TWI389140B - 使用控制棒標準以降低急停時間的增進核反應器性能之方法 - Google Patents

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Description

使用控制棒標準以降低急停時間的增進核反應器性能之方法
本發明主要有關於在核心操作期間增進核反應器性能之方法，更詳而言之，有關於增進核反應器性能之方法以及操作核心之方法以增加急停有效性。
第1圖為簡化的沸水反應器(BWR)之示意圖；第2圖為描繪在BWR核心內多個燃料棒束之傳統配置的剖面圖。BWR從受控的核分裂反應產生功率。如第1圖所示，簡化之BWR包含反應器室101，其包含核燃料核心與水。產生的蒸汽可經由管道102轉運至渦輪103，其中會產生電性功率接著水經過管道104返回核心。如第2圖所示，核心201係由以給定方式配置於反應器核心內之大約五百(500)束202之燃料棒製成。
第3圖為在單一燃料束之內的燃料棒之傳統配置之示意剖面圖。如第3圖所示，每一束301可包含大約一百(100)根燃料棒302。核心中的水圍繞該等棒。核反應產生的熱量會從棒轉移至循環於核心中的水，使一些水沸騰。產生於核心中的熱量可受到控制以維持安全與有有效性之反應器操作。
於BWR中，在界定反應器之熱限制時基本上有三種熱轉移模式：(i)核沸騰、(ii)變態沸騰以及(iii)膜層沸騰。“核沸騰”為BWR設計成操作於其中之希望的有有效性熱轉移模式。“變態沸騰”係由不穩定的燃料棒護套表面溫度所顯示，其在熱轉移表面之蒸汽層發生時會突然上升。當蒸汽層被冷卻劑流掃開，燃料棒護套表面溫度接著下降至核沸騰溫度，然後又再次上升。在甚至更高的燃料棒/束操作功率下，會發生“膜層沸騰”，其導致更高的燃料棒護套表面溫度。膜層沸騰中之護套表面溫度，以及可能地變態沸騰中的溫度頂點，可到達可能造成護套衰弱以及/或加速的腐蝕。
燃料棒過熱通常界定為從核沸騰到膜層沸騰之變態的開始。反應器核心以及燃料棒設計之傳統基礎係界定成使得在核心壽命所有的時間內，考量到各種設計與操作上的“不確定性”之一些“餘裕(margin)”能維持在最限制之操作情況與變態沸騰情況之間。
變態沸騰的開始可由在沸騰變態發生時之蒸汽品質的相關性預測出來，故稱為“臨界品質”。得以迅速測量蒸汽品質且通常為任何給定質量流動率、功率程度、壓力與束流幾何等等之沸騰邊界(沸騰長度)之上的給定測量出之距離的函數。“臨界功率”可界定為會產生蒸汽臨界品質之束功率。依此，“臨界功率比”(CPR)可界定為在關注之反應器情況下臨界功率對束操作功率之比率。CPR可描述正常操作條件與產生沸騰變態之條件之間的關係。傳統上，CPR用來評定反應器設計與操作，以試圖確保安全且有有效性之反應器操作，針對核心內之每一個燃料組合CPR係維持在給定值之上。反應器操作限制可傳統上以核心中最限制之燃料束組合所界定，其界定為“最小臨界功率比率”(MCPR)。反應器操作限制典型係以MCPR來陳述。
於核能產生工程原理中，眾知有可能，雖很小，反應器瞬變事件的發生，結合反應器設計與操作中固有之各種“不確定性”與容限，會導致變態沸騰區域性發生在燃料棒一段給定時間期間。依此，MCPR操作限制傳統上係依照美國核子管制協會(USNRC)設計準則規定而設定，其要求應限制單一操作者錯誤或單一設備故障導致之瞬變事件，使得考量到核心操作狀態中的不確定性的情況下在錯誤或故障期間，預期超過99.9%的燃料棒能避免沸騰變態。在目前USNRC規定下安全限制最小臨界功率比率(SLMCPR)界定為其中不超過0.1%的燃料棒會遭到沸騰變態(亦稱為受到沸騰變態之棒數量(NRSBT))之MCPR。對應之操作限制MCPR(OLMCPR)描述核心操作條件，使得MCPR不會比SLMCPR低過某統計上之信賴度。
在例如BWR之反應器核心的操作期間，核能產生可部分由控制棒所控制。通常，控制棒可移到核心中較深的位置以降低反應器之反應度，或自核心中央或底部移開以增加反應器之反應度。急停(scram)操作涉及核心中所有控制棒實質負反應度之快速插入，通常透過彈簧或水壓協助之投射至完全插入的位置。反應器急停降低核心內之核分裂的程序以藉此降低功率的產生。可由例如反應器保護系統自動或反應器操作者手動啟動反應器急停。
通常當控制棒完全插入核心中或完全抽出核心外時急停最無效。在控制棒完全插入核心中的情況中，急停目標條件已經達成；因此，啟動急停不會改變核心之反應度。亦即，這是因為所有的棒都已經完全插入。在控制棒完全收出核心外的情況中，急停降低核心中反應度的速率為最低，因為控制棒橫貫最長的可能距離(亦即，完全抽離與插入之間的距離)。換句話說，一旦啟動，針對完全抽離之控制棒，急停需要較長的時間。
核心中的反應度通常在操作週期尾端(EOC)時最低，其可能為反應器計畫之維修斷電前的期間。為此，在EOC時典型完全撤離於傳統反應器中的控制棒，以獲得最大可得之反應程度。惟，在EOC期間可能需要反應器急停。在EOC時啟動的急停最無效，因為控制棒係完全撤離。為此，由於在EOC的急停期間功率減少的速度降低，在EOC之OLMCPR可設定在較高的程度。
本發明之範例實施例有關於增進核反應器性能之方法，包含使用至少一控制棒標準實施該核反應器之操作解決辦法以在該核反應器之操作週期的至少一部分期間增加急停有效性。
為了將本發明之範例實施例來龍去脈說明清楚，在描述模擬之範例方法之前先描述在操作週期期間用於判斷控制棒插入之一般的範例方法。
選擇部分插入之控制棒的一般方法
第12圖為根據本發明之一範例實施例描述在核反應器的操作週期期間判斷控制棒插入之程序的流程圖。例如，第12圖之程序可施加至操作週期之尾端(EOC)。就其本身而言，關聯第12圖給出之下列範例實施例描述在EOC施加之程序。惟，應了解到本發明之範例實施例不限於在EOC之利用，而可進一步利用在操作週期的任何部分。
參照第12圖，使用者(如核心設計者)選擇(S1400)至少一控制棒以考量在EOC在核心中之部分插入。使用者可利用熟知的方法來進行控制棒之選擇，這對熟悉該項技藝者而言係很明顯的。供選擇之可能的控制棒組可為反應器中所有的控制棒。
例如，控制棒之選擇可根據操作劑換中的資訊。操作計畫可典型界定例如下一操作週期之序列期間控制棒的運動。於一實施例中，根據操作計畫使用者選擇最晚自核心撤離之控制棒(如於上一個控制棒序列)。最慢撤離之控制棒通常係在EOC吸收最多反應度之控制棒。因此，選擇在EOC吸收最多反應度之控制棒。
使用者可選擇在其模擬選定之控制棒的插入部分程度(S1405)。使用者可利用經驗及/或熟知的方法來選擇用來模擬在S1400選擇之控制棒之插入程度，這對熟悉該項技藝者為明顯的。
自S1400選擇的控制棒可於操作週期之持續期間(如包含EOC)在選定之插入程度(S1405)模擬(S1410)。執行此模擬之範例方法(如錯誤嘗試法、直接計算、3D模型化－SLMCPR加法、3D模型化－0.1% NRSBT等等)將容後詳述。模擬結果可包含急停操作之考量以及在EOC之正常核心操作的考量。
來自S1410之模擬結果可與希望的性能標準作比較(S1415)。希望的性能標準之範例可為操作限制最小核心功率比率(OLMCPR)，雖然範例實施例可使用熟悉該項技藝者已知的其他希望的性能標準，如尖峰燃料中央線溫度。在瞬變期間之沸騰變態的受影響性可統計上量化為(1)核心中單一棒受沸騰變態影響之機率或(2)受沸騰變態影響之核心中總棒之預期的部分。因為藉由加總在瞬變期間具有CPR值小於1.0之NRSBT的個別的燃料棒之機率已經確定NRSBT之每一個個別的嘗試值，此統計關係為可能者。於一範例中，每一個NRSBT分布之標稱值可與核心中所有燃料棒之初始棒CPR值的分布關聯。藉由此程序，在核心中所有燃料棒之最小初始MCPR值與在瞬變期間對沸騰變態敏感之燃料棒的機率與信賴程度之間建立關係。當使用由對於在AOO瞬變期間不受沸騰變態影響之棒的數量之USNRC設計準則的規定所建立之機率與信賴度時，核心的最小初始MCPR值定義上係需顯示出符合USNRC之最小操作限制MCPR。
替代地，在S1415，使用者(如核心設計者)可利用他或她的經驗來判斷是否來自S1410之模擬結果指示在EOC之可接受或增進之解決方法。
根據在S1415中的評估，使用者判斷(S1420)是否繼續考量其他參數(如其他控制棒及/或插入程度)之上述的程序。若使用者判斷模擬的解決方法為可接受的(S1420的輸出為“是”)，則結束程序並且可於指定之操作計畫中指定的序列中(如下一操作週期)實施選定控制棒之作為結果的部分插入。替代地，若希望的性能標準未能達成((S1420的輸出為“否”)以及/或使用者希望評估其他參數的模擬，程序返回S1400並重複不同插入程度(S1405)以及/或用不同控制棒的選擇(S1400)。
模擬範例
茲將描述模擬核心操作之範例。此後描述之範例有關於錯誤嘗試方法、直接計算、用SLMCPR加法之三維(3D)模型化以及基於0.1% NRSBT方法的3D模型化。雖然下述之模擬方法關於匹配NRSBT至0.1%，應了解到0.1%僅為USNRC所訂定之安全標準。因此，替代地，若安全標準係根據另一度量(如於歐洲中)，可利用類似之方法來滿足其他的度量。
錯誤嘗試方法
於一範例中，在核反應器之實際操作中可測試部份棒插入。因此，參照第12圖，在使用者選擇至少一控制棒(S1400)之後以及針對選定之控制棒的給定的插入程度(S1405)，使用者可在反應器操作期間透過實際實施“模擬”解決方法。反應器中之感應器可儲存與核心操作相關之資料，其可由核心設計者在S1415評估。
直接計算
第4圖為顯示根據理想的程序之NRSBT的判斷之圖。於此直接計算範例中，可直接計算OLMCPR，以針對限制預期的操作事件(AOO)，可預料核心中之小於0.1%的棒會經歷沸騰變態。此方法係描述於Shaug等人之美國專利案第5,912,933號中。如第4圖中，棒CPR值401對在特定CPR值之棒數量402之直方圖400。雖然CPR值通常與燃料束關聯，其實際上係指束中的限制棒。束中的每一棒具有由束中之棒的區域功率分布與相對位置(R因子)所判斷之CPR值。束中任一棒之最低CPR係用來描繪整束之CPR的特性。
給定棒之CPR 401具有相關之機率分布函數(PDF)，其反映在其判斷中之不確定性。可實驗地判斷PDF並顯示為實驗臨界功率比率(ECPR)分布410。因此，若標稱CPR值(411)為1.0，則可能之實際CPR值之PDF 410係在從0.90到1.10之範圍內。棒CPR值之變化係由於初始棒狀況中的不確定性，亦即，在反應器操作狀態(核心功率)之參數測量中以及在衍生的參數之模型化(功率分布)中的不確定性。
為了將瞬變事件對CPR值之影響納入考量，藉由將最低棒CPR之可接受的標稱CPR值405移到較大的CPR值，亦即1.25，以將CPR值引入安全餘裕。最低CPR棒之ECPR直方圖分布403因而移動使得整個CPR直方圖高於1.20之CPR值，且遠高於1.0之CPR值。此外，最低CPR棒以外的棒之標稱CPR值407高於最低CPR棒之標稱CPR值，亦即1.25。
在棒操作中的瞬變期間，棒CPR之直方圖407移到較低CPR值之左邊，產生直方圖408。藉由此移動，在瞬變期間之“標稱”CPR值406係在瞬變期間達到最小CPR值的點，如1.05。限制棒會具有關聯的PDF 404，其包含初始棒狀況中之不確定性與“瞬變不確定性”兩者。在瞬變期間臨界功率比率中之最大改變(“瞬變△CPR 409”)包含瞬變模型化中之不確定性以及/或實際模型與設備參數兩者中之不確定性。
第5圖為描述由資料處理系統執行之程序步驟的順序之流程圖，以使用理想程序執行OLMCPR之評估。第5圖係詳述於共同擁有之發明人為Bolger等人之名稱為“操作限制最小臨界功率比率之判斷”的美國專利案第6,611,572號中，其全部相關內容以參照方式包含於此並描述於下。
於一範例實施例中，此瞬變△CPR 409以及關聯之OLMCPR可如第5圖般地產生並於下描述。
步驟1：使用能產生核心MCPR等於OLMCPR之參數來運作設備來假設一組基礎核心操作條件，如於區塊501中所示。
步驟2：使用預測於區塊506提出之一般束CPR的諸如核心功率、核心流、核心壓力等等之參數，判斷核心中每一束之MCPR，如於區塊502中所示。
步驟3：使用改變每一束CPR成為在區塊507中提出之個別的棒CPR值之諸如於每一束中之棒的設置以及棒的功率之參數，判斷核心中每一棒之MCPR，如於區塊503中所示。
步驟4：使用由在區塊508中提出之等式1與2產生之ECPR機率分布，藉由加總核心中受到沸騰變態影響之每一棒的機率來判斷核心中NRSBT的百分比，如於區塊504中所示。此加總由等式3所示。
其中zi 代表操作在MCPR(i)之棒、u代表(MCPR(i)－平均ECPR)/(ECPR標準差)、Pi 與P(zi )代表棒i經歷沸騰變態之機率以及Nrod代表棒的總數量。
步驟5：以蒙地卡羅(Monte Carlo)統計嘗試之固定次數改變區塊506與507中提出之參數，如於區塊505中所示。蒙地卡羅程序為技藝中眾所週知者，且為收集用於模擬中之資料的普遍方法。蒙地卡羅方法藉由執行統計取樣實驗(如於電腦上)而提供多種數學問題之近似的解答。該方法典型地應用至不具有或然性內容之問題以及至具有固有或然性結構的那些問題。在仰賴M維空間中之N點評估來產生近似的解答之所有數值方法中，蒙地卡羅方法具有隨N－ 1 / 2 降低之絕對的估計錯誤，其中在沒有可利用之特別結構的情形下所有其他者最好具有隨N－ 1 / M 降低之錯誤。匯編來自從步驟2到4之所有嘗試的統計來產生NRSBT之機率分布。
步驟6：比較NRSBT百分比之值以及0.1%，如於區塊509中所示。若百分比大於0.1%，重設核心參數到不同的初始條件以符合USNRC規定，如於區塊510中所示。與步驟1以及區塊501類似，假設新的初始條件以產生OLMCPR。NRSBT之判斷重新開始並重複直到NRSBT值等於0.1%。類似地，若百分比小於0.1%，重設核心參數以增加NRSBT值以更有效率地操作核心或減少流出物。
步驟7：若NRSBT的百分比等於0.1%，等於核心MCPR之假設的OLMCPR值符合USNRC規定，如區塊511所示。依此，操作核心條件設定成假設的參數。
雖然上述範例假設OLMCPR必須達到.1%之標準，可了解到，替代地，上述範例可應用至任何安全標準。
3D模型化－SLMCPR加法
第6圖為顯示△CPR線性加至SLMCPR的圖以判斷操作限制最小核心功率比率(OLMCPR)，其為目前受到認可之程序。第6圖係詳述於共同擁有之發明人為Bolger等人之名稱為“操作限制最小臨界功率比率之判斷”的美國專利案第6,111,572號中，其全部相關內容以參照方式包含於此並描述於下。
於用於判斷模擬結果之具有SLMCPR加法之3D模型化程序中，OLMCPR判斷可分成兩個主要的步驟，如第6圖所示。使用與上述直接計算類似之程序，首先判斷SLMCPR使得將預期得到在此值核心中小於0.1%的棒會經歷沸騰變態。換句話說，若核心中的MCPR大於SLMCPR，則將預期得到核心中99.9%的燃料棒會避過沸騰變態。其次，接著藉由加總從最限制的瞬變事件以及SLMCPR預期到的MCPR中之最大改變(由錯誤因子△CPR9 5 / 9 5 )來判斷OLMCPR。
由於第6圖與第4圖某程度上的類似，因此，為了使說明簡單，僅於後簡略的描述其之組件。直方圖600顯示在特定CPR值602之棒的數量對對應之CPR值601。直方圖608在例如1.05的值產生最低CPR棒607，其等於SLMCPR 603。限制棒分布606顯示在判斷限制CPR棒607時的不確定性。與上述直接計算類似，當NRSBT百分比等於0.1%時判斷SLMCPR 603。
惟，與上述直接計算不同地，ID模型化程序無法完全預測並量測某些參數，如每一束中的功率分布以及沿著每一棒之功率分布。因此，在計算SLMCPR時的不確定性不允許OLMCPR等於SLMCPR。依此，錯誤因子，△CPR9 5 / 9 5 605，係線性加至SLMCPR 603以判斷OLMCPR 609。△CPR9 5 / 9 5 605保守地更正SLMCPR 603之計算中的限制。
第7圖為描述由資料處理系統執行之程序步驟順序之流程圖，以使用目前認可的程序來執行OLMCPR之評估。第7圖係詳述於共同擁有之發明人為Bolger等人之名稱為“操作限制最小臨界功率比率之判斷”的美國專利案第6,111,572號中，其全部相關內容以參照方式包含於此並描述於下。
於ID模型化程序中，OLMCPR 609係如第7圖所示般地產生，並描述於下：步驟1：使用能產生核心MCPR等於OLMCPR之參數來運作設備來假設一組基礎核心操作條件，如於區塊701中所示。
步驟2：使用預測於區塊506提出之一般束CPR的諸如核心功率、核心流、核心壓力、束功率等等之參數，判斷核心中每一束之MCPR，如於區塊702中所示。此程序步驟在預測束功率時會有大的不確定性，可能會使計算有所偏差。
步驟3：使用改變每一束CPR成為在區塊507中提出之個別的棒CPR值之諸如於每一束中之棒的設置以及棒的功率之參數，判斷核心中每一棒之MCPR，如於區塊703中所示。可能難以測量個別棒之功率；結合那個不確定性與束功率分布之不確定性會增加在SLMCPR實際計算時的不確定性。
步驟4：使用由在區塊708中提出之由前示之等式1與2產生之ECPR機率分布，藉由加總核心中受到沸騰變態影響之每一棒的機率來判斷核心中NRSBT的百分比，如區塊704所示。此加總可使用上述的等式3來執行。
步驟5：以蒙地卡羅統計嘗試之固定次數改變區塊706與707中提出之參數，如區塊705所示。匯編來自從步驟2到4之所有嘗試的統計來產生NRSBT之機率分布。
步驟6：比較NRSBT百分比之值以及0.1%，如於區塊709中所示。若百分比大於0.1%，重設核心參數到不同的初始條件以符合USNRC規定，如於區塊710中所示。與步驟1以及區塊701類似，假設新的初始條件以產生OLMCPR。NRSBT之判斷重複直到NRSBT值等於0.1%。類似地，若百分比小於0.1%，重設核心參數以增加NRSBT值以更有效率地操作核心。
步驟7：若NRSBT的百分比等於0.1%，等於核心MCPR之假設的OLMCPR值係核心可操作之極限，如區塊711所示。
步驟8：由於此程序包含步驟2與3中頗不確定之模擬，如區塊702與703所示，以95%信賴信賴評估CPR中的改變，△CPR9 5 / 9 5 。OLMCPR等於SLMCPR與△CPR9 5 / 9 5 線性相加。OLMCPR所得之值符合USNRC規定。
3D模型化－0.1% NRSBT
於獲得模擬結果之3D模型程序之此範例中，可計算瞬變事件期間臨界功率比率之改變的基準偏差(△CPR/ICPR)以及所得之機率分布函數(PDF)可用來預測更準確的OLMCPR而不用先計算出SLMCPR。從將許多因素納入考量之大量的實驗嘗試，產生稱為△CPR/ICPR之針對一瞬變的PDF並針對每一個瞬變事件判斷△CPR/ICPR中的標準差。亦判斷從標稱初始條件開始之瞬變事件的標稱△CPR/ICPR。藉由繪製初始CPR的隨機值以及瞬變△CPR/ICPR不確定性得以產生瞬變中最小點之個別的棒CPR值之直方圖。藉由△CPR/ICPR之共同隨機值將初始臨界功率比率(ICPR)係轉換或轉變成MCPR。若NRSBT的百分比大於0.1%，改變初始操作條件並重複程序直到NRSBT等於0.1%。
使用統計方法分析NRSBT分布直方圖以判斷出分布之“集中趨勢”。典型地，平均或中數係作為統計數值來量化集中趨勢。此統計數值係在此定義為標稱值。於下列討論中，其中選擇平均值作為標稱值來說明範例，雖本發明不限於此選擇。亦可預期到中數或集中趨勢的一些其他統計值作為標稱值之使用為本發明之範例實施例的一部分。
用來量化集中趨勢之統計之標稱值中的不確定係以標稱值的“信賴區間”來表示。定義信賴區間使得該區間包含標稱值係有指定的機率(通常為50%或更大)。例如，區間包括平均的95%之機率定義平均之95%的信賴區間。用來建立此信賴區間之指定的機率係稱為“信賴程度”。
根據一範例，本發明可包含含有資料處理裝置之系統，該資料處理裝置係編程以執行根據於下詳述的本發明之增進方法之用以模擬BWR核心操作條件以及用以計算並統計上證明反應器之OLMCPR之特定例行程序。
第8圖為顯示範例資料處理系統之方塊圖，預期根據本發明之範例實施例用來執行反應器核心瞬變回應之多維模擬以及用於直接評估BWR反應器核心之OLMCPR。系統包含中央處理單元801(CPU)、儲存記憶體802、使用者介面I/O裝置803以及隨意地一或更多顯示器804。儲存記憶體802可包含反應器設備狀態資訊、參數值以及用以根據本發明之範例方法實施核心操作條件之多維模擬與評估OLMCPR之例行程序之資料庫(未圖示)。例如，儲存記憶體802可包含任何熟知的記憶體(如唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)等等)。
可針對每一種AOO、每一等級之BWR設備類型以及每一種燃料類型執行統計研究，以例如判斷基準瞬變偏差以及△CPR/ICPR中的不確定性。使用模型中之隨機變化與設備參數，從標稱條件開始進行足夠的嘗試(在一百左右的數量)。導致△CPR/ICPR(如核心功率)之初始條件中的不確定性亦包含在微擾(perturbation)中。利用資料來判斷瞬變△CPR/ICPR上之偏差與標準差。
第9圖為描述使用△CPR/ICPR中之基準不確定性用來計算OLMCPR之程序步驟的順序之流程圖。第9圖係詳述於共同擁有之發明人為Bolger等人之名稱為“操作限制最小臨界功率比率之判斷”的美國專利案第6,111,572號中，其全部相關內容以參照方式包含於此並描述於下。
本發明之一範例程序的流程圖係顯示於第9圖中。在OLMCPR之計算中區塊909維持不變，並且在使用程序之前必須先判斷每一個反應器種類與燃料種類之個別的瞬變事件之△CPR/ICPR。
第10圖為顯示使用本發明判斷△CPR/ICPR中之基準不確定性之圖。第10圖係詳述於共同擁有之發明人為Bolger等人之名稱為“操作限制最小臨界功率比率之判斷”的美國專利案第6,111,572號中，其全部相關內容以參照方式包含於此並描述於下。
第10圖顯示針對一特定種類之AOO的△CPR/ICPR之結果圖。直方圖1000顯示針對每一棒的所得之CPR1001之嘗試數量1002對對應之CPR 1001值。PDF 1003代表在瞬變事件之前CPR的分布。接著每一個CPR值隨個別的△CPR/ICPR 1006值改變。瞬變CPR之總計給出瞬變事件期間之PDF 1004。標稱△CPR/ICPR 1005係定義為PDF 1003的標稱CPR值與PDF 1004的標稱CPR值間之差。OLMCPR的計算可如下：步驟1：使用能產生核心MCPR等於OLMCPR之參數來運作設備來假設一組基礎核心操作條件，如於區塊901中所示。
步驟2：使用預測於區塊907中提出之一般束CPR的諸如核心功率、核心流、核心壓力、束功率以及其他之參數，判斷核心中每一束之MCPR，如區塊902所示。
步驟3：使用改變每一束CPR成為在區塊908中提出之個別的棒CPR值之諸如於每一束中之棒的設置以及棒的功率之參數，判斷核心中每一棒之MCPR，如區塊903所示。
步驟4：使用從於第10圖中代表之適當的瞬變的圖隨機繪製之個別的△CPR/ICPR 1006，根據等式4可推斷對應ICPR值之MCPR值。
第11圖為顯示使用△CPR/ICPR的基準不確定性判斷NRSBT之圖。第11圖係詳述於共同擁有之發明人為Bolger等人之名稱為“操作限制最小臨界功率比率之判斷”的美國專利案第6,111,572號中，其全部相關內容以參照方式包含於此並描述於下。
於第11圖中，此程序係由位移1109所代表。直方圖1100顯示在特定CPR值之棒數量1102對對應CPR值1101。在瞬變期間使用隨機選定之△CPR/ICPR 1006值將直方圖1107轉變成直方圖1108。最低CPR值1105變成最低CPR值1106，並且最低CPR棒PDF 1103變成最低CPR棒1104。
步驟5：使用在區塊910中提出並顯示為PDF 1104之ECPR機率分布，藉由加總核心中受到沸騰變態影響之每一棒的機率來判斷核心中NRSBT的百分比，如區塊905所示。此加總可使用上述的等式3來執行。
步驟6：以蒙地卡羅統計嘗試之固定次數改變區塊907與908中提出之參數，如區塊906所示。匯編來自從步驟2到5之所有嘗試的統計來產生NRSBT之機率分布。
步驟7：比較NRSBT百分比之值以及0.1%，如於區塊911中所示。若百分比大於0.1%，重設核心參數到不同的初始條件以符合USNRC規定，如於區塊912中所示。與步驟1以及區塊901類似，假設新的初始條件以產生OLMCPR。NRSBT之判斷重新開始並重複直到NRSBT值等於0.1%。類似地，若百分比小於0.1%，重設核心參數以增加NRSBT值以更有效率地操作核心或減少流出物。
步驟8：若NRSBT的百分比等於0.1%，等於核心MCPR之假設的OLMCPR值係核心可操作之極限，如區塊913所示。依此，操作核心條件設定成為假設的參數。
已經討論過本發明之範例實施例，很明顯的同樣者可做出許多的變化。例如，雖參照第12圖之S1410討論之模擬係以錯誤嘗試法、直接計算以及3D模型化描述，對熟悉該項技藝者而言很明顯的可利用任何熟知的模擬方法來評估在核反應器操作週期期間(如在EOC)考量到棒之設置所提出之解決方法。此外，雖然係以符合0.1% OLMPCR之標準描述可接受的解決方法，應了解到可依據任何希望的性能準則來評估(S1415)以及認定可接受(S1420)之模擬結果(S1410)。另外，雖上述係描述應用在EOC，應了解到本發明之其他範例實施例可有關於核反應器之操作週期的任何部分。此種變化不應視為脫離本發明之範例實施例的精神與範疇，且對熟悉該項技藝者而言為明顯之所有此等變更應包含在下列申請專利範圍的範疇內。
101．．．反應器室
102．．．管道
103．．．渦輪
104．．．管道
201．．．核心
202．．．束
301．．．束
302．．．燃料棒
400．．．直方圖
401．．．棒CPR值
402．．．棒數量
403．．．ECPR直方圖分布
404．．．機率分布函數(PDF)
408．．．直方圖
409．．．瞬變△CPR
410．．．實驗臨界功率比率(ECPR)分布
405、406、407、411．．．標稱CPR值
600,608．．．直方圖
601．．．CPR值
602．．．棒數量
603．．．SLMCPR
605．．．錯誤因子
607．．．限制CPR棒
609．．．OLMCPR
801．．．中央處理單元
802．．．儲存記憶體
803．．．使用者介面I/O裝置
804．．．顯示器
1000．．．直方圖
1002．．．嘗試數量
1003,1004．．．PDF
1005．．．標稱△CPR/ICPR
1006．．．△CPR/ICPR
1100,1107,1108．．．直方圖
1109．．．位移
1101．．．CPR值
1102．．．棒數量
1103,1104．．．最低CPR棒PDF
1105,1106．．．最低CPR值
從上述提供之實施方式以及附圖可更完整地了解本發明之範例實施例，其中類似元件由類似參考符號代表，其僅為本發明之範例實施例之例示而非限制。
第1圖為簡化的沸水核反應器之示意圖。
第2圖為描繪在BWR之核心內多個燃料棒束之傳統配置的剖面圖。
第3圖為在單一燃料束之內的燃料棒之傳統配置之示意剖面圖。
第4圖為顯示根據理想的程序之NRSBT的判斷之圖。
第5圖為描述由資料處理系統執行之程序步驟的順序之流程圖，以使用理想程序執行OLMCPR之評估。
第6圖為顯示△CPR線性加至SLMCPR的圖，以判斷操作限制最小核心功率比率(OLMCPR)，其為目前受到認可之程序。
第7圖為描述由資料處理系統執行之程序步驟順序之流程圖，以使用目前認可的程序來執行OLMCPR之評估。
第8圖為顯示範例資料處理系統之方塊圖，根據本發明用於BWR熱水力學之多維/模型化以及OLMCPR之非直接的評估。
第9圖為描述使用△CPR/ICPR中之基準不確定性用來計算OLMCPR之程序步驟的順序之流程圖。
第10圖為顯示使用本發明判斷△CPR/ICPR中之基準不確定性之圖。
第11圖為顯示使用△CPR/ICPR的基準不確定性判斷NRSBT之圖。
第12圖為根據本發明之一範例實施例描述在核反應器的操作週期期間判斷控制棒插入之程序的流程圖。

Claims (4)

  1. 一種增進核反應器性能之方法，包含：實施該核反應器之控制棒操作計畫，該控制棒操作計畫包括在該核反應器之急停前於該核反應器中之控制棒的部分插入程度，該控制棒操作計畫係模擬於該核反應器中，該模擬包括於包括操作週期之尾端的該核反應器之操作週期的至少一部分期間之急停，以及該控制棒操作計畫減少其針對於包括操作週期之該尾端的該核反應器之該操作週期的至少該部分期間之該急停的該模擬中之操作限制最小核心功率比率，相較於不涉及在該核反應器之急停前於該核反應器中之該控制棒的插入之包括於包括操作週期之尾端的該核反應器之操作週期的至少一部分期間之急停的該核反應器之模擬的模擬結果。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該控制棒包括一指定用於該控制棒操作計畫中最後移除之控制棒。
  3. 一種增進核反應器性能之方法，包含：產生該核反應器之控制棒操作計畫，該產生包括選擇至少一控制棒以供考量，選擇在該核反應器之急停前該選擇之控制棒的部分插入程度，模擬該控制棒操作計畫，該模擬包括於包括操作週期 之尾端的該核反應器之操作週期的至少一部分期間之急停以產生一模擬結果；判斷該模擬結果是否減少該模擬中之操作限制最小核心功率比率，相較於不涉及在該核反應器之急停前於該核反應器中之該選擇之控制棒的插入之該核反應器的模擬之模擬結果；以及假如該判斷步驟判斷出相較於不涉及插入之該核反應器的該模擬之模擬結果該產生的控制棒操作計畫係減少了該操作限制最小核心功率比率，則實施該產生的控制棒操作計畫。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，進一步包含：假如該判斷步驟判斷出相較於不涉及插入之該核反應器的該模擬之模擬結果該產生的模擬結果並未減少該操作限制最小核心功率比率，則以不同的至少一控制棒或部分插入程度重複申請專利範圍第3項之步驟。
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