服器 400被存取，以計算可應用至特定核心設計之一數量的目 標函數値。目標函數値可被列爲（rankded)特定核心設計（ 由於一或多個棒（控制葉片）型樣、核心載入型樣、及/或待 使用於最終可接受的核心設計之N個獨特的新燃料束類型 的修改），其已被插入至待模擬的虛擬核心，以判定是否 給定設計符合例如特定使用者輸入限制。這些目標函數値 可被儲存於關聯式資料庫伺服器250內之目標函數値資料 庫 257 ° 3D模擬器輸入參數資料庫259亦可包含於關聯式資 -13- 200845045 料庫伺服器25 0內。資料庫259可包含所有暴露步驟之控 制葉片的位置及反應爐操作參數。當計算伺服器400係操 作地連接至（且可進行通訊）關聯式資料庫伺服器250時’ 第3圖所述之每一個次資料庫可被存取至一或多個計算伺 服器400 。 第4圖爲根據本發明例示實施例之設計用於大功率操 作之核子反應爐核心的方法之流程圖。參照第4圖，每一 方塊500至1100說明設計用於大功率操作之核子反應爐 核心的範例方法之處理功能，從輸入方塊5 00開始。一給 定方塊可代表可由系統1 〇〇〇所執行之一數量的功能及/或 軟體驅動程序，例如由該使用者透過GUI 230直接輸入、 由主處理器210及/或計算伺服器400自動輸入、及/或根 據該使用者所做的命令或選擇，在應用程式伺服器200中 的主處理器210之控制下輸入在輸入方塊500執行的功能 致能一組限制（constraints，亦稱爲’’limits”），該組限制需 要符合用於待輸入至該評估之大功率操作，以判定可接受 的功率提升核心設計。這些限制（包含對熱限制之範圍及 提升功率限制流視窗（其設定較供該被評估之設備所額定 (rated)者爲高的反應爐功率、功率密度、及質量流率 (mass flow rate))限制）可被儲存於限制資料庫251。 核心載入方塊600根據在方塊500輸入的限制來產生 測試反應爐核心設計。如將於後文中所詳述者，由系統 1〇〇所執行的功能（如核心載入方塊600所表示者）包含判 定待使用於測試核心設計之新燃料束的數量、從載入模板 -14- 200845045 資料庫256選擇期望的燃料載入模板、及以新燃料束供載 入（loading)及舊燃料束供再裝（reloading)來設置 (populating)所選擇的模板，以到達”虛擬核子反應爐核心 (virtual nuclear reactor core)” ’其係根據核心載入方塊 600而載入。 自動化工具方塊700包含處理功能以致能使用者3〇〇 選擇並重複地執行一或多個自動化工具於方塊600所產生 之初始測試核心設計。這些自動化工具包含修改棒（控制 葉片）型樣工具、修改核心載入型樣工具、及獨特的新燃 料束類型設計工具（已知爲nN-streamingn)工具。每一個棒 型樣、核心載入型樣、及獨特的新燃料束類型設計工具可 藉由該使用者被連續地重複及/或一起並可提供反饋至一 或兩個其他工具，直到所有棒（控制葉片）、舊燃料及/或新 燃料改變已於該測試核心設計中耗盡及/或一給定’’候選 (candidate)”修改的測試核心設計符合大功率操作之每一限 制組。 對於每一個自動化工具，用以對照輸入限制來評估測 試核心設計之所選擇的自動化工具操作或迭代最少包含根 據該等限制以該測試核心設計來執行反應爐操作的模擬， 以產生複數個模擬結果（亦稱爲”輸出。這些輸出係對照 該等限制來比較。資料可被提供至使用者300’其根據該 比較表示在該模擬期間由該測試核心設計所違反之限制。 一個、一些、或所有的自動化工具被實現及迭代地重複， 直到測試核心設計被判定，其符合所有大功率操作之限制 -15- 200845045 。此設計因此表示可接受的功率更新核心設計。 於一範例，且如於後文詳細說明者，上述之比較可包 含組構目標函數以評估該等輸出。藉由組構目標函數以評 估該等輸出，目標函數値可針對每一輸出使用該目標函數 而產生。表示該等輸出之該等目標函數値接著可根據該等 限制被評估，以判定該等輸出中之何者違反限制。 每一自動化工具利用目標函數以判定經模擬的測試核 心設計有多符合該等限制。如前所述，該目標函數爲數學 方程式，其結合該等限制及量化該核心設計的限制。該 GUI 23 0展示哪些輸出違反哪些限制之圖示，其係由該目 標函數所判定。透過GUI 23 0，使用者接著可修改該測試 核心設計，以建立此處所已知之修改的設計或”衍生的反 應爐核心設計（derivative reactor core design)"。此可構成 束設計（bundle design)、控制棒佈置、舊或新燃料佈置等 中的改變，並重複核心模擬以評估是否給定衍生的測試核 心設計中有任何效能提升。 於一範例，並根據哪些特定限制係由特定衍生的核心 設計所違反，特定自動化工具可由該使用者所選擇以用於 後續迭代。修改、模擬、及比較功能（亦即對照該等限制 來評估模擬輸出）可於給定自動化工具程序中被迭代地重 複’直到給定衍生的測試核心設計符合所有限制，以用提 升的功率來操作該反應爐。 有關可接受的反應爐核心設計的資料可在方塊1 1 〇〇 被記錄至該使用者。於一範例，此資料可以圖形格式透過 -16- 200845045 GUI 23 0展示予一使用者如何載入及執行該選擇的反應爐 設備，以符合該等限制並用提升的功率位準來操作。 再參照第4圖，在所有棒（控制葉片）、舊燃料及新燃 料改變已被耗盡（第4圖中800之輸出爲”是”）之後，若符 合所有該等限制（第4圖中精製（refinement)方塊900之輸 出爲”是"），則不需要進一步精製該使用者已選擇以供該測 試核心設計之該選擇的舊燃料或新燃料束；此設計接著在 記錄方塊1 1 00被記錄爲可接受的功率提升核心設計。 然而，若在所有棒（控制葉片）、舊燃料及新燃料束改 變已被耗盡之後且來自方塊500之一或多個限制仍未被符 合’則該使用者會被導引回去以檢查是否於該庫存中所有 舊燃料束已被使用，且若不是的話，其將該處理返回至核 心載入方塊600所執行的功能（建議修改於該載入模板中 的舊燃料選擇）。若來自該庫存中所有舊燃料束已被使用 且來自方塊500之一或多個限制仍未被符合，則該使用者 會被導引回去核心載入方塊600中的程序（建議修改該燃 料載入模板，以改變該模板之位置以供新燃料束之插入） 。一旦做出這些修改，則修改的或衍生的核心設計可使用 方塊700之一個、一些、或所有的自動化工具被再評估， 直到所有限制已被符合及/或於其可接受的範圍內。 應注意的是，於方塊700及900所述之處理，可使用 一或多個最佳化技術而被完成，以最佳化特定參數，例如 棒（控制葉片）位置、舊及新燃料束位置或佈置、核心流量 、及/或在哪裡做出連續改變，使得核心設計（包含於載入 -17- 200845045 模板中做出額外的新及舊燃料位置改變的可能性）之重μ 的模擬、評估、修改可被自動地完成。 一旦該使用者已接收對應至方塊1100之可接受的功 率提升核心設計的資料及設計參數，該使用者或設計師Μ 選項地重複實現方塊（implementation block)1200所描述白勺 數個程序。方塊1 200的虛線表示由該使用者使用系統 1 0 00所造成的程序可爲選項的。 實現方塊 如第4圖方塊1200所示，選項地供待被評估的給定 反應爐設備之每一期望的能量循環，該使用者可直接於一 給定循環從感興趣的反應爐設備存取更新的暴露會計 (exposure accounting)資料（”核心追蹤（eore tracking)”）。 此可透過與感興趣的設備（被模型化的設備）之處理電腦通 訊的系統1 000間之介面而完成，而資料係儲存於資料庫 φ 250。此暴露會計處理稱作1 200a之核心追蹤功能。 此幾乎爲即時、實際的設備資料可被解析（parse)以擷 取使用者或設計師所需之期望的資料，以判定是否對於功 率提升操作之任何限制及/或範圍需要根據實際設備資料 被改變（比較實際設備資料與經評估的資料以判定任何|票 準差（sigma)及/或偏差（bias)，以應用經評估的範圍至現存 的限制及/或該等限制本身）。因此，於1 200b，該使用者 可根據更新的暴露會計資料來修改熱及/或反應性 (reactivity)限制，及/或範圍至這些限制，以判定用於待 -18- 200845045 被評估的給定循環之新限制。 使用來自（1200a)之目前的實際設備條件及任何新或修 改的限制或範圍至（1 200b)所判定的限制，消費者、使用者 或設計師可（12 0 0c)執行"線上（online)’’設備最佳化。此將 使功率提升核心設計根據上述U200a)及（1200b)承擔 (entail)設定限制及操作條件，接著對11 〇〇所記錄的該選 擇的提升的核心設計重複自動化棒型樣工具。 此自動化棒型樣工具的重複可包含根據來自（1200 a)之 更新實際設備條件及從（1 200b)所計算的新或修改的限制來 最佳化棒位置、核心流量、及在哪裡做出連續改變。 如方塊700所述，該棒型樣工具可被迭代地重複於 (1 200c)，包含功率提升核心設計之重覆的模擬、比較、及 修改，以判定符合待評估的該循環之該等限制之修改的功 率提升核心設計。一旦所有期望的能量循環已被評估 (1 300之輸出爲，是’），則可終止選項的實現方塊1 200所 述之程序。 於一範例，展示予使用者從該模擬及輸出與自動化工 具（於方塊700或1 200所執行者）中任何的限制之比較所得 的資料可包含程序的建議（procedural recommendation)。 例如，程序的建議可被提供爲至該使用者之反饋’例如作 爲方塊1 200c之修改棒型樣工具程序的輸出。如後文所述 ’每一自動化工具可提供相關聯的程序的建議以輔助使用 者或設計師測試核心設計所需的修改，以達成大功率之期 望的核心設計。 -19- 200845045 雖然個別的修改可依使用者的期望來實施’但這些程 序的建議可用例如下拉選單的形式來提供，且可分成目錄 ，例如對能量有益的動作（energy beneficial move)、對能 量有害的動作（energy detrimental move)、及將過多的範圍 (熱限制）轉換成額外的能量。使用對能量有益的動作之一 項技術可滿足符合限制的問題，使用對能量有害的動作則 否。即使功率提升核心設計符合所有限制（客戶輸入的設 備特定限制、設計限制、熱限制等），該使用者可驗證： 任何對一特定限制爲過多的範圍可被轉換成額外的能量。 已說明例示方法之槪要，現在將詳細說明第4圖中方 塊的各種程序。 輸入方塊500 初始地，設計師或使用者從合適的設備下拉式選單中 選擇一反應爐設備以供評估，並界定待該選擇的設備符合 的一組限制，以在提升的功率（亦即，超過額定容量）操作 ，例如對於額定3400MW(megawatts)之設備，有3600MW( 提升的功率）。換句話說，待符合之限制係被界定以判定 待使用於所選擇的設備之可接受的反應爐核心設計，以供 提升的功率操作。例如，使用者可被提示以輸入提升功率 熱限制及流程視窗（flow window)以用於提升的功率操作。 這些將被使用以修改設備操作條件，以判定功率提升核心 設計。 這些限制可相關於用於提升的功率操作之待評估的特 -20- 200845045 定反應爐及該反應爐的設計限制之關鍵方面。這些限制可 爲對變數爲可應用的，該等變數係待被輸入以執行待產生 的測試反應爐核心設計之模擬，及/或可包含僅可應用於 該模擬的結果之限制。例如，輸入限制可相關於客戶輸入 的反應爐設備特定限制及用於大功率操作之核心效能準則 。可應用至該模擬結果的限制可相關於使用於反應爐操作 之一或多個操作的參數限制、核心安全限制、這些操作及 安全限制的範圍、及其他客戶輸入的反應爐設備特定限制 〇 第5圖爲一螢幕截圖，顯示例示客戶輸入的設備特定 限制。其可被理解爲對一模擬之輸入變數的限制及該模擬 結果的限制。參照第5圖，其中列出複數個客戶輸入的設 備特定限制，如箭頭505所示。對於每一限制，可指定~ 設計値限制，如行510所示。雖然第5圖沒有顯示，該等 限制包含至熱限制的範圍及設定較高的反應爐功率、功率 密度、及質量流率限制（對於待評估的設備）之提升功率限 制流程視窗。 核心載入方塊6 0 0 選擇燃料載入模板、選擇新燃料供載入、及選擇舊燃 料供再載入（reload)的程序係詳細說明於共同讓與的美國 待審查之專利申請案第1 0/678,1 70號，申請人爲David J. Kropaczek et al.，申請日爲2003年10月6日，發明名稱 爲 ’’Method and Apparatus for Facilitating Recovery 〇f -21 - 200845045

Nuclear Fuel from a Fuel Pool"。說明後文第 7-10 圖所述 之程序的相關部分係倂入於此做爲參考。然而，在選擇燃 料載入模板之前，新燃料束計數係被判定，以用於初始測 試反應爐核心設計。 第6圖爲根據本發明例示實施例之流程圖，說明用於 初始測試反應爐核心設計之新燃料束計數的判定。新燃料 束計數的判定之選擇係在燃料載入模板之選擇之前完成， 以提供待使用之新燃料束的詳細清單，以設計大功率操作 之反應爐核心設計。初始地，執行一檢查（6 0 2 )，以判斷是 否於測試新燃料載入型樣先前的迭代已發生。若此爲第一 個迭代，例如先前的測試新燃料載入型樣沒有被分析，則 過去的循環或類似的設備之資訊可被使用以提供用於初始 測試新燃料載入模板之基礎（603)。例如初始測試新燃料載 入模板可從使用於類似於先前的模擬之核心的核心載入型 樣設計中選擇，或根據從類似於待評估的反應爐之反應爐 的核心載入型樣設計及/或從使用於於待評估的反應爐設 備之較早的核心能量循環之實際核心載入型樣設計來選擇 。這些設計可從例如歷史的核心設計資料庫254存取。 若過去的迭代已被執行（602的輸出爲”否”），則該核 心的總能量含量可使用符合該等輸入限制之經建立的核心 載入型樣而被計算，且期望的/需要的能量含量之差可被 界定（6 04)。若此爲第一個迭代，則此亦可使用來自603之 新燃料載入型樣（亦計算該等輸入的限制）來完成。此能量 "delta”爲下一個未來的循環所需之能量與最接近的循環之 -22- 200845045 末（End-of-Cycle ; EOC)的差。對於額外的迭代，當該實際 能量與期望的能量間之差降低時，該delta可被降低。再 者，負的delta能量意指所得能量大於期望的能量，且爲 期望的。 能量的差應由新燃料組件所供應，其亦爲用於載入該 反應爐的核心之新燃料載入型樣的部份，例如待於下一排 程的中斷（outage)被載入。典型最優策略可幫助選擇所需 額外的束之數量（或必須被移除的束之數量），以獲得期望 的目標能量。例如，於具有764束的BWR反應爐，通常 認爲四（4)束相當於約lOOMWD/st之循環長度。因此，若 所得能量超過l〇〇MWD/st長於期望的能量，則可移除四 個新的束。同樣地，若所得能量超過l〇〇MWD/St短於期 望的能量，則應增加四個額外之新的束。 使用者應選擇（605)彌補該能量差所需的新燃料束之數 量。此可藉由存取先前從新燃料束設計資料庫252模型化 並儲存的新燃料束設計之調色（palette)來完成，或使用者 可從束類型之資料庫建立特定新燃料束。 在待使用於測試核心設計的新束之數量或計數被判定 之後，核心載入對稱（symmetry)被識別（identified)(606)。 一些設備會需要例如四分之一載入對稱或二分之一載入對 稱。GUI 230可被使用以存取一設備組態網頁，其可供使 用者選擇”模型尺寸"，例如四分核心、半核心、全核心， 以用於後續模擬之評估。此外，藉由於合適的下拉選單及 類似物進行點選，使用者可選擇核心對稱選項（例如八分 -23- 200845045 、四分、不對稱），以用於該選擇的模型尺寸。 藉由選擇”八分對稱"，使用者可模型化該反應爐（假設 所有八個八分體（octant)係與經模型化的八分體類似，一 八分體爲例如一群燃料束）。因此，模擬器時間可被大約 降低八的因數。同樣地，藉由選擇’’四分對稱”，使用者可 模型化該反應爐（假設每一四分體（quadrant)係與經模型化 的四分體類似）。因此，模擬器時間可被大約降低四的因 數。若束性質中的不對稱預防八分或四分對稱，則使用者 亦可指定不對稱。 一旦判定新燃料束計數及對稱，使用者可從載入模板 資料庫25 6存取期望的燃料載入模板607。第7圖顯示使 用本發明的載入圖編輯器6 0 1之部份完成的載入模板之四 分核心（quarter-core)螢幕截圖。 當載入圖編輯器被初始地執行時，使用者具有經由檔 案選單608來存取先前建立的模板（從載入模板資料庫 2 5 6)或開始新模板之選項。於一範例，載入圖編輯器601 要求使用者識別建立該模板之反應爐。載入圖編輯器601 從關聯式資料庫25 0(例如載入模板資料庫25 6)擷取經識別 的核子反應爐的幾何，並根據所擷取的設備特性，以按號 碼排列的行及列來顯示適當尺寸的燃料束欄位6 1 1 (例如第 7圖中第6列第3行的燃料束位置）。 燃料束欄位6 1 1內，使用者接著可例如透過電腦使用 合適的輸入裝置（亦即滑鼠、觸碰板等）、GUI 230及應用 程式處理器200來點選在可能的燃料束位置之陣列中之燃 24- 200845045 料束位置6 1 2，以識別該位置中實際燃料束之類型（新、再 插入（舊燃料）、或鎖定的（locked))及分組（grouping)。如第 7圖右側所示，載入圖編輯器60 1提供數個工具供執行此 指定任務，包含載入類型6 1 3、燃料束分組6 1 7、編號模 式61 8工具。 在載入類型613工具下，載入圖編輯器601包含新按 鈕614、再插入按鈕615、及鎖定的按鈕616。新、再插入 、及鎖定的按鈕614、615、616對應至新、再插入、及鎖 定的燃料束目錄。例如，使用者點選期望的按鈕，以選擇 期望的目錄，接著點選燃料束欄位6 1 1中的燃料束位置 6 1 2 ’以指定該目錄至燃料束位置6丨2。新燃料束目錄表示 插入新燃料束，亦即尙未暴露的燃料束。載入圖編輯器接 著在燃料束位置6 1 2底部顯示” F "及數字，，N "。” ρ，，表示新 燃料束目錄，數字"N”表示第N個新燃料束類型612。載 入圖編輯器60 1保持該核心所指定的燃料束類型之數量的 計數。藉由對每一位置指定相同的”F，，及”N"値，多個燃料 束位置可被指定至相同燃料束類型。 鎖疋的燃料束目錄表示：目前居於實際核子反應爐核 心之相關聯的燃料束位置的燃料束係保持於該位置，以建 核子反應爐核心載入圖。當鎖定的燃料束目錄被指定 時，載入圖編輯器601顯示”l”及數字”N”於燃料束位置 612。"L”表不鎖定的燃料束目錄，數字"N”表示第n個鎖 定的燃料束群組。 再插入燃料束目錄表示··何處插入舊燃料束。當再插 -25- 200845045 入燃料束目錄被指令眩，_ 1 、 載入圖編輯器僅顯示數字"N，，於 燃料束位置612。數字表示;狹翻^法^丄结 子表丁燃枓束位置612的優先順序。 方、範例載入圖編輯器可用與指定的目錄相關聯的 顏色來顯示燃料束位置612。例如，新燃料束係以藍色顯 不、鎖定的燃料束以黃色顯示、再插入燃料束以紫色顯示 在燃料束分組617下，載入圖編輯器包含對稱按鈕 1 2 4 Π、” 8 "。如第6圖所示，藉由點選合適的下 拉培單及類似物，使用者可已選擇期望的核心對稱選項（ 例如八分、四分、不對稱等）以用於該選擇的反應爐。然 而’燃料束分組工具6 1 7允許使用者選擇用於給定燃料束 位置6 1 2之對稱，亦即基於燃料束位置6 1 2。 編號模式工具618包含自動按鈕619及手動按鈕620 。自動編號及手動編號間的選擇僅當再插入按鈕6 i 5或新 按鈕616已被選擇時才允許且若鎖定的按鈕616被選擇， 則通常爲不可應用的。 當選擇自動按鈕618時，載入圖編輯器6 00保持舊燃 料束的計數並指定該計數加一至指定的燃料束目錄之下一 燃料束位置6 1 2。指定的號碼係顯示於燃料束位置6 1 2底 部。載入圖編輯器600也保持新燃料束類型的計數；因此 當燃料束位置6 1 2被指定時，新燃料束目錄加一（於上稱 爲N)係被指定予該位置。"F ”及N的値係顯示於新燃料束 位置底部。 當選擇手動按鈕619時，載入圖編輯器保持指定再插 -26- 200845045 入燃料束目錄的燃料束位置6 1 2之號碼的計數，但不指定 號碼予燃料束位置6 1 2。取代的是，使用者可移動於燃料 束位置612之游標並手動輸入號碼。 每一燃料束位置6 1 2中所指定的號碼表示指定的優先 順序（表示用以根據舊燃料束的屬性來載入舊燃料束之順 序）。該屬性包含（但不限於）K infinity(其爲燃料束之能量 含量的眾所周知之量測）、燃料束之暴露（以mega-watt days per metric ton累積鈾於該燃料束）、該燃料束之存在 時間（該燃料束存在於該核子反應爐核心的時間）等。於一 例示實施例，與經再插入的燃料束位置相關聯的顏色之形 狀與該經指定的優先順序相關聯而改變。 載入圖編輯器6 0 0亦經由檢視選單6 1 0及畫面遠近按 鈕62 1而提供數個檢視選項。藉由點選及拖曳畫面遠近按 鈕6 2 1至左及至右來縮小及放大所顯示燃料束欄位6 1 1的 大小。於該檢視選單6 1 0，使用者可選擇檢視該模板之單 一四分體、或該模板之全核心檢視。此外，使用者能控制 是否顯示特定模板屬性。具體而言，檢視選單6 1 0包含顯 示以下所列於該載入模板中之選項：控制葉片、燃料束座 標、核心座標等。 如上所述，取代建立新的模板，先前建立的模板可被 檢視且選項地使用編輯按鈕609來編輯。使用檔案選單 608，使用者選擇”打開（open)”選項。載入編輯器600接著 顯示儲存於燃料束載入模板資料庫256之可存取的模板。 使用者接著藉由點選其中一個可存取的模板來選擇可存取 -27 - 200845045 的模板。載入圖編輯器600接著將顯示所選擇的模板。 使用者接著可編輯該所選擇的模板。例如’對於給定 的所選擇的模板，使用者可選擇該模板所期望的新燃料束 及舊燃料束，以產生測試反應爐核心設計。因此’載入圖 編輯器600允許使用者再載入目前存在於一或多個燃料池 (fuel pool)之新及舊燃料束的選項。存在於可用的燃料池 詳細清單之一或多個舊燃料束可由使用者從例如燃料池資 料庫258存取，且一或多個新燃料束可從新燃料束設計資 料庫252存取。 在使用上述之載入圖編輯器600存取建立、及/或編 輯燃料載入模板之後，使用者接著可使用該模板來建立載 入圖。自檔案選單608，使用者選擇"載入（load)"選項。載 入圖編輯器600接著顯示載入包含模板存取視窗、模板資 訊視窗、再載入視窗、及載入新視窗之螢幕。模板存取視 窗提供使用者下拉選單以選擇儲存於載入模板資料庫256 之載入模板。模板資訊視窗顯示所選擇的載入模板之摘要 資訊，例如於該載入模板之新燃料束類型的號碼、再插入 (舊）燃料束位置之號碼、及經鎖定的燃料數位置之號碼。 摘要資訊亦可表示目前加入以建立載入圖之新燃料束類型 的號碼及再插入（舊燃料）束位置之號碼。 第8圖爲螢幕截圖，顯示由載入圖編輯器600所顯示 之再載入視窗。該視窗被分成經過濾的燃料池表6 2 2及再 載入燃料池表624。經過濾的燃料池表622列出（1)目前於 待評估的核子反應爐之燃料模板中的舊燃料束，除了於鎖 -28- 200845045 定的燃料束位置612之燃料束以外，及（2)用於此及其他核 子反應爐的於一或多個燃料池中之燃料束詳細清單。已眾 所周知的是，從核子反應爐移除之舊燃料束係儲存於所謂 的燃料池。來自位於同一地點之兩個或多個核子反應爐之 燃料束可被儲存於相同的燃料池。 經過濾的燃料池表622以其序號及燃料束名稱 (BName)來列出每一舊燃料束。每一燃料束被指定一獨特 的序號，用以確保燃料束之可追蹤性（依品質保證觀點）。 燃料束名稱爲字兀;串識別符（character string identifier)， 用以識別燃料束產品線及核子特性，例如鈾及釓 (gadolinia)載入。經過濾的燃料池表622亦列出每一舊燃 料束所列出的K infinity、暴露、及存在於該核心之燃料 束的最後燃料循環號碼之一或多個屬性。用於舊燃料束之 額外的屬性包含：1)燃料束產品線，2)初始鈾載入，3)初 始釓載入，4)軸區（axial zone)的號碼，5)最接近存在於該 核心之燃料束之前的歷史的循環號碼，6)存在於每一歷史 的燃料循環之燃料束之對應的反應爐，7)累積的存在時間 ’ 8)燃料束系統（pedigree)，反映持續的反應爐操作之使用 性的參數。 燃料束系統係從一數量的最早的燃料之檢查的因素來 判定’視覺地或藉由一些其他非破壞性的測試程序，其係 被指定以偵測目前故障（failure)的燃料束或未來易遭到故 障的燃料束。故障機制包含例如腐飩（corrosion)、殘骸影 響（debris impact)、燃料束之機械曲折（mechanical -29- 200845045 bowing)。另一個影響系統（pedigree)的因素爲燃料束之可 能的重組，其爲涉及以替換棒（其可爲含有鈾之燃料棒或 替代地，不含有鈾之燃料棒（例如不銹鋼），後文中稱爲，假 體（phantom)’棒）替換受損的燃料棒之修復程序。系統 (pedigree)屬性可用’RU’及’RP’分別表示以鈾及假體棒重 建者，並用’DC’、’DD’、及’DB，分別表示由腐鈾、殘骸、 及曲折而受損者。’空白的（blank)，系統（pedigree)屬性表 示受損的及可使用的燃料束。 再載入燃料池表624對每一燃料束提供與經過濾的燃 料池表6 2 2相同的資訊。此外，再載入燃料池表6 2 4對於 該載入模板中提出的每一燃料束群組表示優先順序號碼 626。第8圖顯示最優先的（1)再插入的燃料束位置爲一組 四個燃料束，且次優先的（2)再插入的燃料束位置爲一組八 個燃料束。 再載入燃料池表624係藉由從經過濾的燃料池表622 移動燃料束至再載入燃料池表624而產生（populated)。該 再載入視窗更包含一組工具63 0，用以協助使用者選擇及 從經過濾的燃料池表622移動燃料束至再載入燃料池表 624。該組工具可包含過濾工具632、移動至右工具634、 移動至左工具636、及刪除工具638。工具634、636、及 63 8讓使用者能在經過濾的燃料池表622及再載入燃料池 表624之間移動燃料束，例如藉由反白（lighlighting)一或 多個燃料束並接著點選移動至右工具634(或移動至左工具 6 3 6) ’其造成該選擇的燃料束產生最高優先順序未產生的 -30- 200845045 (unpopulated)燃料束位置於再載入燃料池表624(或經過濾 的燃料池表622)。刪除工具638讓使用者能選擇一或多個 燃料束於表622、624之其中一者，並接著點選刪除工具 63 8以從該表刪除所選擇的燃料束。 第9圖顯示過濾工具63 2之螢幕截圖。使用者點選過 濾工具63 2以開啓過濾視窗640，如第9圖所示。過濾視 窗列出經過濾的燃料池表622中所列的相同屬性，並允許 使用者藉由點選與該屬性相關聯之選擇框642來指示根據 該屬性來過濾。當一屬性已被選擇時，該相關聯的選擇框 顯示打鉤。使用者亦可藉由再次點選該相關聯的選擇框而 不選擇一屬性。於此情形，打鉤符號將被移除。應注意的 是’儲存於可用的燃料池之舊燃料束可由使用者從燃料池 資料庫25 8存取，以產生適當的表（於第8圖）以供藉由過 濾工具632所做之最後的過濾。 對於每一屬性，過濾視窗640可顯示與該屬性相關聯 之一或多個過濾特性。對於K infinity屬性，使用者可選 擇過濾運算子6 4 4 (大於、小於、或等於）並鍵入與過濾運 算子644相關聯之過濾量646。如第9圖所示，使用者已 選擇以根據K infinity、選擇大於作爲過濾運算子、並鍵 入1.2之過濾量來過濾。 結果’載入圖編輯器600將過濾經過濾的燃料池表 622中之燃料束，以僅顯示具有K infinity大於1.2之燃 料束。於另一範例，於選擇框642中的暴露屬性亦具有相 關聯的過濾蓮算子及過濾量。 -31 - 200845045 對於循環屬性，過濾視窗提供下拉選單以供選擇循環 數字。第9圖顯示從下拉選單所選擇之循環2及4以用於 循環屬性。結果，載入圖編輯器過濾經過濾的燃料池表 622，以僅顯示具有最靠近存在於循環2或4之燃料束。 同樣地，使用者可選擇以根據其燃料束系統 (pedigree)、產品線等來過濾燃料束。一旦供過濾之屬性 已被選擇及屬性特性已被鍵入，使用者藉由點選OK選擇 框而使載入圖編輯器根據此資訊來過濾經過瀘的燃料池表 622。替代地，藉由點選CANCEL選擇框，使用者可取消 過濾操作。 經過濾的燃料池表622亦提供過濾機制以過濾其中所 列的燃料束。藉由點選經過濾的燃料池表622中屬性標題 ’使用者可用屬性之升冪或降冪次序來排序經過濾的燃料 池表622。一旦使用者點選該屬性，載入圖編輯器顯示包 含選項”升冪排序（Sort Ascending)，，及，，降冪排序（s〇rt Descending)”之一彈出選單。經過濾的燃料池表622接著 根據使用者所點選之選項，以該屬性之升冪或降冪次序來 排序。 第圖爲螢幕截圖，顯示載入圖編輯器600所顯示 之載入新視窗，用以載入新燃料束至該燃料模板。該視窗 被分成新燃料束類型表650及新燃料束池表660。新燃料 束類型表65 0列出可用的新燃料束類型，以其燃料名稱列 出每一新燃料束類型。燃料名稱爲使用以識別燃料束產品 線及核子特性（例如鈾及釓載入）之字元串識別符。 200845045 新燃料束類型表650亦列出每一新燃料束類型所列之 一或多個屬性，例如K infinity、燃料束產品線、平均鈾 235 濃化（average uranium-23 5 enrichment)、該燃料束中 之釓可燃燒的位置之百分比（與總燃料重之函數）、含有釓 之燃料棒的數量、軸區（軸區译由與沿該軸方向爲同質 (homogeneous)之燃料束之剖面片所界定）的數量。新燃料 束之其他屬性包含用於預測熱行爲（例如R_facotrs及局部 _ 尖峰（local peaking))的參數，被計算以用於各種燃料束暴 露値。R-facotrs係被使用作爲至臨界功率比（critical power ratio)之輸入且係從燃料棒功率之經權重的軸集成 (weighted axial integration)所判定。局部尖峰爲燃料棒頂 九及成、?皿度（fuel rod peak pellet an delad temperature)的 測量方法。 新燃料束池表660對每一燃料束提供與新燃料束類型 表6 5 0相同的資訊。此外，新燃料束池表6 6 0對該載入模 φ 板中之新燃料束的每一類型表示類型號碼及於該載入模板 中之該類型的新燃料束的數量。第圖顯示第一類型的 新燃料束位置爲一組四個燃料束，而下一類型的新燃料束 爲一組八個燃料束。 類似於第8圖’新燃料束池表6 6 〇可藉由從新燃料束 類型表650移動燃料束至新燃料束池表66〇而被持續地產 生（populated)及/或更新，且包含第8圖所示之工具63(); 過濾工具63 2(其可過濾從新燃料束設計資料庫252存取的 新燃料束）、移動至右工具634、移動至左工具636，用以 200845045 協助使用者選擇及從新燃料束類型表650移動燃料束至新 燃料束池表660，如上所述者。載入圖編輯器600亦提供 與經過濾的燃料池表622被排序的相同方式，用屬性之升 冪或降冪次序來排序新燃料束類型表650。 一旦再插入（舊燃料）及新燃料束位置612係使用上述 之工具而塡滿，使用者可點選顯示於載入螢幕中之”產生 (populate)"按鈕以使該載入圖顯示。使用者接著可藉由使 _ 用檔案選單608中之”儲存（Save)”或”另存新檔（Save As)” 選項來儲存經建立的載入圖。 於此，使用者已使用複數個自動化工具產生待評估之 初始測試核心設計，以判定符合所有限制（用以達成核心 設計合適的大功率操作）之提升的核心設計。要使用自動 化工具來載入該測試核心設計以用於評估，使用者簡單地 點選載入按鈕並鍵入新燃料類型之ID字首；該測試核心 設計係準備好以供評估。 方塊700-自動化工具 對於初始測試核心設計，使用者可修改測試核心設計 中之一或多個棒型樣、核心載入型樣及/或獨特新燃料束 類型’直到反應爐核心設計被判定符合所有大功率之限制 。如將於後文描述者，每一自動化工具可提供相關聯的程 序的建議以協助使用者或設計師任何測試核心設計需要做 出的修改’以達成期望的大功率之核心設計。 對於每一自動化工具，具有經選擇的或修改的棒型樣 -34- 200845045 設計（用於修改棒型樣工具選項）、經選擇的或修改的核心 載入型樣（核心載入設計工具）、及經選擇的獨特子集的新 燃料束類型（N-Streaming工具）之其中一者的該核心設計 之模擬係待被執行。換句話說，每一工具將建立個別期望 的初始測試棒型樣設計、核心載入型樣設計、及/或獨特 新燃料束類型（從方塊600之功能輸出的測試核心設計中 的佈置）。對於每一自動化工具，待評估的設備已被選擇 且限制已被設定（於輸入方塊500)。當初始測試核心設計 已在方塊600之輸出被載入時，每一自動化工具將被喚起 ，將於後文詳細描述。 對於每一自動化工具，根據設定以供測試核心設計之 對應的給定測試棒型樣、核心載入型樣或獨特新燃料束類 型，該模擬結果係與該等限制相比較，且關於該比較之資 料係以一或多個圖形或文字頁的形式提供予使用者；此資 料可表示在模擬期間違反的限制，且亦可與程序的建議使 用，以提供反饋予使用者關於：關於棒型樣、核心載入型 樣及/或使用於該核心設計之獨特新燃料束類型何者要修 改。 如前所述，這些工具可被連續地喚起（亦即，該修改 核心型樣工具可用可接受的棒型樣及新燃料束設計（從棒 型樣及獨特新燃料類型工具輸入）來迭代），或於另一範例 中該等工具可被獨立地迭代，且最佳設計（如目標函數値 所表示者）可作爲衍生的核心設計，起因於可由其他兩個 工具評估（連續地或獨立地），以精製用於提升功率操作之 -35- 200845045 設計。 修改棒型樣工具 於方塊6 0 0中產生之初始測試核心設計可不具有角於 大功率操作之期望的棒型樣設計（例如，用於BWRs中控 制葉片型樣之缺口位置及順序，或用於PWRs中控制棒型 樣的群組順序等）。此可藉由評估已被用測試棒型樣設計（ 例如，用於BWRs中控制葉片型樣之缺口位置及順序，或 用於PWRs中控制棒型樣的群組順序等）所載入之給定測試 反應爐核心設計的模擬之結果來判定，並接著使用核心模 擬軟體來模擬，以產生模擬結果，供對照輸入方塊5 00所 設定之該等限制（包含用於大功率操作之限制）來比較。因 此，用於給定測試反應爐核心設計之模擬（其包含初始測 試棒型樣設計）（自方塊600)將需要被執行。 測試核心設計中的棒型樣工具之實施及用於修改棒型 樣之例行程序係詳細說明於共同讓與的美國待審查之專利 申請案第10/321，441號，申請人爲Russell，II et al。大致 上，使用者透過GUI 230及透過處理媒體（使用者電腦、 應用程式伺服器200及/或計算伺服器400等）來實施該修 改棒型樣工具，以視覺地修改棒型樣設計（例如，用於 BWRs中控制葉片型樣之缺口位置及順序，或用於PWRS 中控制棒型樣的群組順序等），供使用者檢視合適的顯示 裝置。根據提出的棒型樣設計解法有多接近符合大功率操 作的測試反應爐核心設計所需之使用者輸入限制，修改棒 -36- 200845045 型樣子例行程序的迭代亦提供反饋及/或程序的建議予使 用者。 應注意的是，描述修改棒型樣工具之許多步驟及圖式 係類似於核心載入型樣及獨特新燃料束類型工具。因此’ 爲了簡潔的目的’描述修改棒型樣工具之數個圖式將參考 核心載入型樣及獨特新燃料束類型工具’而僅說明相異處 〇 第1 1圖爲流程圖，說明根據本發明例示實施例的修 改棒型樣工具之實施。第11圖係以判定用於例示沸水式 反應爐之棒型樣設計的方面來說明，應瞭解的是，該方法 可應用於PWRs、氣冷式反應爐、及重水反應爐。 參照第1 1圖，步驟S5中反應爐設備被選擇以供評估 ，且使用於該選擇的設備之測試棒型樣設計的一模擬之限 制係被界定（步驟S 10)。這些步驟已於輸入方塊500中的 功能所執行，但爲了清楚的目的，於此重複說明。根據該 等限制，用於控制機構移動（例如控制葉片缺口位置、控 制棒位置等）之順序策略（初始棒型樣設計）係被建立（步驟 S2 0)。反應爐操作可用該選擇的棒型樣設計以整個測試核 心設計而被模擬（步驟S3 0)，或可集中於該測試棒型樣設 計之子集，其可爲例如反應爐核心中之燃料束之子集，以 產生複數個經模擬的結果。 經模擬的結果係與該等限制相比較（步驟S40)，且根 據該比較，資料係顯示是否任何限制已被違反（步驟S 5 〇 ) 。該資料亦提供使用者經模擬的核心之哪個位置係最大的 -37- 200845045 違反者或最大的貢獻者（對限制違反）的指不。後文將詳細 說明每一步驟。 一旦選擇該設備，初始棒型樣設計將藉由使用GUI 2 3 0鍵入先前的測試棒型樣（順序策略）而被選擇，以存取 設備組態網頁。例如，該網頁可讓使用者選擇’’模型尺寸” ，例如四分核心、半核心、全核心，以用於後續模擬之評 估。此外，藉由於合適的下拉選單及類似物進行點選，使 用者可選擇核心對稱選項（例如八分、四分、不對稱），以 用於該選擇的模型尺寸。於一範例，此核心對稱選項已被 執行，例如於第6圖所示者。 如第5圖所示，客戶輸入的設備特定限制（其可被組 構爲該模擬的輸入變數之限制及該模擬結果的限制）已被 設定以用於該模擬。用以設置測試棒型樣設計之一或多個 子集之順序策略（供測試反應爐核心設計之測試棒型樣設 計（自方塊600))係根據該等限制來建立（步驟S20)。於所 評估之反應爐爲沸水式反應爐之一實施例，例如，該等限 制有助於建立可允許的控制葉片位置及持續時間。 控制葉片主題（theme)係與可允許的葉片對稱一起界定 ，以幫助使用者判定初始順序策略。於典型B WR操作， 例如，控制葉片可被分成四組的葉片（"A1 ”、"A2，，、"B1，， 、”B2”)。藉由分配葉片成葉片群組，使用者可容易地從 給定順序中僅識別可允許的葉片。因此，不期望的葉片係 避免被使用，其將導致不期望的結果。因爲控制葉片主題 係供每一暴藉識別’付合要求的葉片界定可被強迫做出。 -38 - 200845045 藉由界定控制葉片主題及葉片對稱，使用者僅需於該 控制葉片主題內識別單一葉片位置，而另一對稱控制葉片 可接著採用。因此，圖形區域沒有被多餘的控制葉片位置 資訊所擾亂。再者，自動配對順序策略可防止不合規則的 控制葉片位置錯誤的發生。 使用者從循環開始（BOC)至循環結束（EOC)繼續進行識 別所有順序及初始棒型樣判定。第1 2圖爲螢幕截圖，顯 示控制葉片順序如何鍵入。標題爲葉片群組1 2 1 7之行能 讓使用者根據已被鍵入的使用者限制來調整或設定順序策 略。於第12圖，使用者已設定暴露步驟1211、計算類型 1 2 1 3、詳細棒型樣1 2 1 5、葉片群組1 2 1 7及任何適當的操 作參數。 隨著該等限制已被界定且該順序策略（用於測試反應 爐核心設計之初使測試棒型樣）已被建立，一模擬係開始（ 步驟S3 0)。該模擬可藉由計算伺服器400而執行；然而， 該模擬可爲3D模擬程序，其係外部執行於該配置1 000。 使用者可利用已知的可執行的 3 D模擬器程式，例如 PANACEA、LOGOS、SIMULATE、POLCA、或任何其他已 知模擬器軟體，其中適當的模擬器驅動程式已被界定及編 碼。計算伺服器400可根據由使用者透過GUI 23 0之輸入 來執行這些模擬器程式。 使用者可於任何時間使用GUI 230啓始3D模擬，且 可具有一數量的不同手段以啓始一模擬。例如，使用者可 從視窗下拉選單選擇”執行模擬（run simulation)”或可於網 -39- 200845045 頁工具列（task ba〇點選”執行（RUN)”圖像。此外，使用者 可接收該模擬之圖形更新或狀態。相關於該模擬之資料可 被排隊（queued)於關聯式資料庫伺服器250之佇列資料庫 253。一旦該模擬被排隊，使用者可具有一音效及/或視覺 表示來指示：該模擬係被完成。 一旦使用者啓始模擬，許多自動步驟會接著進行。第 1 3圖爲流程圖，顯示詳細的模擬步驟S3 0。初始地，用於 測試核心設計之具有該選擇的棒型樣設計問題之界定係被 轉換成3D指令集（例如電腦工作），以用於3D反應爐核心 模擬器（步驟S3 1)。此能讓使用者選擇數個類型的模擬器 ，如上所述者。特定模擬器的選擇可相關於使用者所鍵入 的設備準則（例如限制）。該電腦工作係準備好於每一關聯 式資料庫伺服器25 0之佇列資料庫232中排隊（步驟833) 。用於特定模擬之資料的儲存能夠使潛在模擬迭代從最後 或先前的迭代開始。藉由儲存及擷取此資料，棒型樣設計 的未來模擬迭代僅需數分鐘或數秒鐘來執行。 同時，運行於每一可用的計算伺服器400的程式每幾 秒鐘掃瞄一次，以尋找可用的工作來執行（步驟S 3 7)。若 工作係準備好執行，則一或多個計算伺服器400從佇列資 料庫2 5 3取得該資料並執行適當的3 D模擬器。如前所述 ，一或多個狀態訊息可被顯示予該使用者。當模擬完成時 ，所有感興趣的結果可被儲存於關聯式資料庫250之一或 多個從屬的資料庫（例如模擬結果資料庫25 5)。因此，關 聯式資料庫伺服器250可被存取，以計算目標函數値以用 -40- 200845045 於測試棒型樣設計。 第14圖爲流程圖，顯示詳細的第11圖之比較步驟。 目標函數可被儲存於關聯式資料庫伺服器250以供計算伺 服器400存取。目標函數計算（其提供目標函數値）亦可被 儲存於關聯式資料庫伺服器250，例如從屬的目標函數値 資料庫257。參照第14圖，至目標函數計算的輸入包含來 自限制資料庫25 1之限制及來自模擬器結果資料庫之模擬 器結果。因此，一或多個計算伺服器400從關聯式資料庫 伺服器255存取此資料（步驟S41)。 雖然本發明之例示實施例想像任何數量之可被使用的 目標函數格式，一個範例包含具有下列三個要素的目標函 數：用於特定限制參數的限制（例如用於反應爐設備參數 之設計限制），以’’CONS”表示；來自3D模擬器用於特定 限制參數之模擬結果，以"RESULT”表示；及用於限制參 數之乘法器，以’’MULT”表示。一組預先界定的MULTs可 憑經驗地從例如BWR設備組態的大集合中判定。這些乘 法器可被設定成致能待決定適當順序之反應爐能量、反應 限制（r e a c t i v i t y 1 i m i t s)、及熱限制的値。因此，本發明之 方法利用通用組合（generic set)之憑經驗判定的乘法器， 其可被應用於超過三十種不同的核心設計。然而，GUI 230允許手動改變乘法器，其使得"使用者喜好可要求用較 大的乘法器（相較於由預先設定的預設値所識別的乘法器） 來”處罰（penalized)”特定限制"爲明顯的。 目標函數値可對每一個別限制參數計算，且對於所有 -41 - 200845045 限制參數整體觀之，其中所有限制參數代表何者正被用測 試反應爐核心設計之特定測試棒型樣（或如將於後文說明 之特定核心載入型樣或用於測試核心設計之一或多個（N) 獨特新燃料束類型）來評估的實體。目標函數之個別限制 要素可用如方程式（1)來計算： OBJpar = MULTpar * (RESULTpar - CONSPAR); ( 1 ) 其中”par”可爲第5圖所列出的客戶輸入的任何限制。 這些參數並非用於評估的僅有之可能參數，而是一般用來 判定用於核子反應爐之合適的核心組態之參數。總目標函 數可爲所有限制參數的和，或 OBJTOT = SUM(par=l3Y){OBJpJ (2) 參照方程式1，若RESULT小於CONS (例如沒有違反 限制），則該差係重置爲零且該目標函數將爲零。因此， 目標函數値爲零表示特定限制未被違反。目標函數爲正値 表示需要修正的違反。此外，模擬結果可用特別座標 (i，j，k)及時間座標（暴露步驟）（例如核心能量循環中之特定 時間）來提供。因此，使用者可看見問題所在的時間座標（ 例如暴露步驟）。因此，棒型樣（或核心載入型樣或獨特新 燃料束類型型樣）僅在經識別的暴露步驟被修改。 此外，目標函數値可被計算爲每一暴露步驟的函數， -42 - 200845045 並對整個設計問題做總計（步驟S43) °對每一限制計算的 目標函數値及每一暴露步驟的目標函數値可進一步藉由標 準化（normalizing)每一目標函數値來檢查，已提供給定限 制對總目標函數値的百分比貢獻（contribution)(步驟S45) 。目標函數計算的每一結果或値係儲存（步驟S 4 7 )於關聯 式資料庫伺服器250內之從屬的目標函數値資料庫257。 目標函數値可被使用於用於測試核心設計之期望的棒 型樣之手動判定。例如，目標函數計算之値可用圖形的方 式供使用者檢視，以判定違反限制的參數。此外’測試核 心設計中的棒型樣設計改變之成功的迭代中之目標函數値 中的任何改變提供使用者一標準，用來評估所提議的設計 之改良及損傷。 數個迭代中目標函數値之增加表示使用者的改變正建 立從期望的解法遠離之棒型樣設計（也就是功率提升核心 設計），而較少的目標函數値之連續的迭代（例如從正値朝 零減少的目標函數値）可表示於該反覆的設計中之改良。 連續迭代中的目標函數値、限制、及模擬結果可被儲存於 關聯式資料庫伺服器250內之各種從屬的資料庫。因此， 過去的迭代之設計可被迅速地擷取，後來的修改應證明沒 有幫助。 第15圖爲螢幕截圖，顯示供使用者在目標函數計算 完成後檢視之有用的圖形資料。一旦完成目標函數計算， 可提供使用者有關目標函數計算的資料，其可包含用經評 估的測試棒型樣組構的測試反應爐核心設計之模擬期間所 -43- 200845045 違反的限制。 參照第1 5圖，顯示表示每一限制之輸入限制及每一 目標函數値計算的値之限制參數的列表。第1 5圖中已被 連反的限制於選擇框中顯示打飽，如打鉤的框1 5 0 5所示 。此外’對於每一限制違反，其貢獻及百分比（％)貢獻（根 據第1 4圖所述之計算及標準化例行程序）係被顯示。因此 ’根據此資料，可提供使用者一建議，如接下來的迭代之 棒型樣設計需要做什麼修改。 雖然個別的棒型樣修改可由使用者的期望來決定，可 提供例如下拉選單之程序的建議。這些建議可分成四個目 錄： 雖然個別的修改可替代地依使用者的期望來實施，但 這些程序的建議可用例如下拉選單的形式來提供，這些建 議可分成四個目錄：對能量有益的動作（energy beneficial move)、反應控制（reactivity control)、對能量有害的動作 (energy detrimental move)、及將過多的範圍（來自熱限制） 轉換成額外的能量。如上所述，使用對能量有益的動作之 一項技術可滿足符合限制的問題，使用對能量有害的動作 則否。即使棒型樣設g十符合所有限制（各戶輸入的設備特 定限制、設計限制、熱限制等）’該使用者可驗證：任何 對一特定限制爲過多的範圍可被轉換成額外的能量。此外 ，下列邏輯陳述可表示修改棒型樣之程序的建議： 對能量有益的動作 -44- 200845045 • 若尖峰離開葉片之頂部，則將葉片插深一點 • 若在EOC有NEXRAT(例如熱範圍限制）問題，則在循 環早期將葉片插深一點 • 若在循環中間期間kW/ft尖峰，則在循環早期將插深 一點的葉片再插深一點 反應控制 • 若程序期間流太快，則拉開棒 • 若程序期間流太慢，則將棒插深一點 對能量有害的動作 • 若程序期間尖峰在核心之底部，則在局部區域將葉 片插淺一點 將過多的範圍轉換成額外的能量 • 若在EOC有多的MFLCPR範圍，則在循環早期將 葉片插深一點 •若在EOC有多的kW/ft範圍，則在循環早期將插深 一點的葉片再插深一點 • 若在EOC之核心的中間有多的MFLCPR範圍，則在 循環早期將中間棒插深一點 根據位置及限制違反的時間暴露（如目標函數所示）， 使用者可容易地跟著以上一或多個建議處理及修正限制違 -45- 200845045 §胃胃_[計算所得的資料可被解譯於合適的顯示裝置 ° Μ Μ ’ ϋϋ料可被顯示爲具有表示違反者的限制之列表 ’如第15圖所示。然而，使用者可存取一數量的不同，，結 果π顯不營幕’其可用二維或三維來表示。下列表1列出 使用者可用的一些例示檢視。

寒1-使用者可用的圖形檢視 目標函數結果-列表_ ^大核心値對（VS.)暴露的圖形 (nodal)最大値對暴露的圖形 核心値的位置對暴露的圖形 _ 針（pin)値對暴露的圖形 料束最大値的位置對暴露的圖形 _檢視3 D旋轉圖__ _ 報告有關先前迭代之效能 _ 報告各種設計師之改良率 __顯示伺服器狀態_ __顯示佇列狀態__ __顯示系統建議 第16、17A、17B圖爲螢幕截圖，顯示根據本發明之 使用者可用的圖形資料，以檢視模擬及目標函數分析隨後 的給定限制之狀態。參照第丨6圖，使用者可從工具列之11 -46- 200845045 檢視（view)"圖像下拉合適的下拉選單，以顯示特定限制的 畫面。如第16圖所不，使用者已選擇MFLPD(Maximum Fractional Limiting Power Density)限制參數。使用者可使 用一數量的不同圖形檢視，如下拉選單1610所示。使用 者僅選擇期望的檢視並接著存取一頁面（page)，如第17A 或17B所示。

第17A圖顯示兩個不同的特定限制之二維圖形，1705 及1 7 1 0。例如，使用者可判定於核心循環中特定暴露之 MAP LHGR(Maximum Average Planar Heat Generation Rate)發生於何處（於核心最大對曝光圖形i 705，及MFLPD 的軸値對暴露圖形1 7 1 0)。對於這些限制的限制係以線 1720及1725顯示，而違反大致顯示於第17A圖中之1730 及 1735 。 第1 7B顯示整個核心之剖面的二維畫面之另一畫面， 以檢視MAPLHGR對暴露的最大違反貢獻位於何處。如 1 740及1 750所示，畫斜線的方塊表示對核心中之 MAPLHGR有最大違反貢獻之燃料束（例如174〇及1 750指 出違反MAPLHGR的燃料束）。此可指示使用者該棒型樣 設計中哪些燃料束需要被修改。 第1 8A及1 8B圖爲流程圖，說明根據本發明之範例修 改棒型樣工具之棒型樣修改及迭代處理步驟。參照第〗8 A 圖’藉由於步驟S60解譯資料（例如第15至17B圖所示及 所述之資料），使用者可傾向啓始修改子例行程序（步驟 S 7 0)。實際上，具有初始測試棒型樣之測試反應爐核心設 -47- 200845045 計將不會是可接受的設計，而可能需要修改的子例行程序 〇 於一實施例，藉由圖形使用者GUI 230的幫助，使用 者可手動地指示此修改的子例行程序。於另一實施例，子 例行程序可被執行於最佳化演算法的範圍內，其對於一數 量的棒型樣設計迭代自動地重複模擬、目標函數的計算、 及目標函數計算之結果或値的評估。 使用者根據顯示的資料來判定是否任何限制被違反（ 步驟S71)。若沒有限制被違反，則使用者判定是否任何識 別符表示最大功率的特性（對於大功率操作）係從具有該選 擇的測試棒型樣之測試反應爐核心設計獲得。例如，這些 識別符可包含良好熱範圍使用（例如MFLCPR及LHGR的 範圍）之一指示，其係藉由將棒於該核心中插深一點以最 大化鈽（plutonium)產生以供循環延伸。當最小EOC特徵 値係對於循環設計（特徵値搜尋）被獲得或期望的循環長度 係以固定的EOC特徵値被判定時’功率需求可顯示爲待 符合。若有最大功率已從具有該選擇的測試棒型樣之測試 反應爐核心設計獲得之一指示（步驟S72之輸出爲是）’則 用於測試反應爐核心設計之可接受的測試棒型樣已被判定 ，且使用者可存取有關於棒型樣設計之結果的報告（步驟 S 7 3 )及/或使用修改核心中之該選擇的棒型樣及/或獨特新 燃料束類型設計工具（步驟S78) ° 若限制被違反（步驟S 7 1之輸出爲是）或限制未被違反 但存在最大功率未從棒型樣設計獲得之一指示（步驟S 7 2 -48- 200845045 之輸出爲否），則使用者判定是否任何特性表示需要修改 順序策略（步驟S74)。表示需要修改順序策略的特性可包 含多餘的控制葉片（控制棒）歷史、局部區域中EOC之多餘 的MFLCPR及無法於個別暴露包含MFLCPR。此外，若數 個迭代的棒型樣設計改變已被嘗試而沒有對目標函數的實 際改良’則此係進一步的表示：也許需要發掘替代棒型樣 順序。 第1 9圖爲螢幕截圖，用於界定葉片群組，以修改棒 型樣。因此，若順序策略需要修改（步驟S 74之輸出爲是） ’則使用者藉由改變順序策略（步驟S75)而建立衍生的棒 型樣設計。例如，參照第1 2及1 9圖，使用者可在操作組 態頁選擇一編輯選項，以改變葉片分組（第1 2圖中之 1217) ° 若沒有特性表示順序策略需要被修改（步驟S74之輸 出爲否），則使用者可藉由改變控制葉片或控制棒的位置 來修改測試棒型樣設計以建立衍生的棒型樣（及衍生的反 應爐核心設計）。參考第12圖，使用者在"設定棒（set rods)”打鉤以用於特定暴露並選擇編輯圖像i235。如第19 圖所示’這些操作可帶出另外的畫面，其讓使用者能手動 地改變於特定群組中控制葉片的缺口位置。於第1 9圖， 顯τκ"界定葉片群組（Define Blade Groups)”螢幕截圖1940 ’其顯示核心剖面圖與葉片群組內部A1(選自單元1941) 。藉由選擇選向下拉選單1 942，使用者可顯示另一視窗， "設定葉片限制（S e t B1 a d e C ο n s t r a i n t s) ”視窗1 9 4 5。最小撤 -49- 200845045 回行（m i n i m u m w i t h d r a w a 1 c ο 1 u m η) 1 9 5 0 識別一葉片於該核 心中所允許的範圍。最大撤回行（maximum withdrawal column) 1 95 5識別一葉片於該核心外所允許的範圍。不允 許的行（N 〇 t A11 〇 w e d c ο 1 u m η) 1 9 6 0識別此特定棒型樣設計 不允許的葉片位置。該範例不限於改變沸水式反應爐之控 制葉片缺口位置，亦可改變壓水式反應爐中控制棒的棒位 置，及其他類型的反應爐（例如氣冷式反應爐、重水反應 爐等）的控制棒位置。 不管是否測試棒型樣已藉由改變棒位置而修改或藉由 改變順序策略而修改，步驟S30-S50係被重複以判定是否 衍生的棒型樣（衍生的反應爐核心設計）符合所有限制（步驟 S77)。此將成爲迭代的程序。 第18Β圖顯示根據本發明之例示實施例之迭代的程序 。對於每一個已被模擬之衍生的棒型樣設計，使用者判定 是否相關於該模擬的結果及限制（例如經計算的目標函數 値）間的比較之任何資料仍表示有限制違反。若爲非，則 使用者已發展可接受的棒型樣設計（其可使用於特定反應 爐），且可存取相關於可接受的棒型樣設計（步驟S73)之圖 形的結果及/或使用該修改核心及/或獨特新燃料束類型設 計工具中的經選擇的棒型樣（步驟S 7 8)。 若一迭代仍表示限制係被違反（步驟S 160之輸出爲是 )，則於步驟S 70之修改子例行程序係迭代地重複，直到 符合所有限制，或直到在使用者所決定之可接受的範圍內 符合所有限制/獲得最大功率（步驟S 170)。該迭代的程序 -50- 200845045 是有益的，其讓使用者能精密地調整棒型樣設計，及或許 從可接受的棒型樣設計中取出甚至更多的能量（相較於傳 統手動迭代的程序之可能的作法）。再者，關聯式資料庫 伺服器250及一數量的計算伺服器40〇的結合促進計算。 第1 8 B圖所示之迭代的程序可在極短的時間內完成，相較 於先前手動迭代的程序（一次改變一個參數然後執行反應 爐核心模擬）之幾週的時間。 於此，修改棒型樣工具以用使用者或設計師解譯資料 透過GUI 23 0來說明並根據所顯示的反饋（來自目標函數 的資料）手動地迭代地修改測試棒型樣（測試反應爐核心設 計），以得到期望的設計。然而，第1 8A及1 8B圖的步驟 亦可藉由最佳化程序來實施。此最佳化程序係同時應用至 修改核心載入型樣工具及獨特新燃料束類型設計工具，將 於後文說明。最佳化程序重複第18A及18B圖中的步驟超 過一數量的不同棒型樣設計，穩定地改良違反的限制，以 達到待使用於核子反應爐核心之最佳棒型樣設計。 第20圖顯示啓始此一程序之一螢幕截圖。例如，在 選擇設備及測試棒型樣之後，使用者可顯示最佳化組態畫 面2005。使用者可選擇最佳化參數2040:例如最佳化棒 型樣（optimize rod patterns)、最佳化核心流量（optimize core flow)、最佳化順序間隔（optimize sequence intervals) 。最佳化棒型樣意指使個別棒（BWRs中爲控制葉片）位置 的最佳化決定在控制棒分組（稱爲順序）內，以用於操作循 環期間的持續時間（當給定循環被使用以控制該反應爐時） -51 - 200845045 。棒位置影響區域功率及核子反應率。 最佳化核心流量意指使反應爐冷卻劑（coolant)在操作 循環期間流經該反應爐之流速爲時間的函數之最佳化決定 。流速影響總體的反應爐功率及核子反應率。最佳化順序 間隔意指在操作循環期間給定順序（亦即控制棒分組）被使 用以控制該反應爐之持續時間的最佳化決定。順序間隔影 響區域功率及核子反應率。 使用合適的輸入裝置（例如鍵盤、滑鼠、觸碰板等）， 使用者可透過GUI 23 0藉由點選與給定最佳化參數2040 相關聯之選擇框2042來選擇一或多個最佳化參數。當被 選擇時，該選擇的最佳化參數之選擇框2042出現打鉤。 再次點選選擇框2042會取消該最佳化參數。如第20圖所 示，要最佳化迭代的修改棒型樣設計程序，使用者選擇最 佳化棒型樣、最佳化核心流量、最佳化順序間隔的選擇框 2042 〇 記憶體（關聯式資料庫伺服器）250亦可儲存與最佳化 問題相關聯之限制參數。這些參數可被儲存於例如限制資 料庫25 1。該等限制參數爲必須或應符合一或多個限制之 最佳化問題的參數，其中，一限制可類比於上述之限制。 第2 1圖顯示列出與沸水式反應爐核心設計之最佳化 問題相關聯之最佳化限制的例示最佳化限制頁之螢幕截圖 。如圖所示，每一最佳化限制2 1 5 0具有與其相關聯的設 計値2152。每一最佳化限制必須在特定設計値之下。使用 者具有選擇最佳化參數的能力，以供考慮組構目標函數。 -52- 200845045 使用者藉由點選與最佳化限制2150相關聯的選擇框2154 來選擇最佳化限制。當被選擇時，該選擇的最佳化限制 2150之選擇框2154出現打鉤。再次點選選擇框2154會取 消該最佳化限制。 每一最佳化參數可具有與儲存於關聯式資料庫伺服器 250中相關聯之預定的信用項（(^6以11“111)及信用權重 (credit weight)。同樣地，每一最佳化限制具有與儲存於 關聯式資料庫伺服器250(例如限制資料庫251及/或目標 函數値資料庫25 7)中相關聯之預定的懲罰項（penalty term) 及懲罰權重（penalty weight)。如第21圖所示，懲罰項結 合設計値，且使用者能改變（亦即組構）此値（如期望的）。 此外，第2 1圖之實施例允許使用者設定每一最佳化 限制2 1 5 0之重要性2 1 5 6。於每一最佳化限制之重要性欄 位 215 8，使用者可具有微小的（minute)、低（low)、中 (nominal)、高（high)、最大（extreme)的選項。每一選項相 關聯於憑經驗地預定的懲罰權重，使得重要性越大，則預 定的懲罰權重越大。依此方式，使用者從一組預定的懲罰 權重中選擇。 一旦以上選擇已被完成’計算伺服器400從關聯式資 料庫伺服器250擷取以上選擇並根據上述的一般定義及於 選擇程序期間所做的選擇來組構目標函數。所得經組構的 目標函數等於與該選擇的最佳化參數相關聯之信用成分的 和加上與該選擇的最佳化限制相關聯之懲罰成分的和。 此外，該實施例提供使用者選擇處理信用及懲罰權重 -53- 200845045 之方法。例如，提供使用者靜態、結束懲罰（death penalty) '動態、及適應懲罰權重之可能的方法；提供使 用者靜態、動態、及適應信用權重之可能的方法；及相對 適應懲罰及信用權重的方法。已知靜態方法保持權重於其 初始設定的値。已知結束（death)方法設定每一懲罰權重爲 無限大。已知動態方法於最佳化搜尋之目標函數的使用過 程期間根據數學方程式來調整初始權重値。已知適應方法 亦在最佳化搜尋過程期間被應用。於此方法，對於違反設 計値之每一限制參數，懲罰權重値被週期性地調整。相對 適應方法係揭露於美國專利申請案第1〇/246,71 8號，發明 名稱爲"METHOD AND APPARATUS FOR ADAPTIVELY DETERMINING WEIGHT FACTORS WITHIN THE CONTEXT OF AN OBJECTIVE FUNCTION’，，發明人爲本 案申請人，申請日爲2002年9月19曰。 使用目標函數之最佳化 第22圖說明根據本發明例示實施例之目標函數使用 最佳化程序之流程圖。此最佳化程序係揭露於共同讓與的 美國待審查之專利申請案第1〇/246,71 6號，發明名稱爲 ” METHOD AND APPARATUS FOR EVALUATING A PROPOSED SOLUTION TO A CONSTRAINT PROBLEM，，， 申請日爲20 02年9月19日。’716申請案描述最佳化程序 的相關部分係倂入於此作爲參考。 爲了僅說明的目的，第22圖之最佳化程序係以如藉 -54- 200845045 由第1圖所示之架構來實現。如圖所示，於步驟S221 0， 目標函數係組構成如前一段所說明者，接著開始該最佳化 程序。於步驟S2212，根據使用的最佳化演算法，計算處 理器400從關聯式資料庫25 0擷取系統輸入，或產生一或 多組値以用於最佳化問題的輸入參數（亦即系統輸入）。例 如，這些輸入參數可相關於判定棒型樣燃料束於測試反應 爐核心，以符合大功率操作之限制準則，但亦可相關於其 他自動化工具，亦即，用以判定核心載入型樣及/或獨特 新燃料束類型以於測試反應爐核心內替換，以符合大功率 操作之限制準則。然而，最佳化不限於使用這些參數，亦 可使用除了該反應爐內新及舊燃料束之替代以外的其他輸 入參數，可使用在該循環期間於時間的函數之群組中的棒 群組（順序）之選擇及/或控制棒位置的替代，例如於一循環 期間針對時間之函數的核心流量之參數、反應爐冷卻劑入 口壓力等。 每一組設定參數値爲最佳化問題的候選解法。如上所 述之核心模擬器執行經模擬的操作並產生模擬結果以用於 每一組設定參數値。該模擬結果包含用於最佳化參數及最 佳化限制之値（亦即系統輸入）。這些値（或這些値的子集） 爲目標函數之數學方程式中變數之値。 接著，於步驟S2214，計算處理器40 0使用目標函數 及系統輸出以產生目標函數値以用於每一候選解法。於步 驟S2216，計算處理器400使用步驟S2214所產生的目標 函數値來評估是否最佳化程序已聚合於一解法。若沒有達 -55- 200845045 到聚合，則於步驟S22 1 8 ’修改輸入參數組、增加最佳化 迭代計數、且程序回到步驟S2212。 步驟S2212、S2216、S2218之產生、聚合評估、及修 改操作係根據任何已知的最佳化演算法來執行，例如 Genetic Algorithms、 Simulated Annealing、Tabu Search 。當使用最佳化已判定可接受的棒型樣設計（及/或可接受 的核心載入型樣設計或獨特的新燃料束類型以用於核心的 替代）時，最佳化係被執行，直到獲得聚合（例如如第1 8 A 及18B圖中步驟S73/S173之可接受的結果）。 修改核心載入型樣工具 修改核心載入型樣工具係詳細說明於共同讓與的美國 待審查之專利申請案第10/401,602號，申請人爲William Earl Russell, II et al.，申請日爲 2 0 0 3 年 3 月 3 1 日，發 明名稱爲"Method and Arrangement for Developing Core Loading Patterns in Nuclear Reactors'1。使用者可結合可 接受的棒型樣設計（經判定以用於測試反應爐核心）來實施 核心載入型樣工具，或可用方塊600判定之現有的測試反 應爐核心設計來重複該工具。如所說明的棒型樣工具、測 試反應爐核心設計（根據第5圖及支持揭露所識別之限制 、從第6圖之新燃料束之期望的詳細清單、如於第8及9 圖所述之期望的初始測試核心載入型樣及第1 0圖所述之 新燃料載入型樣），該測試反應爐設計被模擬。按照該模 擬，第13圖中唯一的差別在於步驟S31中，期望的核心 -56- 200845045 載入型樣，代替（或除此之外）用於測試核心設計之棒型樣（ 控制葉片順序）係被轉換成3D指令集。因此，從修改棒型 樣工具的迭代判定之期望的控制葉片順序（棒型樣）可被設 定以用於期望的核心載入型樣（且亦結合至3D指令集）， 以用於待模擬之測試核心設計。 同樣如第14圖所述，從限制資料庫251至目標函數 計算的輸入及來自模擬器結果資料庫25 5之模擬器結果係 由一或多個計算伺服器400所儲存（步驟S41)，且目標函 數値係被計算而作爲每一暴露步驟的函數，且被總計已用 於整個設計問題（步驟S43)。計算以用於每一限制之經計 算的目標函數値及每一暴露步驟的目標函數値係被標準化 以提供給定限制與總目標函數値之百分比貢獻（步驟S45) 。每一目標函數計算之結果或値係被儲存（步驟S47)於關 聯式資料庫伺服器250內之從屬的目標函數値資料庫251 〇 如第1 5圖所示，可提供使用者表示在模擬期間已被 違反的限制之資料。因此，根據此資料’可提供使用者有 關用於後續迭代之測試核心設計的該選擇的核心載入型樣 所需做出的修正之建議。 如上所述有關修改棒型樣工具，當個別核心載入型樣 修改可替代地依使用者之期望來進行時，程序的建議（例 如對能量有益的動作、對能量有害的動作、及將過多的範 圍（熱限制）轉換成額外的能量）可由使用者來存取。 即使當具有期望的核心載入型樣之測試核心設計符合 -57- 200845045 所有限制（客戶輸入的設備特定限制、設計限制、熱限制 等）時，使用者可驗證：任何對一特定限制爲過多的範圍 可被轉換成額外的能量。此外，以下的邏輯陳述可表示用 以修改核心載入型樣之以上程序的建議： 對能量有益的動作 • 若CPR(Critical Power Ratio)範圍太低（朝向核心周界） ，則使較多的反應的（較少暴露的）燃料朝向核心中央 • 若在EOC有MFLPD(例如熱範圍限制）問題，則使較 多的反應的燃料朝向問題位置 • 若在BOC於核心周界有SDM(shutdown margin)問題 ，則使較少的反應的燃料朝向核心中央 對能量有害的動作 • 若在 EOC，MCPR(Minimum Critical Power Rati〇)太 低，則使較少的反應的（較多暴露的）燃料至問題位置 內 • 若在EOC，KW/ft範圍（MAPLHGR)太低，則使較少的 反應的燃料至問題位置內 將過多的範圍轉換成額外的能量 • 若在Ε Ο C有多的M C P R範圍，則將較多的反應的燃 料從核心周界位置移動至核心中心 -58- 200845045 目標函數計算所得的資料可被用代表的違反者顯示爲 一列表的限制，如第15圖及表1所示。可用如第16至 1 7B圖所示之圖形顯示再次展現予使用者，以觀看於特定 限制之核心設計的效果。例如，於第17B圖之1 740及 1 750，畫斜線的方塊表示對核心中之MAPLHGR有最大違 反貢獻之燃料束（例如1 740及1 750指出違反MAPLHGR 的燃料束）。此可指示使用者該棒型樣設計中哪些燃料束 需要被修改。 第23Α及23Β爲根據本發明之流程圖，顯示根據範例 修改核心載入型樣工具之核心載入型樣修改及迭代處理步 驟。這些圖式中所顯示的功能係類似於第18Α及18Β圖， 因此使用類似的表示符號以在後文清楚表現不同之處。 關於修改棒型樣工具，使用者可針對此修改子例行程 序的每一迭代，藉由圖形的使用者GUI 230之助，或修改 子例行程序可被執行於最佳化演算法的範圍內，其對於一 數量的棒型樣設計迭代自動地重複模擬、目標函數的計算 .、及目標函數計算之結果或値的評估。 使用者判定是否任何限制被違反（步驟S71)，且若沒 有限制被違反，則使用者判定是否任何識別符表示最大功 率的特性（對於大功率操作）係從具有該選擇的測試棒型樣 之測試反應爐核心設計獲得。若有最大功率已從具有該選 擇的測試棒型樣之測試反應爐核心設計獲得之一指示（步 驟S72之輸出爲是），則用於測試反應爐核心設計之可接 受的測試棒型樣已被判定，且使用者可存取有關於棒型樣 -59- 200845045 設計之結果的報告（步驟S7 3)及/或使用修改核心中之該選 擇的棒型樣及/或獨特新燃料束類型設計工具（步驟S7 8)。 若限制被違反（步驟S71之輸出爲是）或限制未被違反 但存在最大功率未從棒型樣設計獲得之一指示（步驟S72 之輸出爲否），則使用者判定是否任何特性表示需要修改 順序策略（步驟S74)。表示修改新燃料束數量的需求之特 性可包含能量差額（energy shortfall)、具有可接受的能量 之範圍差額（margin shortfall)、及或因中斷日期改變所致 的反應性之損失。此外，若數個迭代的棒型樣設計改變已 被嘗試而沒有對目標函數的實際改良，則此係進一步的表 示：也許需要發掘替代棒型樣順序。 因此，若步驟S74之輸出爲是，則使用者可藉由再評 估所需新燃料束的數量、使燃料束數量下降如核心對稱所 需、及根據所修改的或衍生的測試核心載入型樣來載入該 核心，而建立修改的或衍生的核心載入型樣設計（步驟 S75)。步驟S75大致對應至第6圖之步驟6 04至607。 若沒有表示需要修改新燃料束數量之特性（步驟S74 之輸出爲否），則使用者可修改測試核心設計（步驟S76)以 建立衍生的核心設計。在根據上述之程序的建議來做出對 測試核心載入型樣的修改中，使用者可透過GUI 230來改 變核心載入型樣。 例如，使用合適的輸入裝置（滑鼠、鍵盤、觸碰螢幕 、聲音命令等）及GUI 230，設計者可對使用者期望移動之 核心設計中任何舊（或新）燃料束識別核心對稱選項、可選 -60- 200845045 擇這些”目標（target)”舊燃料束、及可選擇該核心設計之，, 目的（destination)”舊（或新）燃料束以由目標舊（或新）燃料 束取代。根據所需對稱（鏡向、旋轉等），該目標及目的燃 料束可被’’混洗（shuffled)”。此程序可重複以期望的方式再 載入修改的或衍生的測試核心設計之任何舊（或新）燃料束 混洗。 第24圖爲螢幕截圖’詳細顯示根據本發明例示實施 例之第23A圖的修改步驟S76。第24圖顯示使用者可用 的功能性，以對測試核心設計之核心載入型樣做出快速設 計修改。使用者可選擇燃料混洗頁2405且可選擇"燃料束 混洗（bundle shuffle)”工具列2410.，以顯示核心設計之部 份的螢幕2 4 1 5。於第1 3圖，2 4 2 0表示之舊燃料束係從燃 料束類型（IAT type 11)被改變成另一個（IAT type 12)。於 一範例’藉由選擇核心設計中之新燃料束、舊燃料束、並 選擇”SWAP”按鈕2430，舊燃料束可與新燃料束交換。螢 幕2 4 2 5所不之核心的部份可用顏色來編碼，以顯示每一 舊及新燃料束之各種暴露（GWD/st)。對應的顏色編碼鍵可 例如以2427表示。第24圖中項目的選擇可透過合適的輸 入裝置（例如滑鼠、鍵盤、觸碰螢幕、聲音啓動的命令等） 來進行。 這些核心載入型樣設計修改可被儲存於關聯式資料庫 250,例如3D模擬器輸入參數資料庫259。再參照第23A 圖’不管是否測試核心載入型樣係如步驟S 7 5或S 7 6所述 來修改，步驟S3 0-S 50可被重複，以判定是否衍生的核心 -61 - 200845045 設計符合所有限制（步驟s77)。此會變成迭代的程序。 第23B圖顯示根據本發明之迭代的程序。對於已被模 擬的步驟S70之每一衍生的核心載入型樣設計，使用者判 定是否有關經模擬的結果及限制（例如經計算的目標函數 値）間的比較之任何資料仍表示：有限制違反（步驟S 1 6 0) 。若無（步驟S 160之輸出爲否），則使用者已發展可接受 的衍生的核心載入型樣設計（其可使用於一特定反應爐）， 且可存取有關可接受的核心載入型樣設計之圖形結果（步 驟S 73)及/或使用該修改獨特新燃料束類型設計工具之經 選擇的衍生的核心載入型樣及/或如作爲回到該修改棒型 樣工具之輸入（步驟S78)。 若一迭代仍表示限制係被違反（步驟S1 60之輸出爲是 )’則於步驟S 70之修改子例行程序係迭代地重複，直到 符合所有限制，或直到在使用者所決定之可接受的範圍內 符合所有限制/獲得最大功率（步驟S 1 7 0)。該迭代的程序 是有益的，其讓使用者能精密地調整棒型樣設計，及或許 從可接受的棒型樣設計中取出甚至更多的能量（相較於傳 統手動迭代的程序之可能的作法）。再者，關聯式資料庫 伺服器25 0及一數量的計算伺服器400的結合促進計算。 第23B圖所示之迭代的程序可在極短的時間內完成，相較 於先前手動迭代的程序（一次改變一個參數然後執行反應 爐核心模擬）之幾週的時間。 如第18A及18B圖所示之修改棒型樣工具，第23 A 及2 3 B圖之功能亦可被重複超過N個不同核心載入型樣設 -62- 200845045 計，以一致地改良成符合所有使用者限制之期望的核心載 入型樣設計，以用於核子反應爐核心。 再參照第20圖，要最佳化迭代的核心載入型樣程序 ，使用者將選擇框2042打鉤來選擇最佳化燃料載入參數 。最佳化燃料載入選擇意指對一次及二次燃燒的燃料作出 最佳化判定。 如第21圖所示，使用者可選擇與給定最佳化限制 2 150相關聯之期望的最佳化限制（選擇框2152)，且可設定 每一最佳化限制2150之重要性2156(如上述之微小的 (minute)、低（low)、中（nominal)、高（high)、最大 (extreme))，每一選項相關聯於憑經驗地預定的懲罰權重 ，使得重要性越大，則預定的懲罰權重越大。 一旦以上選擇已被完成，計算伺服器400從關聯式資 料庫伺服器2 5 0擷取以上選擇並根據上述的一般定義及於 選擇程序期間所做的選擇來組構目標函數。所得經組構的 目標函數等於與該選擇的最佳化參數相關聯之信用成分的 和加上與該選擇的最佳化限制相關聯之懲罰成分的和。 如前所述，使用者可選擇靜態、結束懲罰（death penalty)、動態、及適應懲罰權重之可能的方法；提供使 用者靜態、動態、及適應信用權重之可能的方法；及相對 適應懲罰及信用權重的方法，如美國專利申請案第 1 0/246,7 1 8號所述。因此，第22圖之最佳化程序可接著 前進以判定可接受的衍生的核心載入型樣設計。 -63- 200845045 獨特的新燃料束類型設計工具（N-streaming) 根據來自修改核心載入設計工具之該接受的核心載入 型樣及來自修改棒形樣設計工具之該接受的棒形樣之其中 一或兩者，獨特的新燃料束類型設計工具可被重複，以判 定可被使用於期望的功率提升核心設計的新燃料束之不同 類型及/或位置（從新燃料束詳細清單爲可用的）。替代地， 使用者可使用方塊600所判定之原來測試核心設計來實現 此工具，以判定該設計中心燃料束類型之佈置與構成，並 輸出此設計至修改核心載入型樣及/或修改棒形樣工具之 一或兩者。 獨特的新燃料束類型設計工具（後文中稱爲ΠΝ-Streaming工具”）係詳細說明於共同讓與的美國待審查之' 專利申請案第 1 0/325,83 1號，申請人爲 DavidJ. Kropaczek et al·，申請日爲2002年12月23日，發明名 稱爲 ’’Method and Apparatus for Determining Nuclear R e a c t o r C o r e D e s i g n s ”。此工具係適於判定N獨特的新燃 料束類型於功率提升核心設計。雖然產生N-streaming的 測試核心設計之操作的順序爲第5至1 1圖所述的小修改 ，該測試核心設計係按照第1 3圖來模擬且目標函數値係 按照第1 4圖來計算。 至於該模擬，第13圖中的差別爲：於步驟S31，該 測試核心設計結合新燃料束類型之一特定獨特的子集，其 係被轉換成3D指令集。再者’從修改棒型樣工具之迭代 所判定之期望的控制葉片順序（棒型樣）（及基本核心載入型 -64- 200845045 樣（一次及二次燃燒的燃料束之佈置及組成、被評估之獨 特的子集以外的新燃料束））可被設定以用於測試反應爐核 心設計（且亦結合於3D指令集中），以用於待模擬之測試 核心設計。 第25圖爲流程圖，顯示根據本發明例示實施例之N-Streaming工具之功能性。如第11圖所示，步驟S5中反 應爐設備被選擇以供評估，且使用於該選擇的設備之測試 棒型樣設計的一模擬之限制係被界定（步驟S 1 0)。這些步 驟已於輸入方塊500中的功能所執行，但爲了清楚的目的 ，於此重複說明。如第5圖所示’客戶輸入的設備特定限 制（其可被組構爲該模擬的輸入變數之限制及該模擬結果 的限制）已被設定以用於該模擬。 具有初始新燃料載入型樣之測試核心設計接著被產生 (步驟S15)以用於該選擇的反應爐。例如，歷史的核心載 入型樣設計資料庫254可被存取以尋找最符合所界定的限 制之歷史的反應爐核心設計。若其與待供該選擇的反應爐 設備發展的核心設計有類似的核心尺寸及功率輸出定級 (rating)、具有類似的循環能量、且具有類似的操作效能 特性，則歷史的核心設計可爲付合的。 使用類似的歷史的設計作爲基礎（類似於第6圖所述） ，歷史的核心之總能量含量可被計算’且需要的能量含量 之差（例如根據消費者需求之來自所判定的核心設計之期 望的能量輸出）可被界定。歷史的核心及所期望的能量含 量之能量差應由新燃料組件的載入來供應。 -65- 200845045 因此，要產生參考核心設計，使用者應選擇（步驟 S20)新燃料束類型以用於參考核心設計，其可最符合待發 展之反應爐核心設計的能量需求（包含限制）。燃料束設計 可從新燃料束設計資料庫252選擇，其提供先前被建立及 模型化之許多新燃料束設計（或N流（streams))。 第26圖顯示燃料束選擇網頁2600之螢幕截圖。標題 爲"N-Streaming”，使用者可使用合適的輸入裝置（例如數 據機、鍵盤、指標（pointer)及類似物）透過GUI 23 0來叫出 網頁2600。複數個可選擇的新燃料束類型2605可被顯示 :這些燃料束已被模型化，故有關這些燃料束類型2605 之效能的資訊係爲使用者可容易地使用的。使用者接著可 藉由點選選擇框26 1 0來選擇待使用於參考核心設計的載 入型樣之期望的燃料束類型。 依該選擇的新燃料束類型，核心載入對稱係被產生， 如第6圖之步驟606所述。接著，於迭代的改良程序期間 ’測試核心設計之一或多個目前的新燃料束可用來一或多 個可選擇的新燃料束2605取代。該選擇可透過GUI 230 來執行’其提供使用者每一燃料束效能特性的槪要。一旦 "N-streaming”（該選擇的新燃料束）已被界定，依據步驟 S25及S3 0所述之循環程序係被啓動，從而對新燃料束執 行替代及分析之有系統的程序。 於一範例，在最外邊的等級（"外部迴圏（outer loop)，，） ，目前參考核心設計中之每一新燃料束位置係依順序被檢 查。由"經檢查的（examined)”，反應爐核心操作被模擬（步 -66- 200845045 驟S3 0)，類似於第13圖所述者，用於具有每一特定獨特 的新燃料束載入型之測試核心設計，且N - s t r e a m s (獨特 的燃料束）的效能特性係被檢視，以判定是否測試（或衍生 的）核心設計最能符合待發展的反應壚核心設計之功率提 升能量需求。於最內邊的等級，從網頁2600選擇的每〜《， 代替（replacement)’’新燃料束2605係於每一燃料位置檢查 (S3 5)。此程序期間，於參考核心設計之目前的新燃料束 係用每一新"N-streaming1；f燃料束2605代替。 如上所述，反應爐操作係於含有一或多個選擇新燃料 束之測試核心設計被模擬（步驟S3 0)，以產生複數個經模 擬的結果或輸出。代替及模擬之迭代的步驟係被重複（步 驟S3 5之輸出爲否），直到所有經選擇的新燃料束已被插 入每一燃料位置且每一衍生的核心設計已被模擬（例如步 驟S3 5之輸出爲是）。一旦離開內及外迴圏，所有經選擇 的新燃料束2605至每一新燃料束位置之取代因此而完成 〇 上述之迭代的改良程序是有益的，其讓使用者對於核 心設計能精密地調整新燃料載入型樣，及或許從可接受的 核心設計中取出甚至更多的能量（相較於傳統手動迭代的 程序之可能的作法）。再者，關聯式資料庫伺服器2 5 0及 一數量的計算伺服器4 0 0的結合促進計算，使處理時間從 數週降低至數小時。 模擬的輸出係根據限制來排列（步驟S4 0)，如第14圖 所示。若期望的話，使用者可顯示有關每一輸出的資料。 -67 - 200845045 此讓使用者能對照參考核心設計做出比較來判定是否有任 何改良，其中改良可根據例如不超過定義的限制、或符合 特定能量需求來界定。 若最高等級的輸出爲改良（步驟S50之輸出爲是），對 應至該最高等級的輸出之核心設計被設定（步驟S80)爲具 有儲存於關聯式資料庫25 0(例如模擬器結果資料庫25 5)中 的結果（步驟S90)之新核心設計（且可供輸入以用於核心載 入工具或棒型樣工具之迭代，以精製該設計）。此完成迭 代的改良程序之單一迭代。 步驟S25、S30、S40、S50(包含步驟S30至S9 0)係被 重覆（例如N個迭代），而每一 ”改良（improvement)”變成用 於後續迭代之新參考核心設計。該界定的限制可應用至N 個迭代中的每一個之參考核心設計。對於給定迭代，若最 高等級的輸出沒有改良，則迭代程序係完成，且有關該參 考核心設計之資料（由於其爲最高等級的設計）可被顯示及 由使用者解譯（步驟S60)。該資料可提供使用者經模擬的 核心中的哪些位置對於限制違反爲最大的違反者或最大的 貢獻者之指示。於步驟S60，使用者可傾向啓始修改子例 行程序（步驟S70)，類似於第18A-B圖及第23A-B圖所述 。於一範例，此可爲選項步驟，因爲用於大功率核心設計 之棒型樣及核心載入型樣可已被判定及設定，除用精密調 整新燃料束之位置及/或組成之外，以達成可接受的功率 提升核心設計。 如上所述，依修改棒型樣及修改核心載入工具，程序 -68- 200845045 的建議可被使用者存取。即使具有期望的N流的新燃料束 之測試核心設計符合所有限制（客戶輸入的設備特定限制 、設計限制、熱限制等），使用者可驗證：任何對一特定 限制爲過多的範圍係被轉換成額外的能量。此外，下列邏 輯陳述可表示對於測試或衍生的核心設計之用於新燃料載 入型樣之以上程序的建議： _ 對能量有益的動作 • 若CPR(Critical Power Ratio)範圍太低（朝向核心周界 )，則使較多的反應的燃料朝向核心中央 • 若在 EOC 有 NEXRAT(Nodal Exposure Ratio，一種熱 範圍限制）問題，則移動較多反應的（例如較少暴露的） 燃料至問題區域 • 若在BOC於核心周界有SDM(shutdown margin)問題 ，則使較少的反應的燃料朝向周界 對能量有害的動作 • 若在EOC之CPR範圍太低，則移動較少反應的燃料 至問題區域內 • 若在EOC之kW/ft範圍太低，則移動較少反應的燃料 至問題區域內 將過多的範圍轉換成額外的能量 • 若在EOC之核心中央有多的CPR範圍，則從周界區 -69- 200845045 域移動較多的反應的燃料至核心中心 由目標函數計算所得之資料可顯示爲一列表的限制（ 具有標示的違反者），如第1 5圖及表〗所示。使用者可再 次被展示圖形的顯示（如第16至17B圖所示），以檢視具 有獨特的新燃料載入型樣於特定限制或參數之核心設計的 效果’以指示該使用者於測試核心設計之新燃料位置可能 需要修改。 第27A及27B圖爲流程圖，顯示根據本發明之bistre ams (獨特 的燃料 束類型 ）的修改 。這 些圖 式中所 描述的 功能係類似於第18A及18B圖或第23A及23B圖，且因 此，使用類似的表示符號以在後文清楚表現不同之處。 如前所述，關於修改棒型樣工具，使用者可針對此修 改子例行程序的每一迭代，藉由圖形的使用者GUI 23 0之 助，或修改子例行程序可被執行於最佳化演算法的範圍內 ，其對於一數量的棒型樣設計迭代自動地重複模擬、目標 函數的計算、及目標函數計算之結果或値的評估。 參照第27A圖，藉由於步驟S60解譯資料，使用者可 傾向啓始修改子例行程序（步驟S 70)。實際上，原有測試 核心設計將不會是可接受的設計，且若迭代的改良程序無 法提供使用者可接受的核心設計（例如不應違反的特定限 制仍於每一迭代違反之情形），則可能需要修改的子例行 程序。 關於修改棒型樣工具，使用者可針對此修改子例行程 -70- 200845045 序的每一迭代，藉由圖形的使用者GUI 23 0之助，或修改 子例行程序可被執行於最佳化演算法的範圍內，其對於一 數量的棒型樣設計迭代自動地重複模擬、目標函數的計算 、及目標函數計算之結果或値的評估。 根據顯示的資料，使用者判定是否任何限制被違反（ 步驟S7 1)。若沒有限制被違反，則使用者判定是否任何識 別符表示最大功率的特性係從核心設計（亦即，良好熱範 圍使用（例如MFLCPR及LHGR的範圍）之一指示）獲得， 其係藉由移動燃料以最大化鈽（plutonium)產生以供循環延 伸，或其中最小E0C特徵値係對於待使用於燃料循環（特 徵値搜尋）之核心設計而被獲得，或期望的循環長度係以 固定的EOC特徵値被判定。 若有最大功率已從核心設計獲得之一指示（步驟S72 之輸出爲是），則具有期望的新燃料載入型樣之可接受的 核心設計已被判定，且使用者可存取有關核心設計之結果 的報告（步驟S73)及/或使用修改棒型樣設計工具中之該選 擇的新燃料載入型樣及/或作爲回到該修改核心載入型樣 工具之輸入（步驟S78)。 若限制被違反（步驟S71之輸出爲是）或限制未被違反 但存在最大功率未從棒型樣設計獲得之一指示（步驟S72 之輸出爲否）’則使用者判定是否對目前參考核心設計做 出新燃料載入型樣修改（步驟S74)。對新燃料載入型樣進 行修改時’且根據以上之建議，使用者可透過第24圖所 述之GUI來改變新燃料束載入，例如藉由識別待移動的測 -71 - 200845045 試核心設計中之任何可能新燃料束的燃料束對稱選項，及 選擇”目標（target)”新燃料束，其中該目標燃料束係待移動 。經識別的目標燃料束根據所需對稱（鏡向、旋轉等）接著 被混洗（shuffled)。此程序可用期望的方式對再載入核心參 考型樣所需之任何新燃料束混洗重複。再者’測試核心設 計修改可被儲存於例如模擬器輸入參數資料庫25 9。 使用者可重複步驟S30至S50(步驟S75)，結合設計 修改。所得最高等級的輸出建立新參考核心設計，其中可 重複第25圖之迭代的改良程序。換句話說，步驟S30-S50 可被重複以判定是否衍生的核心設計符合所有限制（步驟 S7 5)。此可變成迭代的程序，如上所述。 參照第27B圖，於步驟S70之修改子例行程序係迭代 地重複，直到符合所有限制，或直到在使用者所決定之可 接受的範圍內符合所有限制/獲得最大功率（步驟S170)。 第27 A及27B圖之功能可被重複超過N個不同新燃料載 入型樣設計，以一致地改良成符合所有使用者限制之期望 的新燃料型樣設計，以用於核子反應爐核心。假設用於舊 燃料及棒形樣之核心載入型樣已被設爲符合大功率操作之 限制，此精密調整判定期望的新燃料載入型樣，其可具有 舊燃料及棒形樣設計，產生報告予消費者之功率提升核心 設計（第4圖之方塊1100)。 再次參照第20圖，對於最佳化迭代的N-streaming程 序，使用者檢查選擇框2042以最佳化燃料載入及最佳化 燃料束選擇參數，並選擇期望的最佳化限制2 1 5 0及設定 -72- 200845045 每一最佳化限制2 1 5 0之重要性，如第2 1圖所示。一旦完 成以上選擇’計算伺服器400從關聯式資料庫伺服器25 0 擷取以上選擇，並根據上述一般定義及選擇程序期間所作 的選擇來組構目標函數，而根據第22圖之最佳化程序可 接著進行，以判定具有期望的新燃料載入型樣之可接受的 衍生的核心設計。 因此’ N-streaming工具允許待使用的新燃料束載入 型樣設計（例如ΠΝ流"）之任何數量或結合，以判定符合已 由一使用者輸入之用於大功率操作的複數個限制之可接受 的核心設計。因此，所判定的功率提升核心設計可包含例 如Ν個新燃料束解法於其中。 對照目前反應爐核心設計（其典型利用最多一或兩個 新燃料束類型（亦即，一或兩個流解法）），任何數量或結合 的新燃料束載入型樣設計（用於新燃料束之位置或類型）（例 如”N streams”）可被利用，以判定期望的新燃料束以用於 核心設計中的替代。於一範例，N-streaming方法可被使 用以判定符合用於具有N獨特的新燃料束類型（N Streams) 之大功率操作的限制之核心設計，其中N等於或超過2個 獨特的新燃料束類型（N 2 2)。 因此，如此處所述，每一個棒型樣、核心載入型樣、 及獨特的新燃料束類型設計工具可藉由該使用者被連續地 重複及/或一起並可提供反饋至一或兩個其他工具，直到 所有棒（控制葉片）、舊燃料及/或新燃料改變已於該測試核 心設計中耗盡及/或一給定π候選（candidate)”修改的測試核 -73- 200845045 心設計符合大功率操作之每一限制組。 對於每一個自動化工具’用以對照輸入限制來評估測 試核心設計之所選擇的自動化工具操作或迭代最少包含根 據該等限制以該測試核心設計來執行反應爐操作的模擬， 以產生複數個模擬結果，這些輸出係對照該等限制來比較 。表示模擬期間由該測試核心設計所違反之限制的資料可 藉由程序的建議來實現已修改一或多個棒型樣核心載入型 樣及/或核心設計中之獨特的新燃料束類型組成。一個、 一些、或所有的自動化工具被實現及迭代地重複，直到測 試核心設計被判定，其符合所有大功率操作之限制。此設 計因此表示可接受的功率更新核心設計。 如上所述，該比較包含組構目標函數以產生對應的目 標函數値以用於使用該目標函數之每一輸出。目標函數値 係根據該等限制來評估，以判定哪一輸出違反限制。根據 程序的建議及/或藉由使用者的選擇，使用者接著可透過 GUI 230修改該測試核心設計，以建立衍生的反應爐核心 設計。可進行修改以控制葉片替代（修改棒型樣設計工具） 、舊燃料替代（修改載入型樣設計工具）、新燃料束類型組 成及替代（N-streaming設計工具）、及重複模擬以評估是否 給定衍生的測試核心設計中有任何的效能改良。 參照第4圖’若在所有工具已被迭代且所有棒（控制 葉片）、舊燃料及新燃料束改變已被耗盡之後，方塊5 〇〇 之一或多個限制仍未被滿足，則使用者可能需要對舊燃料 做出整體的（global)改變，以再載入於方塊600及再載入 -74- 200845045 測試核心（根據新舊燃料載入型樣），如第8及9圖所示。 如前所述’若在所有修改（於方塊700)已被耗盡之後仍存 在限制違反，則使用者可回到方塊6 0 0並評估是否來自燃 料池詳細清單之所有舊燃料束已被使用。使用者可改變待 被再載入於核心設計之舊燃料束（如第8及9圖所示），以 用例如第9圖之過濾視窗從燃料池存取不同結合的舊燃料 束。 若來自方塊5 0 0之一或多個限制仍未被符合，則該使 用者會被導引回去核心載入方塊6 0 0中的程序並修改原始 燃料載入模板（包含改變舊及新燃料束替代），以改變該模 板之位置以供從現有的詳細清單中選擇之不同的舊及/或 新燃料束之插入）。一旦做出這些修改，則修改的或衍生 的核心設δ十可使用方塊700之一'個、一^些、或所有的自動 化工具被再評估，直到所有限制已被符合及/或於其可接 受的範圍內。 若使用者所實現之範例方法已產生可接受的功率提升 核心設計（其符合該等限制及/或在可接受的範圍內），且使 用者已接收對應至可接受的功率提升核心設計之該資料及 設計參數（例如經由合適的報告及圖形表示）（於方塊1100) ，則該設備操作者及/或員工可在下一排程的中斷根據該 接受的設計來修改實際被評估的反應爐核心，以達成符合 NRC許可要求之期望的增加的熱輸出。 然而，使用者或設計師期望使用最新的實際核心操作 條件以精密地調整設計，並測試該核心之每一循環（於實 -75- 200845045 現方塊1200)。於實現方塊之功能可被理解爲執行暴露會 計程序（稱爲核心追蹤例行程序）以得到實際條件及線制、 使用該接受的功率提升核心設計來執行經修改的範圍分析 以判定用於功率提升的限制之經修改的範圍。經修改的範 圍及實際操作條件與限制可結合爲”線上操作最佳化例行 程序（online operations optimization routine)”。此功能結 合修改棒型樣工具及關聯的模擬、使用目標函數之評估及 修改棒型樣之迭代，其係使用第22圖之最佳化例行程序 。已說明這些功能’現在將針對實現方塊1 200之核心追 蹤及修改的範圍判定功能來說明。 核心追蹤 第28圖爲流程圖，顯示核心追蹤功能之細節。典型 地，於待評估的反應爐設備之處理電腦具有從該核心於特 定時間（例如每天）記錄資料（操作及限制資料）之處理電腦 。此經記錄的資料被以特定格式（根據使用的核心監視程 式）寫入暴露會計檔案（文字檔）。已知的核心監視程式使用 兩種主要的格式：3DM格式及PowerPlex格式。 根據此核心追蹤功能，這些暴露會計檔案可透過防火 牆從該設備的處理電腦傳送至系統1000內之drop box或 電腦（例如主處理器2 1 0)，待儲存於記憶體（亦即例如於關 聯式資料庫伺服器250之期望的位置）。用於該設備每一 循環之暴露會計檔案（至目前爲止）可被儲存以供儲存於伺 服器250，例如於伺服器250內之整體暴露會計資料庫。 -76- 200845045 參照第28圖，使用合適的輸入裝置（例如鍵盤、滑鼠 、觸碰’螢幕、聲音命令等）及GUI 2 3 0，使用者可啓始核心 追蹤操作（2 810)並藉由選擇網頁上給定的圖像來選擇新暴 露會計以用於感興趣的設備（2820)。使用者被詢問建立新 暴露會計情形（283 0)。於28 3 0，新對話框顯示於顯示器且 使用者被提示鍵入輸入（例如循號號碼、循環開始日期）並 啓始一總結（wrapup)操作，其中包含該設備所有循環之總 結檔案係從伺服器25〇中之暴露會計資料庫被複製到暫時 的目錄’以供使用者存取。新循環ID策略ID可被建立以 用於新情形，而來自該等輸入之資訊係寫入至該資料庫。 新暴露會計情形係準備好接受暴露資料。使用者接著在感 興趣的循環對該情形選擇暴露會計檔案（2840)。每一檔案 可被輪流處理。於2840，使用者可被提示加入暴露會計檔 案及瀏覽暫時目錄，以選擇及上傳該期望的檔案。 每一檔案接著被解析（2 8 5 0 )，該解析的#或解開的 (extracted)檔案被送至暴露會計資料庫。所有檔案係待被 解析（用無錯誤的方式），因此，有一錯誤檢查例行程序， 其通知使用者哪個檔案在解析操作中有錯誤，及錯誤的理 由。例如，於解析操作中，來自每一暴露之經解析的資料 係保持於記憶體，以允許排序及錯誤檢查。以下列出範例 會計資料（包含但不限於）：核心名稱、日期及時間、功率 、流量、子冷卻（sub-cooling)、核心頂壓力（core dome pressure)、用方令 LPRMs(local power range monitors)之經 測量的資料（例如 MFLCPR，MFLPD，MAPRAT(MAPLHGR)) -77- 200845045 、控制葉片（棒）的位置、軸相對功率（核心平均放射功率分 布）及供水流量（feedwater flow)。 該解析的暴露資料係根據暴露來排序並檢查以下所列 者：（i)來自正確設備的所有暴露，（ii)來自正確循環之 所有暴露，（iii)日期及暴露總是增加，（iv)暴露不晚於 EOC日期，（v)暴露檔名不存在，（vi)額外的錯誤檢查 (checksum)。當沒有發現錯誤時，該解析的資料寫入該資 料庫，但被複製於伺服器250，使其可透過GUI 230來檢 視。 接著使用該接受的功率提升核心設計執行模擬（（2860) ，此範例中，可爲PANAC模擬器）（使用單一暴露會計檔 案之該解析的資料），並儲存（2 8 70)於伺服器25 0中的暴露 會計資料庫。該模擬所輸出的資料係透過GUI由使用者讀 取（28 8 0)，接著下個檔案被上傳（2890)(依283 0至2880之 例行程序）。因此，核心追蹤功能允許於感興趣的給定循 環中來自所有暴露之會計資料儲存於伺服器250中。 對更新的核心設計修改限制的範圍 傳統上，對操作限制之給定線上範圍（實際設備）及給 定離線範圍（對感興趣的實際設備模擬之虛擬或模型的核 心）判定之間的差存在。如後文中所使用者，操作限制稱 爲熱、反應性及/或有關功率的操作限制。這些差迫使設 備操作者需要對操作限制之額外的範圍，以確保無錯操作 -78 - 200845045 額外的範圍典型藉由對操作參數做改變及/或藉由不 同棒型樣的選擇及佈置來獲得。然而，此改變之代價典型 爲功率或燃料循環效率的損失。再者，"較所需要者爲多 (larger than needed)"範圍需求於該設備具有不利的經濟影 響。爲了對這些差做出保護，工程師已開發標準設計範圍 或歷史的設計範圍（其係待被使用以說明或掩護”（cover)” 這些差）。 然而，這些標準設計範圍較佳爲未加工的（crude)。有 時，歷史的需要的設計範圍爲不適當的，導致操作期間控 制棒的操縱，以重新獲得損失的範圍。若棒型樣改變沒有 減輕或修正該錯誤，則設備已知必須降級（de-rateK較低的 功率產生）。任一解法係極度地耗費燃料循環效率且可造 成百萬元的損失代價。此外，歷史的設計範圍係偶而不適 當地保守，從而導致可能的燃料循環效率之減少。 對於例示功率提升核心設計，經修改的範圍甚至對於 適當的設備操作更爲關鍵。因此，第2 8圖所示之核心追 蹤資料可結合該接受的功率提升核心設計使用，以模擬反 應爐核心操作並判定該等限制之經修改的範圍，包含用於 操作核心超過額定的熱輸出之限制。 第29圖爲流程圖，說明判定給定操作限制之經修改 的範圍之方法。該例示方法係說明於共同讓與的美國待審 查之專利申請案第1 1/3 20，919號，申請人爲William Earl Russell，II，et al·，申請日爲2005年12月30日，發明名 稱爲"Method of Determining Margins to Operating Limits -79- 200845045 for Nuclear Reactor Core Operation”。’ 919 號申請案說明 範圍判定之相關部分係倂入於此做爲參考。 一般而言，儲存於伺服器250之暴露會計檔案中的資 料可被使用以對特定循環模型化待評估的線上反應爐設備 ，於循環之目前暴露匹配（matching)操作參數，以執行該 接受的功率提升核心設計之離線模擬（例如可執行的3D模 擬器程式，例如 PANACEA，LOGOS，SIMULATE，POLCA) ο 該模擬提供包含給定操作限制之預測的範圍之結果（ 於感興趣的循環中對於提升的核心設計），後文中可稱爲” 預測的相關變數資料（predicted dependent variable data)" 。該預測的相關變數資料可被儲存於伺服器250，且亦被 提供予計算處理器400，其係待被使用以判定給定操作限 制之經修改的操作範圍。 一旦該範圍値已被計算，此資料可被處理器400使用 以對待評估的線上設備判定經修改的操作參數，且可在設 備與設備操作者進行通訊，以在目前暴露（於操作或能量 循環之時間）或在該設備之目前操作循環中的未來點改變 操作參數（亦即，控制棒順序、核心流量、功率位準等）。 這些範圍計算可在任何期望的頻率被連續地或週期性地執 行，以最大化設備效率之效果。 參照第29圖，於例示方法2900，於目前操作循環期 間，操作條件及監視的參數被存取（從待處理電腦評估的 操作設備）且被儲存至資料庫2 5 0。此資料係被傳送至系統 -80 - 200845045 1 000(如第28圖所示）且待評估的設備中之所有暴露會計檔 案（對於感興趣的循環）係被建立及儲存於關聯式伺服器 250內之暴露會計資料庫。 對於暴露會計檔案，例示不相關變數（亦即，棒型樣 、操作條件（例如反應爐功率及核心流量）、設備組態、機 械條件、核心條件、濃化及釓性質、循環暴露等）係儲存 至暴露會計資料庫，以使任何模擬偏差及核心組態間之可 能的趨勢相關聯。同樣地，所有監視的結果或相關變數資 料（例如 MFLCPR(Maximun Fraction of Limiting CPR)、 MFLPD、MAPLHGR、冷關機範圍、有關反應性的參數（例 如Hot Eigenvalue等））及對這些操作限制之預測的範圍亦 被儲存至資料庫伺服器250。 因此，藉由第2 8圖之核心追蹤例行程序從處理電腦 擷取的設備操作條件可理解爲不相關的變數，而由處理電 腦所擷取之監視的或經測量的操作限制資料（熱及有關功 率的限制及其範圍）爲實際的相關變數資料。因此，這些 不相關及相關變數從目前操作循環中之一或多個暴露點可 被儲存於資料庫伺服器250。 依上述儲存於資料庫伺服器250之資訊，反應爐模擬 輸入檔案可被建立或製備。該模擬輸入檔案使用相同的不 相關變數（如上所述）且可被儲存於電子檔案格式（亦即， ASCII)，其可由該識別的核心模擬軟體程式（離線模擬器） 所認出（recognize)。一旦輸入檔案係製備，該離線模擬器 執行其程式（2920)以模擬設備離線之反應爐操作並產生模 -81 - 200845045 擬器輸出。模擬器輸出爲相關變數的預測，稱爲預測的相 關變數資料。該預測的相關變數資料可被理解爲未來結果 之名義上的評估，且因此可被使用以計算操作範圍之名義 上的評估，但不考慮任何預測之不確定性。 理想地，離線模擬的相關變數（例如 MFLCPR、 MFLPD、MAPLHGR等對限制之預測的範圍）及從設備操作 之測量的或實際的相關變數資料（MFLCPR、MFLPD、 MAPLHGR等之實際範圍）將爲相同的。然而，由於數個（ 或更多）以上所識別的因素，這些典型皆不是。此時，該 預測的相關變數資料係對於有關於預期的EOC之時間（暴 露）被標準化（2930)。換句話說，該資料係藉由計算處理器 400 來標準化，於 BOC 至 EOC，O.O(BOC)至 l.O(EOC)之 時間範圍。依此方式進行，經標準化的預測的相關變數資 料可用來自許多其他設備循環的反應爐模擬之結果（例如 經標準化的歷史的相關變數資料）來評估，該標準化的資 料係儲存於資料庫伺服器250。 關聯式資料庫伺服器250包含反應爐模擬之實質集合 (於子例行程序資料庫255、257、259)，且因此，包含實 質量的歷史的相關變數資料（來自其他反應爐設備中之操 作循環反應爐模擬）。例如，因受讓人已提供燃料及工程 服務（大約30BWR’s)超過20年，故約400個完整暴露耗 盡循環爲可用的（給定平均循環長度爲約1 .5年）。對於評 估核子反應爐的操作，400個操作循環的資料的集合爲顯 著的資訊之集合。 -82- 200845045 此資訊可由本發明之例示方法所利用及用於從中所得 的預測。例如，如步驟230之部分，處理器400從具有類 似設備組態之設備擷取歷史的模擬資料。此歷史的相關變 數資料亦被對於時間（0.0至1·〇範圍）標準化以用於評估’ 亦可利用任何其他標準化的範圍，如熟悉該項技術者所能 明白者。 當所有此資料已被對時間（暴露）標準化時（使得所有資 料範圍從〇至l(0.0 = BOC，1.0 = EOC))，一些對於各種儲存 的操作循環之操作策略係不相似。因此，期望能過濾資料 庫伺服器25 0中循環資料之較大的集合，以收集最類似於 待評估之特定設備的設備操作樣式之資料的子集。 過濾參數可包含（但不限於）：循環長度、功率密度、 平均釓濃度、流策略、載入策略等。因此，經過濾的歷史 的資料結合來自類似設備操作樣式之資料。以上過濾程序 之結果，預測的不確定性會變得更小，且可被使用以改良 燃料循環效率。 同樣地，亦期望能利用最小平方（least squares)、類 神經網路、或任何其他趨勢擷取數學來提供以上連續的變 數之相關聯。依此方式，較大的資料集可被結合且整體趨 勢可被包含，可能導致預測的不確定性中之進一步的減少 ，且可被使用以改良燃料循環效率。 第3 0圖爲根據例不方法之經校正的時間相關偏差之 圖式，對於給定操作限制對上經標準化的時間，以說明時 間相關平均偏差値的計算。第31圖爲根據例示經修改的 -83- 200845045 範圍判定方法之時間相關不確定性對上經標準化的時間之 圖式，以說明時間相關不確定性値的計算。 一般而言，經標準化的歷史的相關變數資料將由處理 器400使用，以計算時間相關平均偏差，其將提供預測的 期望的偏差於該循環之所有未來時間，以用於計算爲設備 之離線模擬的結果之預測的相關變數資料（例如給定操作 限制之給定範圍）。 第30圖，顯示具有類似設備組態之設備的30個識別 操作循環之時間相關偏差曲線。此資訊係藉由處理器400 從資料庫伺服器250擷取。對於待評估之每一歷史的循環 ，用於歷史的相關變數資料之偏差値係已知且已被預先計 算（並儲存於資料庫伺服器250)。對於給定儲存的歷史的 操作循環，於給定暴露點之該已知的偏差値表示對於給定 歷史的循環之該暴露點之經測量的及該預測的操作限制間 的差。 一旦該選擇的資料已在〇.〇至1.〇(此處的資料爲對於 每一歷史的操作循環之每一歷史的相關變數資料之所有暴 露點之已知偏差値）間被收集達所有30個循環，該資料被 校正，其係相關於目前時間，於待評估的設備之操作循環 操作，例如於待評估的循環時間點。 例如，參考第30圖，若設備的循環操作2910約爲 10%完成（t = 0.10)，於所有時間間隔之所有資料（所有偏差 値）應被向上或向下校正，直到該値於t = 0.1〇係於y軸（經 測量的最小預測的相關變數之比率）被設爲零。>0· 1 0之 -84- 200845045 後的偏差値的校正可被調整以修正該校正。第30圖顯示 多個曲線（30個曲線）如何被校正於t = 0.10。然而，以上範 例利用加減法（addition-subtraction)來識別校正以設定値 爲零於 t = 0.10，校正亦可利用乘除法（multiplication-division)來 設定値 爲一於 t=0.10。 利 用加減 法或乘 除法的 校正可由提供未來不確定性的最小預測之數學程序來選擇 〇 如第30圖所示，所有線通過零於t = 0.10。這是因爲 於任何給定時間（此範例爲t = 0· 10)，離線模擬結果（預測的 範圍）及操作設備測量的結果（給定操作限制之實際的範圍） 有一已知正確的偏差。由經校正的曲線，兩個時間相關曲 線係被判定。首先，藉由平均所有未來資料（t>0.10)，時 間（暴露）相關偏差値被判定（2940)。於以上範例中，資料 有點隨機且對於所有未來時間之時間相關偏差約爲〇.〇。 於第3 0圖，此時間相關偏差値係顯示爲曲線3 00，其爲每 一評估的暴露點t = 0.1(目前時間）及t=1.0(未來時間）間之 30個曲線的偏差値之平均。 因此，要計算時間相關偏差値（曲線3 00)，經標準化 的歷史的相關變數資料被校正以於設備的操作循環中迫使 已知的偏差値至目前的暴露點。時間相關平均偏差値係藉 由於每一暴露點平均標準化的歷史的相關變數資料之所有 偏差値來判定，如自待評估的設備中之目前的暴露點校正 者。 接下來，如第3 1圖所示，判定時間（暴露）相關不確定 -85- 200845045 性。此係藉由在所有大於目前時間之時間（本範例爲所有 大於t = 0 · 1 0之時間）計算標準差來判定。時間相關不確定 性曲線的一範例係顯示於第31圖。第31圖之曲線表示於 第30圖之時間相關偏差曲線3〇〇中每一暴露點之標準差 。於第3 1圖，可看到大致拋物線形狀的曲線表示偏差値 之不確定性隨時間往上走。因此，若設計師知道在循環的 任何點（過去或現在），例如於t = 0.2，則該曲線可被使用以 在該循環的任何其他未來時間對該預測的相關變數資料預 測該偏差値之不確定性。藉由詳細學習第3 0及3 1圖之曲 線，可作出一觀察。此爲正確且簡單的相關聯，其有關隨 機系統與時間之所有的不確定性（以”σ”表示）。若該系統的 不確定性σ係於任何點爲已知（範例t = ref)，則任何其他點 的不確定性σ可藉由下列（1)之方程式組來計算： ^met=crref[tt^eJtref]m 或寫成

或寫成 tzrget^ref

(1) (1)的最後方程式顯示使用以對於模型化的不相關變數 測量的-至-預測的（measured-to-predicted)系統判定所需的 未來相關變數不確定性之關係，於（1 )，期望的不確定 性之期望的時間，Q =系統的不確定性爲已知之參考時間 /二參考時間（W)之參考不確定性，=期望的時間 (Qw)之期望的不確定性。如（1)之最後一個方程式所示， -86- 200845045 相關時間因此等於相關不確定性而相關不確定性等於相關 時間。因此，此關係的利用可提供未來不確定性的判定。 於是，給定所需之未來時間的量（亦即，下一控制葉片順 序間隔）及來自參考時間的資料，可判定所需未來不確定 性之良好評估。此資訊的結合可提供最大燃料循環效率同 時提供無事件（event-free)操作。 延伸電腦實驗已被執行以確認方程式（1)爲正確，當用 於核子反應爐之不確定性曲線的數量增加到無限大。 第32圖爲一圖式，有助於說明對於給定操作限制的 範圍是如何根據時間相關偏差値及時間相關不確定値來計 算，以滿足設定待評估的設備之風險容忍（risk-tolerance) 位準。 現已判定時間相關偏差（2940)及時間相關不確定性 (29 5 0)，此資訊可被使用以判定給定操作限制（2970)之所 需或修改的範圍。此計算係根據對待評估的設備獲得風險 容忍位準。

風險容忍位準可被理解爲符合消費者的反應爐設備之 操作限制之期望的可預測性，或換句話說，在給定目前操 作循環期間沒有發生在設備的事件之機率。例如，若歷史 的資料點的數量爲大（例如大於30)且消費者想要用固定的 棒型樣於循環操作的第一個順序操作其核子反應爐之給定 的機率（亦即，90%、95%、99%、99.9%等），則第32圖的 範圍將爲需要的。其中較小組的歷史的資料點係被使用或 特定信任等級（confidence level)係需要的，已知爲機率K -87- 200845045 値之乘法常數（multiplier constants)應使用適當的信任修 正。 第32圖中（t = 0)，曲線A表示任何所需熱或功率有關 結果（MFLCPR、MFLPD、MAPLHGR等）之實際操作限制。 此爲該設備的操作期間不應被超過的線。曲線B表示所需 設計目標以確保沒有在任何未來時間違反操作限制。若消 費者想要確保操作的第一個順序（t = 0至t = 0.1)將不需要任 何棒型樣修改，其將利用所需範圍預測（於t = 0.1)。 第32圖中，0.971之設計目標操作限制將提供足夠的 範圍以確保（99%的機率）將不會需要棒調整（見曲線C於 t = 0.1)。同樣地，於第32圖，0.953之設計目標將被需要 以確保（99.9%的機率）將不會需要棒調整。99.9%表示消費 者對此”非事件（n on-event)”之風險容忍等級。 因此，機率値或風險容忍等級係被使用以判定乘法常 數K，其將乘以時間相關不確定性σ，或，其中 %係給定時間點之已知參考不確定性，其提供於該循環中 任何點之不確定性的預測。任一情形中，消費者特定或設 備特定解法可被容易地判定。 多數情形中，根據期望的符合操作限制之可預測性來 判定操作範圍可提供額外的範圍以用於較大的操作彈性及 較高的燃料循環效率（高於曲線D之歷史的設計目標限制） 。於任何情形，例示方法可反映更有知識的計劃以用於反 應爐操作。 根據處理器4 0 0於2 9 7 0之修改的範圍計算’設計師 -88 - 200845045 接著可使用處理器400來修改設備操作參數（2980)’不論 手動（手動計算）或使用最佳化例行程序，以判定期望的棒 型樣、核心流量、功率位準等。任何建議的改變可被轉交 予待評估的設備之操作者以在目前循環期間改變操作條件 (若需要或期望）。 參照第4圖，一旦第28圖之核心追蹤例行程序及第 29至32圖之修改的範圍判定例行程序已被完成’則如上 所述之修改棒型樣工具可被迭代於感興趣的循環（用於該 接受的功率提升核心設計）’其係使用該修改的範圍及由 核心追蹤及修改的範圍例行程序所判定之目前的操作條件 。因此，方塊500中之限制被更新’且模擬、評估及可能 棒型樣修改子程序係被執行，直到已符合所有限制及/或 在使用者或設計師所判定之可接受的範圍內。再者，方塊 1 200中的程序步驟12a-c可被重複（方塊1 3 00)(對於每一 能量循環），直到所有能量循環已對於該接受的功率提升 核心設計被評估。 因此，根據例示實施例，提供一方法及系統以設計用 於增加的功率操作之核子反應爐核心。該系統包含一 GUI 及程序，以模擬一測試初始反應爐核心設計於提升的功率 環境。有關以大於其目前許可的功率位準之100%來操作 反應爐核心之要求的限制係由使用者透過GUI來輸人，且 一初始測試反應爐核心設計係根據該等限制而產生。使用 者接著可選擇一或多個自動化設計工具以修改棒型樣（控 制葉片型樣）、核心載入型樣及期望的獨特的新燃料束類 -89- 200845045 型（新燃料載入型樣），以符合功率提升需求。 對於每一工具，使用者啓始一反應爐模擬並使用一目 標函數以判定經模擬的修改的核心設計有多符合該等限制 。透過該GUI，使用者接著可修改一給定核心設計（燃料 束設計、控制棒替代、舊或新燃料替代等的改變），並重 複模擬以估計衍生的反應爐核心設計之效能改良。該修改 、模擬、及評估功能可被迭代地重複，直到一核心設計符 合所有限制（包含對於大功率操作的限制），以用提升的或 在使用者及/或消費者可接受的給定限制之範圍內的功率 ，來操作基於可接受的功率提升核心設計而載入的反應爐 〇 如所期望者，使用者可實施核心追蹤功能及修改範圍 判定功能，以根據該目前的設備條件及其操作之功率提升 要求來修改該接受的功率提升核心設計。在操作限制（熱 、功率等）之修改的範圍之判定後，該修改棒型樣工具可 被迭代以確認具有該修改的範圍之該功率提升核心設計（ 以超過其額定熱輸出來操作）仍符合所有操作限制。根據 該接受的功率提升核心設計’該設備操作者及/或員工可 接著在下一排程的中斷修改其反應爐核心，以達成符合 NRC許可要求之期望的增加的熱輸出。 很明顯的，所說明之本發明的例示實施例可以許多方 式改變。例如，說明例示方法及系統之第1-4、6、1 1、1 3 、14、18A-B、22、23A-B、25、27A-B 至 29 圖的功能方 塊可被實現於硬體及/或軟體。該硬體/軟體實施可包含所 -90- 200845045 顯示之處理器及/或製品（article of manufacture)之結合。 製品更可包含儲存媒體及可執行的電腦程式。 可執行的電腦程式可包含指令，其執行描述的程序或 功能以判定功率提升核心設計。電腦可執行的程式亦可被 提供爲部份之外部供應的傳播訊號（externally supplied propagated signal) 〇 本發明之技術效果可爲涉及多處理器及/或由所一或 多個處理器實施程式之電腦程式邏輯之處理能力之系統及 /或方法，以提供有效率地發展核子反應爐之功率提升核 心設計的方式，其符合待評估之給定設備中的反應爐操作 之所有輸入限制。此外，例示實施例的技術效果提供用於 提供內部及外部使用者迅速發展、模擬、修改、使完美 (perfect)具有用於舊燃料及新燃料組件（其符合所有輸入限 制，包含有關超過該設備額定的熱輸出之反應爐功率操作 之限制）之特定的棒型樣、核心載入型樣之功率提升核心 設計的能力之電腦/處理驅動系統。該接受的設計因此可 在下一排程的中斷被載入於該評估的反應爐設備之核心中 ，該核心根據所判定的功率提升核心設計而操作於下一及 後續循環。 此等變化並不被考慮爲超出本發明之例示實施例的精 神與範疇，且對於熟悉該項技術者而言係爲顯而易見的所 有此等修改係被包含於所附申請專利範圍之範疇內。 【圖式簡單說明】 -91 - 200845045 藉由參考所附圖式詳細說明，本發明之例示實施例將 變得淺顯易懂，其中類似的元件係以類似的元件符號來表 不’其僅供圖解用，而非用以限制本發明之例示實施例。 第1圖顯示用以實現根據本發明之例示實施例的範例 方法之系統。 第2圖顯示有關第1圖之系統的應用程式伺服器。 第3圖顯示根據本發明例示實施例之例示資料庫伺服 器。 第4圖爲根據本發明例示實施例之設計用於大功率操 作之核子反應爐核心的方法之流程圖。 第5圖爲一螢幕截圖，顯示例示客戶輸入的設備特定 限制。 第6圖爲根據本發明例示實施例之流程圖，說明用於 初始測試反應爐核心設計之新燃料束計數的判定。 第7圖顯示使用本發明的載入圖編輯器600之部份完 成的載入模板之四分核心（quarter-core)螢幕截圖。 第8圖爲螢幕截圖，顯示由載入圖編輯器600所顯示 之再載入視窗。 第9圖顯示過濾工具632之螢幕截圖。 第10圖爲螢幕截圖，顯示載入圖編輯器600所顯示 之載入新視窗，用以載入新燃料束至該燃料模板。 第11圖爲流程圖，說明根據本發明例示實施例的修 改棒型樣工具之實施。 第1 2圖爲螢幕截圖，顯示控制葉片順序如何鍵入。 -92- 200845045 第13圖爲流程圖，顯τρ:詳細的模擬步驟S30。 第1 4圖爲流程圖，顯示詳細的第1 1圖之比較步驟。 第15圖爲螢幕截圖，顯示供使用者在目標函數計算 完成後檢視之有用的圖形資料。 第16、17Α、17Β圖爲螢幕截圖，顯示根據本發明之 使用者可用的圖形資料，以檢視模擬及目標函數分析隨後 的給定限制之狀態。 第18Α及18Β圖爲流程圖，說明根據本發明之範例修 改棒型樣工具之棒型樣修改及迭代處理步驟。 第1 9圖爲螢幕截圖，用於界定葉片群組，以修改棒 型樣。 第20圖顯示啓始此一程序之一螢幕截圖。 第2 1圖顯示列出與沸水式反應爐核心設計之最佳化 問題相關聯之最佳化限制的例示最佳化限制頁之螢幕截圖 〇 第22圖說明根據本發明例示實施例之目標函數使用 最佳化程序之流程圖。 第2 3 Α及2 3 Β爲根據本發明之流程圖，顯示根據範例 修改核心載入型樣工具之核心載入型樣修改及迭代處理步 驟。 第24圖爲螢幕截圖，詳細顯示根據本發明例示實施 例之第23A圖的修改步驟S76。 第25圖爲流程圖，顯示根據本發明例示實施例之N· Streaming工具之功能性。 -93: 200845045 第26圖顯示燃料束選擇網頁2600之螢幕截圖。 第27A及27B圖爲流程圖，顯示根據本發明之N-streams(獨特的燃料束類型）的修改。 第2 8圖爲流程圖，顯示核心追蹤功能之細節。 第29圖爲流程圖，說明判定給定操作限制之經修改 的範圍之方法。 第3 0圖爲根據例示方法之經校正的時間相關偏差之 圖式’對於給定操作限制對上經標準化的時間，以說明時 間相關平均偏差値的計算。 第3 1圖爲根據例示經修改的範圍判定方法之時間相 關不確定性對上經標準化的時間之圖式，以說明時間相關 不確定性値的計算。 第3 2圖爲一圖式，有助於說明對於給定操作限制的 範圍是如何根據時間相關偏差値及時間相關不確定値來計 算，以滿足設定待評估的設備之風險容忍（risk-tolerance) 位準。 【主要元件符號說明】 200 :應用程式伺服器 205 :匯流排 2 1 〇 :主處理器 225 :網路介面

230 ： GUI 250 :記憶體 -94 - 200845045 251 :限制資料庫 252 :新燃料束設計資料庫 253 :佇列資料庫 254 :歷史的核心設計資料庫 25 5 :模擬器結果資料庫 256 :載入模板資料庫 257 :目標函數値資料庫 25 8 :燃料池資料庫 259 : 3D模擬器輸入參數資料庫 260 :密碼伺服器 275 :區域網路連接 3 00 :外部使用者 3 5 0 :內部使用者 3 75 :安全插座層連接 400 :計算伺服器 500 :方塊 5 0 5 :箭頭 5 1 〇 :行 600 :方塊 601 :載入圖編輯器 608 :檔案選單 609 :編輯按鈕 6 1 〇 :檢視選單 6 1 1 :燃料束欄位 -95- 200845045 6 1 2 :燃料束位置 613 :載入類型 6 1 4 :新按鈕 615 :再插入按鈕 6 1 6 ·鎖疋的按紐 6 1 7 :燃料束分組 6 1 8 :編號模式 619 :自動按鈕 620 :手動按鈕 621 :畫面遠近按鈕 622 :經過濾的燃料池表 624 :再載入燃料池表 626 :優先順序號碼 63 0 :工具 6 3 2 :過濾工具 634 :移動至右工具 63 6 :移動至左工具 6 3 8 :刪除工具 6 4 0 :過濾、視窗 642 :選擇框 644 :過濾運算子 6 4 6 :過濾量 6 5 0 :新燃料束類型表 660 :新燃料束池表 200845045 662 :類型號碼 700 :方塊 8 0 0 :方塊 900 :方塊 1 000 :系統 1 1 00 :方塊 1 200 ：方塊 121 1 :暴露 1 2 1 3 :計算類型 1 2 1 5 :棒型樣 1 2 1 7 :葉片群組 1 23 0 :設定棒框 1 23 5 :編輯框 1300:方塊 1 5 0 5 :打鉤的框 1610 :下拉選單 1705:圖形 1 7 1 0 :圖形 1720 :線 1725 :線 1 730 :限制違反 1 73 5 :限制違反 1 740 :違反MAPLHGR之燃料束 1 75 0 :違反MAPLHGR之燃料束 -97- 200845045 1 940 :螢幕截圖 1941 :單元 1 942 :選項下拉選 1 9 4 5 :視窗 1 950 :最小撤回行 1 95 5 :最大撤回行 1 960 :不允許的行 2005 :最佳化組態 2040:最佳化參數 2042 :選擇框 2 1 5 0 :最佳化限制 2 1 5 2 :設計値 2154 ：選擇框 2156 ：重要性 2 1 5 8 :重要性攔位 2405 :燃料混洗頁 2410 :燃料束混洗 2415 :螢幕 2420 :舊燃料束 2425 :螢幕 2427 :顏色編碼鍵 2430 ： SWAP 按鈕 2600 :燃料束選擇 畫面 工具列 網頁 2605 :新燃料束類型 200845045 2610 ：框 3000 :曲線-時間相關偏差値

-99-

Claims (1)

1. 200845045 十、申請專利範圍 1 · 一種設計用於大功率操作的核子反應爐核心之方 法，包含： 輸入滿足用於大功率操作之一組限制； 根據該等限制而產生一測試反應爐核心設計； 從一組自動化工具選擇一或多個自動化工具，用以對 照該等限制而評估該測試核心設計； 操作該選擇的自動化工具，包括： 根據該等限制，以該測試核心設計來模擬反應爐操作 ，用以產生複數個輸出， 對照該等限制來比較該等輸出，及 根據該比較而提供指出在該模擬期間由該測試核心設 計所違反的限制之資料， 其中，重複一或多個該等自動化工具，直到一測試核 心設計符合用於大功率操作之所有限制，因而表示一可接 受的功率提升核心設計。 2.如申請專利範圍第1項之方法，其中，該組自動 化工具包括：一棒型樣設計工具’用以修改該測試核心設 計的棒型樣；一核心載入型樣設計工具’用以修改該測試 核心設計的核心載入型樣；及一新燃料束類型設計工具， 用以修改該測試核心設計內之新燃料載入型樣。 3 ·如申請專利範圍第2項之方法，其中，該棒型樣 、核心載入型樣、及新燃料束類型設計工具中的每〜者係 相繼地被喚起並提供反饋至每一相對應的工具作爲〜輸出 -100- 200845045 ，直到於該測試核心設計中之所有棒、暴露的燃料及新燃 料改變已耗盡。 4 ·如申請專利範圍第1項之方法’其中，該比較步 驟更包含： 組構一目標函數，以評估該等輸出；及 使用該目標函數對每一輸出產生目標函數値；及 根據該等限制來評估該等目標函數値’以判定哪些輸 出違反一限制。 5.如申請專利範圍第1項之方法，更包含： 若該比較步驟指出所有限制已滿足或在一可接受的範 圍內滿足，則輸出有關可接受的功率提升核心設計之資料 〇 6·如申請專利範圍第1項之方法，更包含： 修改該測試核心設計，以產生一衍生核心設計；及 對多個自動化工具重複該選擇及操作步驟，以判定在 該模擬期間是否有任何的該衍生核心設計所違反之限制。 7·如申請專利範圍第6項之方法，更包括： 迭代地重複該衍生設計之該修改、選擇、及操作步驟 達N個迭代，直到衍生設計之一特定迭代指出所有限制已 滿足或在一可接受的範圍內滿足，該方法更包含： 輸出有關該核子反應爐的可接受反應爐核心設計之資 料。 8 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，該可接受 的功率提升核心設計包括對一使用者說明如何載入及執行 -101 - 200845045 該反應爐以滿足該等限制及以增加的功率位準來操作之資 料。 9.如申請專利範圍第1項之方法，其中，具有該可 接受的功率提升核心設計的核子反應爐以大於其目前許可 的功率位準之100%來操作達一或多個能量循環。 1 〇.如申請專利範圍第1項之方法，其中，該功率提 升核心設計具有N個特有的新燃料束類型’ N ^ 2 ° g 11. —種用於核子反應爐設備之核心，該核心使該設 備能夠以大於其目前許可的功率位準之1 00%來操作達一 或多個能量循環，該核心已根據使用一組自動化工具而判 定之一功率提升核心設計來載入，其係採用最佳化程序以 產生對於該設備之核心設計’該核心設計滿足以大於其目 前許可的功率位準的1 0 0 %之操作的操作限制’該等自動 化工具包括：一棒型樣設計工具’用以修改該測試核心設 計的棒型樣；一核心載入型樣設計工具’用以修改該測試 φ 核心設計的核心載入型樣；及一新燃料束類型設計工具’ 用以修改該測試核心設計內之新燃料載入型樣。 -102-