(57)【要約】【課題】キャスクに対する使用済燃料の配置の最適化を効率よく実行すること。【解決手段】燃料配置方法は、初期の配置パターンを生成する第１のステップと、配置パターンに基づくキャスク間における使用済燃料の物理量のばらつきに基づいて、交換前燃料を選定すると共に、ばらつきが小さくなる交換後燃料を選定して交換する第２のステップと、交換前後において、ばらつきが悪化したか否かを判定する第３のステップとばらつきが悪化した場合、交換条件を満たすか否かを判定し、満たすと判定した場合に、ランダムに交換前燃料と交換後燃料とを選定して交換する第４のステップと、第４のステップにおける交換後の配置パターンにおいて収束条件を満たしているか否かを判定し、収束条件を満たしていると判定された場合、最適化された配置パターンとして導出する第５のステップと、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料収容体の各々に配置される複数の燃料の初期における配置パターンを生成する第１のステップと、
前記配置パターンに基づいて、前記燃料収容体間における前記燃料に関する物理量のばらつきを導出し、導出した前記ばらつきに基づいて、交換対象となる交換前燃料を選定すると共に、導出した前記ばらつきに対して、小さい前記ばらつきとなる交換後燃料を選定して、前記交換前燃料と前記交換後燃料とを交換する第２のステップと、
前記第２のステップにおいて交換した交換後の前記配置パターンに基づいて、前記燃料収容体間における前記燃料に関する物理量の前記ばらつきを導出し、導出した前記ばらつきが、前記第２のステップにおいて導出した前記ばらつきと比べて悪化したか否かを判定する第３のステップと、
前記第３のステップにおいて前記ばらつきが悪化した場合、交換条件を満たすか否かを判定し、満たすと判定した場合において、ランダムに前記交換前燃料と前記交換後燃料とを選定して、前記交換前燃料と前記交換後燃料とを交換する第４のステップと、
前記第４のステップにおいて交換を行った場合、前記第４のステップにおいて前記交換条件を満たしていないと判定した場合、または前記第３のステップにおいて前記ばらつきが悪化していない場合、前記配置パターンの収束条件を満たしているか否かを判定し、前記収束条件を満たしていないと判定された場合、前記第２のステップを再び実行する一方で、前記収束条件を満たしていると判定された場合、最適化された前記配置パターンとする第５のステップと、を備える燃料配置方法。
【請求項２】
前記収束条件は、前記ばらつきが予め規定されたしきい値以下となる条件である請求項１に記載の燃料配置方法。
【請求項３】
前記第５のステップにおいて、前記収束条件を満たしていないと判定された場合、前記第２のステップを再び実行する前に、前記燃料の交換回数が、予め設定された設定交換回数に達したか否かを判定する第６のステップを、さらに備え、
前記第６のステップでは、前記設定交換回数に達していないと判定された場合、前記第２のステップを再び実行する一方で、前記設定交換回数に達していると判定された場合、前記第１のステップを再び実行して、新たな初期の前記配置パターンを生成する請求項２に記載の燃料配置方法。
【請求項４】
前記交換条件は、前記ばらつきと前記燃料の交換回数とに基づく交換確率であり、
前記第４のステップでは、前記交換確率に基づいて、前記交換前燃料と前記交換後燃料とを交換するか否かを判定する請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料配置方法。
【請求項５】
前記物理量は、燃焼度、崩壊熱、放射能の少なくともいずれか１つである請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料配置方法。
【請求項６】
複数の燃料収容体の各々に配置される複数の燃料の配置パターンを最適化するための最適化処理を実行する処理部を備えた燃料配置の最適化装置であって、
前記処理部は、
複数の前記燃料収容体の各々に配置される複数の前記燃料の初期における配置パターンを生成する第１のステップと、
前記配置パターンに基づいて、前記燃料収容体間における前記燃料に関する物理量のばらつきを導出し、導出した前記ばらつきに基づいて、交換対象となる交換前燃料を選定すると共に、導出した前記ばらつきに対して、小さい前記ばらつきとなる交換後燃料を選定して、前記交換前燃料と前記交換後燃料とを交換する第２のステップと、
前記第２のステップにおいて交換した交換後の前記配置パターンに基づいて、前記燃料収容体間における前記燃料に関する物理量の前記ばらつきを導出し、導出した前記ばらつきが、前記第２のステップにおいて導出した前記ばらつきと比べて悪化したか否かを判定する第３のステップと、
前記第３のステップにおいて前記ばらつきが悪化した場合、交換条件を満たすか否かを判定し、満たすと判定した場合において、ランダムに前記交換前燃料と前記交換後燃料とを選定して、前記交換前燃料と前記交換後燃料とを交換する第４のステップと、
前記第４のステップにおいて交換を行った場合、前記第４のステップにおいて前記交換条件を満たしていないと判定した場合、または前記第３のステップにおいて前記ばらつきが悪化していない場合、前記配置パターンの収束条件を満たしているか否かを判定し、前記収束条件を満たしていないと判定された場合、前記第２のステップを再び実行する一方で、前記収束条件を満たしていると判定された場合、最適化された前記配置パターンとする第５のステップと、を備える燃料配置の最適化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料配置方法及び燃料配置の最適化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料収納容器内に複数の使用済燃料集合体を収納する際に、線量率の制限値を満足するように、使用済燃料集合体を選定することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２３２７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料集合体等の燃料を、複数の収納容器に収容する場合、複数の収納容器間における線量、燃料の燃焼度、崩壊熱等を含む物理量がばらつかないように、複数の収納容器への燃料配置を考慮する必要がある。このような場合、一般的に、複数の収納容器に対する燃料の配置は、作業者によって手動で探索することから、作業効率が低いものとなっている。
【０００５】
そこで、本発明は、燃料収容体に対する燃料配置の最適化を効率よく実行することができる燃料配置方法及び燃料配置の最適化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料配置方法は、複数の燃料収容体の各々に配置される複数の燃料の初期における配置パターンを生成する第１のステップと、前記配置パターンに基づいて、前記燃料収容体間における前記燃料に関する物理量のばらつきを導出し、導出した前記ばらつきに基づいて、交換対象となる交換前燃料を選定すると共に、導出した前記ばらつきに対して、小さい前記ばらつきとなる交換後燃料を選定して、前記交換前燃料と前記交換後燃料とを交換する第２のステップと、前記第２のステップにおいて交換した交換後の前記配置パターンに基づいて、前記燃料収容体間における前記燃料に関する物理量の前記ばらつきを導出し、導出した前記ばらつきが、前記第２のステップにおいて導出した前記ばらつきと比べて悪化したか否かを判定する第３のステップと、前記第３のステップにおいて前記ばらつきが悪化した場合、交換条件を満たすか否かを判定し、満たすと判定した場合において、ランダムに前記交換前燃料と前記交換後燃料とを選定して、前記交換前燃料と前記交換後燃料とを交換する第４のステップと、前記第４のステップにおいて交換を行った場合、前記第４のステップにおいて前記交換条件を満たしていないと判定した場合、または前記第３のステップにおいて前記ばらつきが悪化していない場合、前記配置パターンの収束条件を満たしているか否かを判定し、前記収束条件を満たしていないと判定された場合、前記第２のステップを再び実行する一方で、前記収束条件を満たしていると判定された場合、最適化された前記配置パターンとする第５のステップと、を備える。
【０００７】
また、本発明の燃料配置の最適化装置は、複数の燃料収容体の各々に配置される複数の燃料の配置パターンを最適化するための最適化処理を実行する処理部を備えた燃料配置の最適化装置であって、前記処理部は、複数の前記燃料収容体の各々に配置される複数の前記燃料の初期における配置パターンを生成する第１のステップと、前記配置パターンに基づいて、前記燃料収容体間における前記燃料に関する物理量のばらつきを導出し、導出した前記ばらつきに基づいて、交換対象となる交換前燃料を選定すると共に、導出した前記ばらつきに対して、小さい前記ばらつきとなる交換後燃料を選定して、前記交換前燃料と前記交換後燃料とを交換する第２のステップと、前記第２のステップにおいて交換した交換後の前記配置パターンに基づいて、前記燃料収容体間における前記燃料に関する物理量の前記ばらつきを導出し、導出した前記ばらつきが、前記第２のステップにおいて導出した前記ばらつきと比べて悪化したか否かを判定する第３のステップと、前記第３のステップにおいて前記ばらつきが悪化した場合、交換条件を満たすか否かを判定し、満たすと判定した場合において、ランダムに前記交換前燃料と前記交換後燃料とを選定して、前記交換前燃料と前記交換後燃料とを交換する第４のステップと、前記第４のステップにおいて交換を行った場合、前記第４のステップにおいて前記交換条件を満たしていないと判定した場合、または前記第３のステップにおいて前記ばらつきが悪化していない場合、前記配置パターンの収束条件を満たしているか否かを判定し、前記収束条件を満たしていないと判定された場合、前記第２のステップを再び実行する一方で、前記収束条件を満たしていると判定された場合、最適化された前記配置パターンとする第５のステップと、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料収容体に対する燃料配置の最適化を効率よく実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施形態に係る燃料配置方法に関する説明図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る最適化装置の概略構成図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る燃料配置方法の一例に関するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
【００１１】
［本実施形態］
（燃料配置方法）
図１は、本実施形態に係る燃料配置方法に関する説明図である。本実施形態に係る燃料配置方法は、燃料貯蔵プール（ＳＦＰ：Spent  Fuel  Pit）１０から、燃料収容体としての複数のキャスク１１に、燃料集合体等の使用済燃料１５を配置する方法となっている。図１は、燃料貯蔵プール１０で管理されている使用済燃料の管理画面に関する図である。燃料貯蔵プール１０には、格子状のラックが設けられており、複数の使用済燃料１５は、ラックの所定の位置に収納されることで、管理及び貯蔵されている。キャスク１１は、内部にキャビティ２１が設けられ、キャビティ２１に格子状のバスケット２２が設けられている。バスケット２２は、使用済燃料を収容する複数のセル２４が設けられる。複数のセル２４は、所定の配置となっており、複数の使用済燃料１５は、燃料貯蔵プール１０からバスケット２２の所定のセル２４に収納される。
【００１２】
燃料配置方法では、複数のキャスク１１に対する使用済燃料１５の配置パターンが最適化されるように、使用済燃料１５の配置パターンを探索している。つまり、燃料配置方法では、下記する燃料配置の最適化装置３０を用いて、使用済燃料を模擬的に配置することで、最適な配置パターンを探索している。
【００１３】
（最適化装置）
図２を参照して、最適化装置３０について説明する。図２は、本実施形態に係る最適化装置の概略構成図である。最適化装置３０は、燃料配置の最適化処理を実行する処理部３１と、各種データを記憶する記憶部３２とを備えている。
【００１４】
処理部３１は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等の集積回路を含んでいる。記憶部３２は、作業領域となるメモリ及び記録媒体としての半導体記憶デバイスまたは磁気記憶デバイス等を含んでいる。
【００１５】
記憶部３２には、キャスク１１における使用済燃料１５の配置パターン３５が複数記憶されている。また、記憶部３２には、後述する燃料配置方法において用いられる交換確率に関するデータ３６が記憶されている。処理部３１は、後述する燃料配置方法を実行することで、燃料貯蔵プール１０及び複数のキャスク１１に配置されている使用済燃料の物理量に基づいて、燃料配置の最適化を行っている。
【００１６】
（燃料配置方法のフロー）
次に、図３を参照して、燃料配置方法について説明する。図３は、本実施形態に係る燃料配置方法の一例に関するフローチャートである。
【００１７】
燃料配置方法では、複数のキャスク１１間における物理量のばらつきが小さくなるように、使用済燃料１５の配置パターン３５が最適化される。ばらつきとしては、例えば、標準偏差が用いられる。また、物理量としては、使用済燃料１５の燃焼度、崩壊熱、放射能の少なくともいずれか１つであればよく、物理量として３つ全てを取り扱ってもよい。なお、以下の説明では、物理量として、例えば、燃焼度を取り扱う場合について説明する。
【００１８】
図３に示す燃料配置方法では、先ず、最適化装置３０の処理部３１が、乱数を用いたモンテカルロ法によって、燃料貯蔵プール１０の使用済燃料１５を、複数のキャスク１１の全てのセル２４に割り付けて配置した初期の配置パターン３５を生成する（ステップＳ１：第１のステップ）。
【００１９】
続いて、処理部３１は、初期の配置パターン３５に基づいて、ステップＳ２からステップＳ４までを実行することで、交換前燃料と交換後燃料とを選定して交換する（第２のステップ）。このステップＳ２からステップＳ４までのステップは、いわゆる二体交換法と呼ばれる手法となっている。
【００２０】
具体的に、ステップＳ２では、初期の配置パターン３５に基づいて、キャスク１１間における使用済燃料１５の燃焼度の標準偏差を導出し、導出した標準偏差に基づいて、交換対象となる交換前燃料を選定する。ステップＳ２では、標準偏差が悪化する要因となる使用済燃料を特定し、特定した使用済燃料を交換前燃料として選定する。例えば、ステップＳ２では、複数のキャスク１１のうち、「キャスク内装荷燃料の平均燃焼度」（キャスク燃焼度）が、「全キャスクの「キャスク内装荷燃料の平均燃焼度」の平均」（全キャスクの平均燃焼度）に対して最も差異の大きいキャスク１１を選定し、選定したキャスク１１の中において、キャスク燃焼度が全キャスクの平均燃焼度より小さい（マイナスである）場合には、燃焼度の最も低い使用済燃料１５を交換前燃料として選定し、キャスク燃焼度が全キャスクの平均燃焼度より大きい（プラスである）場合には、燃焼度の最も高い使用済燃料１５を交換前燃料として選定する。
【００２１】
続いて、ステップＳ３では、導出した標準偏差に対して、小さい標準偏差となる交換後燃料を選定する。ステップＳ３では、標準偏差が改善する使用済燃料を特定し、特定した使用済燃料を交換後燃料として選定する。例えば、ステップＳ３では、ステップＳ２において選定された燃料が燃焼度の高い使用済燃料１５である場合、燃焼度の低い使用済燃料１５を選定し、ステップＳ２において選定された燃料が燃焼度の低い使用済燃料１５である場合、燃焼度の高い使用済燃料１５を選定する。
【００２２】
そして、ステップＳ４では、交換前燃料と交換後燃料とを交換する。ステップＳ４が実行されると、処理部３１は、交換後の使用済燃料１５の配置パターンを記憶部３２に保存する。
【００２３】
次に、処理部３１は、交換後の配置パターン３５に基づくキャスク１１間の燃焼度に関する標準偏差を導出し、導出した交換後の配置パターン３５に基づくキャスク１１の標準偏差が、交換前の配置パターン３５に基づくキャスク１１の標準偏差に対して、悪化しているか否かを判定する（ステップＳ５：第３のステップ）。
【００２４】
処理部３１は、ステップＳ５において悪化していると判定した場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、ステップＳ６からステップＳ８までを実行することで、交換前燃料と交換後燃料とを選定して交換する（第４のステップ）。このステップＳ６からステップＳ８までのステップは、いわゆる焼きなまし法と呼ばれる手法となっている。一方で、ステップＳ５において悪化していないと判定した場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、後述するステップＳ９に進む。
【００２５】
具体的に、ステップＳ６では、下記する（１）式で示す交換確率に基づいて、使用済燃料１５の交換を行うか否かを判定する。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
（１）式は、燃料の交換回数が大きければ大きいほど、交換確率が下降し、また、標準偏差の悪化度合い（交換前後の標準偏差の差分）が大きければ大きいほど、交換確率が下降する式となっている。ステップＳ６では、（１）式を用いて求められた交換確率に基づいて、使用済燃料１５の交換を行うと判定された場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ステップＳ７を実行する。一方で、ステップＳ６では、（１）式を用いて求められた交換確率に基づいて、使用済燃料１５の交換を行わないと判定された場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、後述するステップＳ９に進む。
【００２８】
ステップＳ７では、ランダムに交換前燃料と交換後燃料とを選定する。例えば、ランダムに選定される交換前燃料は、キャスク１１の中から選定され、ランダムに選定される交換後燃料は、燃料貯蔵プール１０の中から選定される。
【００２９】
そして、ステップＳ８では、交換前燃料と交換後燃料とを交換する。ステップＳ８が実行されると、処理部３１は、交換後の使用済燃料１５の配置パターン３５を記憶部３２に保存する。
【００３０】
続いて、処理部３１は、ステップＳ５において標準偏差が悪化していないと判定された場合、ステップＳ６において交換確率に基づいて使用済燃料１５の交換を行わないと判定された場合、またはステップＳ８において使用済燃料１５を交換した場合、収束条件を満足したか否かを判定する（ステップＳ９：第５のステップ）。ここで、ステップＳ９における収束条件は、標準偏差が予め規定されたしきい値以下となる条件である。つまり、ステップＳ９では、ステップＳ４またはステップＳ８において交換した交換後の配置パターンに基づくキャスク１１間の燃焼度に関する標準偏差を導出し、導出した交換後の配置パターン３５に基づくキャスク１１の標準偏差が、予め規定された標準偏差のしきい値以下となるか否かを判定している。
【００３１】
処理部３１は、ステップＳ９において、標準偏差がしきい値以下となると判定した場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、しきい値以下となる標準偏差に対応する配置パターン３５を、最適化された配置パターン３５として導出する（ステップＳ１０）。
【００３２】
一方で、処理部３１は、ステップＳ９において、標準偏差がしきい値よりも大きくなると判定した場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、ステップＳ４及びステップＳ８で行った使用済燃料の交換回数が最大交換回数に達したか否かを判定する（ステップＳ１１：第６のステップ）。
【００３３】
処理部３１は、ステップＳ１１において、使用済燃料の交換回数が予め設定された設定交換回数に達していないと判定した場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、再びステップＳ２に進む。一方で、処理部３１は、ステップＳ１１において、使用済燃料の交換回数が設定交換回数に達していると判定した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、最適な配置パターン３５が導出できなかったとして、再びステップＳ１を実行して、新たな初期の配置パターン３５を生成する（ステップＳ１２）。
【００３４】
以上のように、図３に示す燃料配置方法は、二体交換法と焼きなまし法とを組み合わせて、使用済燃料の配置パターン３５を探索する方法となっている。
【００３５】
二体交換法と焼きなまし法とを組み合わせた本実施形態の燃料配置方法は、二体交換法のみを用いた燃料配置方法と比べると、標準偏差及び処理時間が改善されることが確認された。具体的に、二体交換法のみを用いた燃料配置方法により導出した配置パターン３５の標準偏差を１とすると、本実施形態の燃料配置方法は、標準偏差が、１／３程度となることが確認された。また、二体交換法のみを用いた燃料配置方法の処理時間を１とすると、本実施形態の燃料配置方法の処理時間は、１／６００程度となることが確認された。
【００３６】
以上のように、本実施形態では、図３に示す燃料配置方法とすることで、キャスク１１に対する使用済燃料の配置パターンの最適化を効率よく実行することができる。
【００３７】
また、本実施形態では、図３において、収束条件を、標準偏差がしきい値以下となる条件としている。このため、しきい値以下となる標準偏差の配置パターンを迅速に導出することができるため、配置パターンの最適化をより効率よく行うことができる。
【００３８】
また、本実施形態では、図３において、設定交換回数に達していると判定された場合には、最適な配置パターン３５が導出できなかったとして、再びステップＳ１を実行することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、（１）式の交換確率に基づいて、燃料交換を行うことができるため、交換回数が少なく、最適解から離れた状況では、ステップＳ７及びステップＳ８の実行を多くすることができ、交換回数が多く、最適解に近い状況に近づくにつれて、ステップＳ７及びステップＳ８の実行を抑制することができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、使用済燃料の物理量として、燃焼度に適用して説明したが、燃焼度、崩壊熱及び放射能の３つの物理量の標準偏差を用いてもよい。この場合、ステップＳ２における交換前燃料の選定では、３つの物理量のうち、標準偏差が最も大きい物理量の使用済燃料を選定し、ステップＳ３において、標準偏差が最も大きい物理量の標準偏差が小さくなる使用済燃料を交換後燃料として選定する。このように燃焼度、崩壊熱及び放射能の３つの物理量の標準偏差を用いることで、燃焼度、崩壊熱及び放射能のばらつきが抑制された配置パターンを導出することが可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  燃料貯蔵プール
１１  キャスク
１５  使用済燃料
２１  キャビティ
２２  バスケット
２４  セル
３０  最適化装置
３１  処理部
３２  記憶部
３５  配置パターン
３６  データ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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