(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心が中央炉心領域（２６）と、該中央炉心領域（２６）の外側を環状に囲い原子炉運転中の燃料バンドルの放射能曝露が該中央炉心領域（２６）より少ない外側炉心領域（２４）とを含む、原子炉の炉心（１０）用の燃料装荷データを作成する方法であって、
第１の燃料装荷サイクル時に他の炉心位置に移動させる対象である前記外側炉心領域（２４）の各燃料バンドル（１４）を表示する偶数サイクル燃料バンドル移動マップ（９２）を規定する段階を含み、
該偶数サイクル燃料バンドル移動マップ（９２）を規定する段階は、各燃料バンドル（１４）が装荷される炉心位置を表すＸＹ座標において、Ｘ座標数字及びＹ座標数字が共に偶数並びにＸ座標数字及びＹ座標数字が共に奇数となる座標位置を特定することにより該偶数サイクル燃料バンドル移動マップ（９２）を規定することを含み、
前記方法は、さらに、
前記第１の燃料装荷サイクルと交互に実施される第２の燃料装荷サイクル時に他の炉心位置に移動させる対象である前記外側炉心領域（２４）の各燃料バンドル（１４）を表示する奇数サイクル燃料バンドル移動マップ（９０）を規定する段階を含み、
該奇数サイクル燃料バンドル移動マップ（９０）を規定する段階は、各燃料バンドル（１４）が装荷される炉心位置を表すＸＹ座標において、Ｘ座標数字及びＹ座標数字の一方が奇数で他方が偶数となる座標位置を特定することにより該奇数サイクル燃料バンドル移動マップ（９０）を規定することを含み、
前記方法は、さらに、
前記第１の燃料装荷サイクルおよび前記第２の燃料装荷サイクルが少なくとも２回以上行われた際に前記各燃料バンドル移動マップで特定された前記外側炉心領域（２４）の各位置から、少なくとも２回の燃料装荷サイクルで使用されたために排出される予定のバンドルを特定する排出マップ（８４）を規定する段階と、
前の燃料装荷サイクルからの前記外側炉心領域（２４）の燃料バンドルのうちのどの燃料バンドルを、その後の燃料装荷サイクルの炉心の別の各位置のうちの１つに移動させるかを示す位置の入れ替え指示（１０４）を出す段階とを含み、前記第１の燃料装荷サイクル時に移動させる燃料バンドル（１４）は前記偶数サイクル燃料バンドル移動マップで移動させるよう特定した各燃料バンドルから選定され、前記第２の燃料バンドル装荷サイクル時に移動させるバンドルは前記奇数サイクル燃料バンドル移動マップで移動させるよう特定した各燃料バンドルから選定される
燃料装荷データを作成する方法。
【請求項２】
前記偶数サイクル燃料バンドル移動マップ（９２）および前記奇数サイクル燃料バンドル移動マップ（９０）は、それ以前に２回の燃料サイクルを経験した前記外側炉心領域（２４）の燃料バンドルの位置を特定し、前記排出マップ（８４）は３回目の燃料サイクルにかけられる燃料バンドルを受け入れる炉心位置を特定する請求項１記載の方法。
【請求項３】
各第１の燃料装荷サイクルにおいて、前記排出マップ（８４）に基づき、新燃料バンドル（１４）を受け入れる前記外側炉心領域（２４）における炉心位置を特定する炉心用偶数サイクル新燃料バンドル装荷マップ（８８）を規定する段階と、
各第２の燃料装荷サイクルにおいて、前記排出マップ（８４）に基づき、新燃料バンドル（１４）を受け入れる前記外側炉心領域（２４）における炉心位置を特定する炉心用奇数サイクル新燃料バンドル装荷マップ（８６）を規定する段階と、
第１の燃料装荷サイクル向けの前記偶数サイクル新燃料バンドル装荷マップに基づき新燃料装荷指示（１０４）を出す段階と第２の燃料装荷サイクル向けの前記奇数サイクル新燃料バンドル装荷マップに基づき新燃料装荷指示を出す段階とを含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記偶数サイクル燃料バンドル移動マップ（９２）で移動させることが特定された各燃料バンドルの燃料バンドル位置は、前記偶数サイクル新燃料バンドル装荷マップ（８８）において新燃料バンドルを受け入れるように特定された前記外側炉心領域（２４）における各燃料バンドル位置の一部である請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記偶数サイクルおよび奇数サイクル新燃料バンドル装荷マップで新燃料バンドルを受け入れるように特定されたすべての炉心位置と前記排出マップで排出するように特定されたすべての炉心位置を加算したものが炉心内の全燃料バンドル位置の合計と等しいかどうかを判定する段階（９８）をさらに含む請求項３記載の方法。
【請求項６】
連続する第１のおよび第２の燃料装荷サイクルに対し前記外側炉心領域（２４）における燃料バンドル位置の入れ替えの指示（１０４）を出すために、
前記偶数サイクル燃料バンドル移動マップ（９２）を規定する段階、
前記奇数サイクル燃料バンドル移動マップ（９０）を規定する段階、
前記排出マップ（８４）を規定する段階、及び
前記入れ替え指示（１０４）を出す段階
の連続的繰り返しを行う段階をさらに含む請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の燃料取り替えのための燃料炉心装荷に関する。本発明は詳細には、次の燃料サイクル中に、寿命の尽きた（「燃焼した」）燃料バンドルを撤去し、新燃料バンドルを設置し、炉心内で再使用する各既存燃料バンドルの位置を入れ替える炉心装荷戦略に関する。
【背景技術】
【０００２】
このＢＷＲの炉心は一連の燃料バンドルを備えている。各燃料バンドルは放射性物質で形成された複数の配列燃料棒を収容している。炉心内には、各バンドルに対する放射能曝露限界などの設計上の制約に基づいて、複数のバンドルが配置されている。炉心の放射能が原子炉内の水を加熱する。この原子炉は、一般にたとえば１年、１年半または２年のサイクル期間を有する燃料サイクルに従って運転している。原子炉は各燃料サイクルの終わりに運転を停止して燃料の取り替え、炉心および原子炉容器の保守、修理を行う。燃料取り替えの間、燃料バンドルが炉心から取り外され、再使用する各バンドルは現在の炉心位置にそのまま残されるかまたは次のサイクルの新しい炉心に位置を入れ替えられるか、また新しい燃料バンドルが炉心に設置される。
【０００３】
燃料装荷操作時は、原子炉容器上部のクレーンが燃料バンドルを移動させる。既存バンドルを移動するために、クレーンはそのバンドルの上部に位置し、バンドルを捕らえ、炉心の外へバンドルを持ち上げ、炉心をタンクかまたは新しい炉心位置に移動させ、バンドルをそのタンクかまたは新しい炉心位置に下げる。各燃料バンドルをクレーンで移動させるのには一般に数分が必要である。１つの炉心を装荷する過程で、いくつかのバンドルは、たとえば、炉心位置からタンクまでと新しい炉心位置に戻るまでとの２度移動される。これまでは、炉心装荷計画および炉心装荷マップが複雑であり、かつ炉心内の大方の燃料バンドルの移動を伴った。
【０００４】
炉心内には数百本のバンドルがある。全バンドルまたは大部分のバンドルだけを移動するには多くの日数が必要である。燃料装荷プロセスは完了するのに７日から１４日を要することが多く、３日未満で完了することは稀であった。バンドルの配置ミスは稀ではあるが、間違った炉心位置にバンドルを配置する危険性はバンドルの配置数の増加とともに増加する。炉心内で再配置する、たとえば位置を入れ替えるバンドルの数を低減する切実な必要性が長年ある。
【０００５】
炉心装荷戦略に従って、炉心内には複数のバンドルが配置されている。実行可能な炉心装荷戦略は一般に、炉心および燃料バンドルが必ず熱余裕（たとえば、限界出力比（ＣＰＲ）における加熱および各バンドルの全長に沿った加熱（ｋｗ／フィート））および反応度余裕（たとえば、ホットエクセス（ＨＯＴＥＸ）、運転停止余裕（ＳＤＭ）、サイクル終了時（ＥＯＣ）のエネルギ）に準拠するようにしている。炉心および各バンドルの熱余裕および反応度余裕に適合するために、燃料取り替え時の燃料バンドルの位置の入れ替えがしばしば用いられる。炉心装荷戦略は、燃料バンドルが必ず過大限界を超えないようにすることもできる。炉心装荷戦略は、燃料取り替えの各操作時に装荷する新燃料バンドルの位置と種類も決定する。
【０００６】
従来の炉心装荷戦略では、再使用するために大部分のまたはすべての曝露した燃料バンドルの位置を入れ替えることは一般に行われていなかった。大規模なバンドル位置入れ替えは、適当な熱および反応度余裕限界を与えるために行われた。過剰な位置の入れ替えは、炉心の燃料取り替えに必要な時間を増加させ、バンドルが間違った炉心位置に配置される危険性を増加させる。
【０００７】
炉心戦略は、熱および反応度余裕およびその他の炉心設計基準に準拠した「平衡状態」の炉心を設計目標として有していてもよい。「平衡状態」の炉心は、連続する燃料サイクル間で炉心内の炉心燃料の装荷の変化および炉心内のバンドルの曝露の変化が極めてわずかである。平衡状態の戦略は、同一の燃料バンドル装荷計画、新燃料の定義およびサイクル毎の燃料棒パターンの消耗を使用することを促す。炉心装荷への平衡状態のアプローチは、燃焼したバンドルが撤去されて新燃料が挿入される予定の炉心位置を最小限にし、また位置を入れ替えるバンドルを取り出し、配置する炉心位置は１つの炉心装荷サイクルから別の炉心装荷サイクルまで大きくは変わらない。平衡状態に達するには一般にいくつかの燃料装荷サイクル、たとえば、８から１０サイクルを要する。この平衡状態の炉心の装荷計画は、多数の燃料サイクルにわたって継続する炉心装荷戦略における望ましい達成目標に相当する。この「平衡状態」戦略は、経済的および計画的考慮事項のために製造業者や顧客が長期の炉心装荷戦略を作成するのを手助けする。平衡状態炉心装荷計画は、１つの炉心装荷戦略を他の炉心装荷戦略と比較するのに用いてもよい。
【０００８】
燃料バンドルを装荷するのに必要な時間を低減するためには、燃料取り替え各操作時に移動させる燃料バンドルを低減する方法およびシステムが必要である。燃料装荷の方法およびシステムは、新燃料バンドル、燃焼した燃料バンドルの撤去および２回または３回連続する燃料サイクル間でのバンドルの再使用に対する炉心装荷戦略を考慮する必要がある。撤去する燃焼したバンドルの選択、位置を入れ替える既存バンドルの特定と新しい炉心位置の決定、および新バンドルの選択とその炉心位置の特定は、炉心装荷戦略によって決定される。
【０００９】
炉心装荷プロセスを簡略化し、燃料バンドルの除去、位置の入れ替えおよび炉心内への燃料バンドル装荷を行うのに必要な時間を低減する炉心装荷戦略に対する切実な必要性が長年ある。また、低減された装荷サイクル数で平衡状態に達し、連続する装荷サイクル間で炉心装荷の変更が少ない平衡状態に達する炉心装荷戦略に対する切実な必要性も長年ある。
【特許文献１】米国特許第号６７４８３４８
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
炉心が一連の燃料位置を含む、原子炉の炉心用の燃料装荷データを発生する方法であって、偶数の燃料装荷サイクル時に他の炉心位置に移動させる各燃料バンドルの偶数サイクル燃料バンドル移動マップを規定する段階と、奇数の装荷サイクルと偶数の装荷サイクルが交互に行いかつ連続する炉心燃料取り替えサイクルである奇数の装荷サイクル時に他の炉心位置に移動させる各燃料バンドルの奇数サイクル燃料バンドル移動マップを規定する段階と、偶数サイクルおよび奇数サイクルの各燃料バンドル移動マップで特定された各位置からバンドルを受け入れる別の各位置を特定する排出マップを規定する段階と、前の燃料サイクルからの燃料バンドルのうちのどの燃料バンドルを、その後の燃料サイクルの炉心の別の各位置のうちの１つに移動させるかを示す位置の入れ替え指示を出す段階とを含み、偶数の燃料装荷サイクル時に移動させるバンドルは偶数サイクルバンドル移動マップで移動させるよう特定した各燃料バンドルから選定され、奇数の燃料装荷サイクル時に移動させるバンドルは奇数サイクル燃料バンドル移動マップで移動させるよう特定した各燃料バンドルから選定される燃料装荷データを発生するための方法が開発された。
【００１１】
この方法はさらに、それ以前に２回の燃料サイクルを経験した燃料バンドルの位置を特定する偶数サイクル移動マップと奇数サイクル移動マップを準備する段階を含んでいてもよく、また排出マップは３回目の燃料サイクルにかけられる燃料バンドルを受け入れる炉心位置を特定する。この方法は追加の段階、すなわち、各偶数燃料装荷サイクルにおいて、新燃料バンドルのための位置を特定する炉心用偶数新燃料装荷マップを規定する段階と、各奇数燃料装荷サイクルにおいて、新燃料バンドルのための位置を特定する炉心用奇数新燃料装荷マップを規定する段階と、偶数燃料装荷サイクル向けの偶数新燃料装荷マップに基づき新燃料装荷指示を出す段階と奇数燃料装荷サイクル向けの奇数新燃料装荷マップに基づき新燃料装荷指示を出す段階とを含んでもよい。
【００１２】
炉心が一連の燃料位置を含む、原子炉向けの平衡状態炉心装荷戦略を作成するための方法であって、偶数燃料装荷サイクル時に、偶数燃料装荷サイクル向けの燃料装荷マップを、偶数サイクル新燃料装荷テンプレート、移動される予定のバンドルの燃料位置を特定する偶数サイクルバンドル移動テンプレート、および撤去される予定の２回使用した燃料バンドルの燃料位置を特定する排出マップに基づき発生する段階と、奇数燃料装荷サイクル時に、偶数燃料装荷サイクルと交互に行いかつこのサイクルと連続する奇数燃料装荷サイクル向けの燃料装荷マップを、奇数新燃料装荷テンプレート、および奇数移動テンプレート、および撤去される予定の２回使用した燃料バンドルの燃料位置を特定する排出マップに基づき発生する段階と、発生した偶数サイクル燃料装荷マップと、この偶数サイクル燃料バンドル装荷マップで特定された各燃料バンドルの曝露レベルに関するデータとに基づき偶数サイクル燃料バンドル曝露マップを発生する段階と、発生した奇数サイクル燃料装荷マップと、この奇数サイクル燃料装荷マップで特定された各燃料バンドルの曝露レベルに関するデータとに基づき奇数サイクル燃料バンドル曝露マップを発生する段階と、少なくとも偶数燃料装荷サイクルと奇数燃料装荷サイクルの２つの連続するループに対して、燃料装荷マップおよび燃料バンドル曝露マップを発生するステップを繰り返す段階と、２つの連続する偶数サイクルについて各偶数サイクル燃料バンドル曝露マップを比較し、各曝露マップが所定の類似性レベル以内にあることによって収束しているかどうか判定する段階と、連続する偶数サイクル燃料バンドル曝露マップが収束していない場合は、少なくとも偶数燃料装荷サイクルと奇数燃料装荷サイクルの２つの連続するループに対して、燃料装荷マップおよび燃料バンドル曝露マップを発生し、連続する偶数サイクル燃料曝露マップを比較するステップを繰り返す段階と、連続する偶数サイクルのファンネルが収束している場合は、炉心用平衡状態燃料装荷戦略を報告する段階とを含む平衡状態炉心装荷戦略を作成するための方法が開発された。
【００１３】
原子炉向けの、核燃料バンドルの炉心内の位置を特定する一群の炉心マップであって、奇数サイクルおよび偶数サイクルは交互に行われかつ連続する炉心燃料取り替えサイクルである、新燃料バンドルを受け入れる炉心位置の偶数サイクル新燃料マップと、新燃料バンドルを受け入れる炉心位置の奇数サイクル新燃料マップと、他の位置に移動されるバンドルの偶数サイクル移動マップと、他の位置に移動されるバンドルの奇数サイクル移動マップと、偶数サイクルおよび奇数サイクル各移動マップで特定された位置からバンドルを受け入れる他の位置を特定する排出マップとを備える一群の炉心マップが開発された。偶数サイクル移動マップおよび奇数サイクル移動マップは、それ以前に２回の燃料サイクルを経験した燃料バンドルの位置を特定し、かつ排出マップは３回目の燃料サイクルにかけられる燃料バンドルを受け入れる炉心位置を特定する。さらに、この偶数サイクル移動マップは偶数サイクル新燃料マップの一部分でもよく、この一部分は、新燃料マップ内のこの一部分ではない新燃料位置に対して炉心内で半径方向外側に向かって配置される。
【００１４】
偶数サイクルおよび奇数サイクル新燃料マップで新燃料バンドルを受け入れるように特定されたすべての炉心位置と排出マップで排出するように特定されたすべての炉心位置とを加算したものは炉心内の全燃料バンドル位置の合計と等しい。偶数サイクル移動マップで移動させることが特定された各燃料バンドル位置は、奇数サイクル移動マップで移動させないように特定された燃料バンドルと同じ位置にあってもよい。また、偶数サイクルおよび奇数サイクル各移動マップで特定された燃料バンドルだけが、連続する偶数および奇数の燃料装荷サイクル時に他の炉心位置に移動させることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１はＢＷＲの炉心１０のすべてをカバーする２次元概略図である。この炉心は数百の制御セル１２を備えている（点線の円で示した）。各制御セルは制御ブレート１７の周りに配置された４つの燃料バンドル１４を含む。図を簡単化するために、図１において制御ブレートと制御セルはそれぞれ１つだけ示す。代表的な炉心では、燃料バンドルのすべてまたは大部分が制御セル内に配置されている。炉心１０はそれぞれの燃料バンドルが特定の配列位置を割り当てられた２次元配列で配置されている。
【００１６】
炉心内の各バンドル位置は、炉心装荷時に実行される炉心装荷計画によって決定され、一方、ＢＷＲはオフラインであり、寿命が切れた燃料バンドルを撤去し、新燃料バンドルを装荷し、次のサイクルで再使用するバンドルの位置を入れ替えるために炉心に接近することができる。炉心上部のクレーン１６は、炉心内の適切な位置に各燃料バンドルを移動させる。このクレーンは一般に燃料バンドルを連続して、たとえば、１回に１つ移動させる。原子炉炉心近くのタンク１８は、燃料バンドルを一時的に保管するのに使用される。クレーンはタンクに移動されて燃焼した燃料バンドルを廃棄し、新バンドルをつかむ。
【００１７】
タンクと炉心の間の移動は（各炉心バンドル位置間の移動と比べで）比較的距離が長く、クレーンの移動に比較的長い期間が必要である。同様に、クレーンにとって炉心の広い区域を横断することは、炉心内の隣接するあるいは近くの燃料バンドル位置間をクレーン移動することよりも長いクレーン使用時間を要する。タンクと炉心の間および炉心の広い区域を通るクレーン移動の回数を低減することは、一般に燃料バンドルを炉心内に装荷するのに必要な合計時間の低減をもたらす。
【００１８】
本明細書では、各クレーンが移動するときの、位置を入れ替えるバンドルの数、炉心とタンクの間の往復、および炉心を横切って移動する平均距離を低減する位置入れ替えのアルゴリズムが開示されている。この位置入れ替えのアルゴリズムは、たとえば炉心から撤去されタンクに移動される燃焼した燃料バンドルの炉心位置および新燃料バンドルを受け入れる炉心位置をそれぞれ特定する炉心マップ、たとえば、図２および図３を発生する。大多数の新燃料バンドルは、燃焼した燃料バンドルが撤去される炉心位置に配置されることになる。クレーン１６が燃焼した燃料バンドルを炉心から撤去し、タンク１８に移動し、そこで燃焼した燃料バンドルを位置２０の炉心内に置き、タンクから新たに空になった炉心位置に振り向けられる新燃料バンドル２２をつかみ、それから移動して炉心に戻り数分前に燃焼した燃料バンドルを撤去した同じ炉心位置に新バンドルを設置する。炉心とタンク間の１回の移動で、クレーンは燃焼した燃料バンドルをタンク内に預け、炉心用の新バンドルをつかむ。位置入れ替えのアルゴリズムが発生した炉心マップは、クレーンが各移動中に燃焼した燃料バンドルを降ろし新バンドルを拾い上げる計画を立てることによりタンクと炉心間の移動を低減する。
【００１９】
炉心内で空いている燃料バンドル位置はたったの１つであるため、間違った炉心位置に新バンドルを配置する危険性は最小限になる。クレーンは燃焼した燃料バンドルの撤去と新燃料バンドルの設置を交互に行う。クレーンは多数の燃焼した燃料バンドルを再移動させこれによって多数の炉心位置を空けておく必要はない。空いた燃料バンドル炉心位置が多数あると、間違った炉心位置に燃料バンドルが配置される危険性が増加する。
【００２０】
炉心を装荷するのに必要な期間は、一部は、１つの炉心位置から別の炉心位置へ位置を入れ替える燃料バンドルの数によって変わる。位置が入れ替えられる燃料バンドルの数が、燃料装荷時に再使用する各バンドルの大部分、たとえば５０％超は１つの炉心位置から別の炉心位置へ位置が入れ替えられないというように低減される場合は、炉心を装荷するのに必要な期間は大幅に、たとえば、位置の入れ替え時間の５０％超かつ８５％も低減することができる。
【００２１】
本明細書で開示された位置入れ替えのアルゴリズムは位置を入れ替える燃料バンドルの数を低減する。位置の入れ替えとは、前の装荷サイクルで使用した燃料バンドルをその後の装荷サイクルで使用するため新しい炉心位置に移すことである。位置入れ替えの回数は、一部は、燃焼した燃料バンドルの大部分を新しい燃料バンドルと交換することによって低減される。燃焼したバンドルの撤去および新バンドルの設置は位置の入れ替えを必要としない。
【００２２】
この位置入れ替えのアルゴリズムは、さらに、位置入れ替えの大部分を炉心の外側環状領域２４に限定することによって位置入れ替え操作数を低減する。この外側環状領域２４は、少なくとも３回の燃料装荷サイクルにおいて使用されるそれらの燃料バンドルによって境界を定めてもよい。外側の炉心環状領域は、３回目の燃料サイクルの燃料バンドルが設置される炉心の周辺２５における炉心位置を含まない。
【００２３】
燃料取り替え操作の間、外側の環状領域２４内の燃料バンドルは、最後の燃料サイクルと同じ炉心位置にとどまるか、または炉心の周辺２５における炉心位置に位置を入れ替えられる。新燃料バンドルは、周辺に位置を入れ替えるためにバンドルが取り外された炉心位置に設置される。外側の炉心領域２４内の新燃料バンドルは２回のサイクルの間は同じ炉心位置にとどまり、その後３回目のサイクルに対しては周辺の位置に位置が入れ替えられる。
【００２４】
外側炉心領域２４では、原子炉運転中の燃料バンドルの放射能曝露は、中央炉心領域２６のバンドルの放射能曝露より少ない。燃料バンドルの運転上の寿命は、炉心内のバンドルの曝露レベルおよび運転時間によって変わる。曝露レベルが高い燃料バンドル（中央炉心領域２６で起こる）は、燃料サイクルがただの２回で最大許容曝露レベルに達するため、運転上の寿命は２回の燃料装荷サイクルである。中央炉心領域２６内の燃料バンドルは３回の燃料サイクルにわたって運転されることはないだろう。外側の炉心領域２４内の燃料バンドルが受ける放射能曝露はより少ない。外側の炉心領域内の燃料バンドルは、より長い３回の燃料装荷サイクルの運転時間を有している。
【００２５】
外側環状領域の内側にある中央炉心領域２６は、寿命がたった２回の燃料装荷サイクルである燃料バンドルで構成されている。位置入れ替えのアルゴリズムを用いれば、中央炉心領域内の燃料バンドルは、炉心中央のバンドル２８以外は位置を入れ替えない。中央炉心領域の燃料バンドルは、撤去されて新バンドルと交換されるか、または２回目の燃料サイクルのために現在の炉心位置にそのまま残される。中央の燃料バンドル２８は一般に、炉心中央のバンドルの曝露レベルが高いため、各装荷サイクル時に位置が入れ替えられる。
【００２６】
各燃料取り替え時に、（中央バンドル２８以外の）中央炉心領域２６の燃料バンドルの半分が取り替えられ、バンドルの残り半分は動かさない。各炉心装荷操作時に移動した半分の燃料バンドルは、各連続する装荷操作時に切り替わる。たとえば、交互の炉心位置にある燃料バンドルは中央炉心において撤去してもよい。
【００２７】
図２および図３は、炉心１０の４分の１部分を示し、燃料バンドル位置の半分が各炉心装荷操作時に撤去および交換される中央炉心領域２６の模範的な装荷パターンを図示したものである。図２および図３に示される炉心は同じ炉心である。図２は、１サイクル、たとえば、奇数サイクルのＢＯＣのときの各バンドルを示し、図３は、次のサイクルである偶数サイクルのＢＯＣのときの同じ炉心を示す。図２および図３は、１つのサイクルの初め（ＢＯＣ）の各バンドルの燃料バンドル平均曝露（ＧＷＤ／Ｔ）を示す。新バンドルは曝露がないため「０．０」で表す。再使用するバンドルは曝露値がゼロより大きい、たとえば、２３．２、２２．５および３９．８であり、最大ＢＯＣ曝露閾値、たとえば、４０．０より十分に低い。これらのＢＯＣ曝露値は、前の１または２サイクルの間のバンドルの放射能曝露量を示す。ＢＯＣにおいて、中央領域２６内の曝露したバンドルは前の燃料サイクル時は炉心内にあった。外側炉心領域２４内の曝露したバンドルは、前の１または２燃料サイクル内のものでもよい。
【００２８】
設計上の制限はＢＯＣの各バンドルに対し曝露限界を課している。この曝露限界はバンドルによって変わり、周辺に向かうバンドルはより高いＢＯＣ曝露限界、たとえば、４０．０以上を有し、炉心中央の各バンドルはより低いＢＯＣ曝露限界、たとえば、２４．０を有する。このＢＯＣ曝露限界は、１つのバンドルがサイクルの終わり（ＥＯＣ）において曝露限界、たとえば、４４．０を超えない曝露値を有するように決定してもよい。
【００２９】
中央炉心領域２６から撤去される燃料バンドルのパターンは、模様上の「白」の位置と模様上の「黒」の位置が交互になった市松模様と同じでよい。１つの炉心装荷操作の間、中央炉心領域の「白」の位置にある燃料バンドルは原位置に残り、「黒」の位置の燃料バンドルはタンク１８に移動され新燃料バンドル２２と交換される。次の炉心装荷操作の間は、中央炉心領域の「黒」の位置にある燃料バンドルは原位置に残り、「白」の位置の燃料バンドルはタンク１８に移動され新燃料バンドル２２と交換される。それぞれの連続する炉心装荷操作の間、中央炉心領域２６の炉心装荷は白から黒へ前後に切り替える。
【００３０】
同様に、外側炉心領域２４（周辺２５は含まない）内の燃料バンドルは、「白」位置上の燃料バンドルは３回目のサイクルのために周辺に位置が入れ替えられて新バンドルと交換され、また「黒」の位置のバンドルは２回目のサイクルのために原位置に残される市松模様に配置してもよい。次のサイクルでは、白の位置のバンドルは２回目のサイクルのために所定位置に残され、黒の位置のバンドルは周辺に位置が入れ替えられて新バンドルと交換される。
【００３１】
図２および図３は、中央炉心領域２６内に市松模様に配置された新燃料バンドル（０．０）を示すＢＯＣ炉心曝露マップである。図２および図３を比較すると、新バンドルの位置が市松模様上で切り換わっていることが示される。図２は、或る炉心装荷操作に対して新燃料バンドル位置をマッピングするのに使用してもよく、図３は、次の炉心装荷操作に対して新燃料バンドル位置をマッピングするのに使用してもよい。次の連続する炉心装荷操作（３番目の操作）は、中央炉心領域２６における図２に示す位置に装荷される新しい炉心であろう。
【００３２】
炉心内の白および黒の各位置の別の表示法は、炉心位置を奇数位置および偶数位置と呼ぶ方法である。炉心位置は、図１に示す炉心線図の左側および上部の余白に沿った１から３０の座標数を参照することによって特定することができる。たとえば、中央バンドル位置２８は１６−１６位置として表示される。偶数の炉心位置は２つの偶数または２つの奇数である一対の座標数字によって計画される（以下、この「偶数の炉心位置」を「偶数」或いは「黒」と呼ぶ。）。奇数の炉心位置は、１つの奇数および１つの偶数を含む一対の座標数字によって表示される（以下、この「奇数の炉心位置」を「奇数」或いは「白」と呼ぶ。）。
【００３３】
最初の燃料装荷サイクルにおいて、中央領域２６および外側炉心領域２４内の奇数の炉心位置（図２）の燃料バンドル（中央バンドル２８および周辺のバンドルは含まない）は炉心装荷操作時に移動されない。中央領域２６内の偶数の炉心位置（図３）のバンドルは撤去されて新バンドルと交換され、また外側の炉心領域２４のバンドルは周辺に位置が入れ替えられる。次の燃料装荷操作（１つの燃料装荷サイクルの後に起こる）時に、中央領域および外側領域２４、２６内の偶数の炉心位置のバンドルは、炉心装荷操作時に移動されない。奇数の燃料装荷サイクル時に、中央領域内の奇数の炉心位置のバンドルは撤去されて新バンドルと交換され、また外側の炉心領域のバンドルは周辺に移動される。
【００３４】
周辺のバンドルは各燃料取り替えサイクルにおいてタンクに移動される。炉心中央のバンドル２８は周辺に位置が入れ替えられるかまたはタンクに移動される。本明細書で開示された位置入れ替えのアルゴリズムによって、位置が入れ替えられるバンドルは、外側炉心領域２６内のバンドルおよび場合により炉心中央のバンドル２８の２分の１に限定されている。
【００３５】
従来の技術では燃料バンドルを交換する偶数−奇数（黒対白）炉心装荷戦略が使用されてきた。本発明者の知る限りでは、偶数−奇数炉心装荷戦略の従来の使用は、一連の燃料装荷サイクル用の炉心装荷計画を発生する規定の位置入れ替えのアルゴリズムと一緒に使用されず、また複数の燃料装荷サイクルのためのまたは平衡状態をえるための炉心装荷戦略を発生するアルゴリズムの一部ではなかった。
【００３６】
本明細書で開示された位置入れ替えのアルゴリズムを用いて、一般に外側炉心領域２４内の燃料バンドルの位置を入れ替える。内側炉心領域２６内の燃料バンドルは、燃料装荷操作毎に位置を入れ替える中央の燃料バンドル位置２８を例外として、一般に位置を入れ替えない。したがって、位置の入れ替えは主に数を低減した一組の炉心位置に対し、炉心の限定された区域において行われる。
【００３７】
図４は、１つの炉心位置から他の炉心位置に位置が入れ替えられる燃料バンドルを示す線が記された炉心の４分の１部分の模範的な図である。図がごちゃごちゃになるのを減らすためにすべての位置入れ替えの線は記されているわけではない。図４で、位置が入れ替えられるバンドルは下線が引いてあり、位置が入れ替えられたバンドルと交換される２度燃焼したバンドルは丸で囲った。このマップは、位置が入れ替えられる燃料バンドルはたいてい外側炉心領域２４に限定され、図５に示す従来の位置入れ替えと比較して比較的少ないバンドルが位置を入れ替えられることを示している。図４に示す位置入れ替えマップは、本明細書に開示された位置入れ替えのアルゴリズムを用いて発生された。
【００３８】
図５は、対比を目的として、１つの炉心位置から他の炉心位置に移動されるバンドルを示す線が記された従来の位置入れ替えマップを示す。この従来の位置入れ替えマップは、図４に示す位置入れ替えマップと比べて、実質上より多数の位置が入れ替えられるバンドルと炉心を横断する距離がより長いバンドルとを有する。従来の手法では、図５に示すような多数の燃料バンドルの位置入れ替え（特に新バンドル装荷に対する奇数対偶数の従来のやり方に関し）を常に行っているわけではないとはいえ、図５は燃料装荷サイクル時に従来行われている燃料バンドルの大規模な位置入れ替えを代表している。
【００３９】
図４と図５を比較すると、本明細書で開示された位置入れ替えのアルゴリズムを用いることによって、発生した燃料取り替え戦略におけるバンドルの位置の入れ替え数が、図５に示した位置の入れ替え数に比較して低減することが示される。本明細書で開示された位置入れ替えのアルゴリズムを用いることによって、位置の入れ替え数は大幅に、たとえば、ほぼ８６％低減され、図５に示した位置の入れ替えマップと比較して図４に示した位置の入れ替えマップを発生した。さらに、図４に示す位置の入れ替えは、バンドルが、図５に示す位置の入れ替えの距離と比較して炉心を横切る比較的短い距離を移動することを要求している。位置の入れ替え数および位置の入れ替えの距離を短縮することにより、燃料装荷による運転停止時間を数日短縮、たとえば、３日から５日節減することができる。いくつかのＢＷＲは１日あたり百万米ドルの収益を生み出すと推定されている。その推定を用いれば、運転停止時間を３日間低減することによってＢＷＲの各燃料装荷サイクルにつき３百万米ドルの収益が増加する。
【００４０】
図６は模範的な燃料バンドル１４を図示している。炉心は一般に２００から１２００の燃料バンドルを備えている。各バンドルは、一般的に直線の燃料棒の行列内で一般にお互いに平行に伸びている複数の燃料棒３２を囲む外側チャネル３０を備えている。この燃料棒３２は、燃料棒およびチャネルの全長に沿って各種の垂直高にあるスペーサ３４によってお互いに間隔をおき水平に配置されている。バンドルはクレーンで釣って炉心またはタンクの外へバンドルを持ち上げ、炉心上部の位置にバンドルを移動させ、炉心またはタンク内の新しい位置にバンドルを下げるハンドル３６を備えている。
【００４１】
燃料バンドル１４は特別の操作特性、たとえば、熱余裕および反応度余裕を有していてもよい。バンドルのこれらの特性は、バンドル内に装荷される燃料棒の種類および配置によって変わる。各バンドルは異なった特性、たとえば、燃料棒組成を有しているので、１つのバンドルは別のバンドルと必ずしも容易には置き換えられない。同じ特性を有する燃料バンドルは同一タイプであると呼ばれる。１つの炉心は一般にいくつかの、たとえば７つ以上のタイプの燃料バンドルを有している。各燃料バンドル位置にどのタイプの燃料バンドルを置くかについて決定がなされる。この決定は位置入れ替えのアルゴリズムの外側で行ってもよい。位置入れ替えのアルゴリズムへの入力として入力マトリックスを与えてもよい。模範的な入力マトリックスが図１０の８２の位置に示されている。この入力マトリックスは、炉心内の各バンドル位置に対し燃料バンドルタイプ、たとえば、１〜７を規定する。入力マトリックスは位置入れ替えのアルゴリズムに関する制限である。このアルゴリズムは、各炉心位置に対する入力マトリックスで規定された燃料タイプを有するバンドルを装荷する計画を立てる炉心装荷戦略を発生する。
【００４２】
図７はＢＷＲのサイクル毎の運転停止作業の方法の流れ図５０である。ステップ５２で、ＢＷＲは、一般に１〜２年、たとえば、１２〜２４ヶ月の運転中に発電用の水蒸気を生成する。ＢＷＲの予定された運転停止は各燃料サイクルの終わり（ＥＯＣ）に起こる。原子炉が運転を停止した後、保守、修理および燃料装荷のためステップ５４で原子炉容器が分解され、原子炉炉心が開放される。原子炉の分解は一般に３〜４日の工程である。原子炉への接近がいったん可能になると、炉心の制御棒およびその他部品に関し保守作業が行われる。ステップ５６で、燃料バンドルを撤去し、制御棒およびその他部品へのアクセスを設けて、ステップ５８で検査、修理および交換を行ってもよい。一般にステップ５６および５８で、燃料バンドルを撤去し、炉心構成部品の検査、修理および交換を行うには３〜５日が必要である。
【００４３】
炉心は、炉心に関する保守作業が完了した後に燃料装荷工程の準備が整う。ステップ６０で、燃焼した燃料バンドル（たとえば、ＥＯＣ曝露限界、たとえば、４４．０にあるまたはこの限界に近いバンドル）が炉心から撤去され、新バンドルが炉心内に装荷され、再使用されるバンドルは現在の炉心位置にとどまるか、または新しい位置に位置が入れ替えられる。クレーンは一般に燃料バンドルを炉心とタンク間で移動させ、炉心内の新しい位置にバンドルの位置を入れ替えるのに使用される。燃料バンドルを移動させるための従来の燃料装荷操作は一般に７日から１４日を要するのに対して、燃料バンドルの移動は本明細書で開示された位置入れ替えのアルゴリズムを用いて３日に（それより少ない日数にも）短縮することができる。位置入れ替えのアルゴリズムは、位置を入れ替えるバンドルの数を低減し、炉心を横切って位置を入れ替えるバンドルを移動させる距離を低減するのに使用してもよい。位置入れ替えの操作は、本明細書で開示した位置入れ替えのアルゴリズムを使用しない従来の装荷操作における３〜７日と比較して半日の操作に低減してもよい。
【００４４】
ステップ６２で、燃料バンドルが炉心内に装荷され、すべての保守および検査操作が炉心内で完了した後、原子炉容器が組み立てられる。ステップ６４で、原子炉は運転開始手順を実行し、次のサイクルを始める。次のサイクルの開始時、炉心はサイクルの初め（ＢＯＣ）にある。ステップ５２で、原子炉は燃料サイクルを繰り返すように新たに１〜２年間電力を生成する。この燃料サイクルはＢＷＲの寿命の間ずっと繰り返される。本明細書で開示された位置入れ替えのアルゴリズムはＢＷＲのサイクルをシミュレートし、時間的に類似したサイクル間の各燃料マップおよび装荷戦略の間の差がごくわずかである平衡状態のサイクルを期待している。平衡状態燃料装荷マップは燃料装荷戦略に用いる目標である。
【００４５】
図８は、本明細書で開示された位置入れ替えのアルゴリズム７０の模範的な実施形態の流れ図である。本明細書の位置入れ替えのアルゴリズム７０は、ＢＷＲの一連の燃料装荷サイクルの間の燃料バンドルの位置入れ替えを最小限にする炉心装荷計画を作成するためのプロセス、方法、および設計戦略の一部であってもよい。このアルゴリズム７０は、重要な運転パラメータのユーザ入力制御を提供する実行可能なコンピュータプログラムにコード化してもよい。このコンピュータプログラムはＢＷＲの炉心設計を開発するのに用いたコンピュータ上で実行してもよい。
【００４６】
位置入れ替えのアルゴリズムは、連続する炉心装荷サイクルで使用するための交互に起こる炉心燃料装荷のマップを発生する。この炉心マップは中央領域および外側炉心領域を有しており、各領域内では新燃料バンドルと２回目のサイクル用に保持されるバンドルの各位置がパターン化されて配置されている。これらの炉心中央領域の装荷パターンは、１つの装荷サイクルから他の装荷サイクルに反転してもよい。図２および図３を比較すると、連続する炉心装荷サイクルの各炉心装荷マップの例が示される。図２および図３の各炉心装荷マップはそれぞれが中央領域２６を有し、炉心装荷は燃焼したバンドルの撤去と、燃焼したバンドルが取り替えられるのと同じ場所への新バンドルの設置に限定されている。新バンドルの装荷パターンは図３の装荷パターンの鏡像関係のパターンである。
【００４７】
各バンドルが位置を入れ替えられない中央炉心領域を限定することにより、大部分の炉心位置、たとえば、全炉心位置のおおむね８６％が位置の入れ替えから除外される。各バンドルが位置を入れ替えられる外側環状領域２４内および各バンドルが位置を入れ替えられない中央炉心領域２６内（炉心中央２８以外）にそれぞれ炉心を分けることによって、各炉心装荷操作時に行われる位置の入れ替えの回数が低減され、位置の入れ替え操作に必要な時間が低減される。
【００４８】
図９は位置入れ替えのアルゴリズム７０の制御入力７４の一実施例の図である。ステップ７２において、この制御入力はアルゴリズム内にロードされアルゴリズムに対して炉心を定める。制御入力は、炉心の４分の１部分の縦列および横列の数、および各装荷サイクル時にこの４分の１の炉心部分に装荷する新バンドルの数、炉心の４分の１部分のバンドルの合計数、および熱水力学的のタイプを規定してもよい。この熱水力学的のタイプは、炉心内の燃料バンドルのタイプを指定する入力であり、ユーザが規定してもよい。入力７４は、燃料装荷サイクルの数、たとえばループを含む２を規定してもよい。図２および図３は、その他のあらゆる新燃料装荷マップが実質的に同じである２つのサイクルのループを示す。ループは、新燃料バンドルを装荷するパターンを変えるのに用いられる燃料装荷サイクルのシーケンスである。
【００４９】
ユーザは、炉心装荷マップが新燃料バンドル装荷の「奇数」パターンなのかあるいは「偶数」パターンなのかを規定してもよい。この奇数と偶数の選択は２つのサイクルのループを仮定している。このループが３つ以上のサイクルを含む場合、装荷の選択は１、２、３等（奇数および偶数ではない）の１つでよい。ステップ７６で、装荷パターン、たとえば、奇数か偶数か、の選択は手作業で行えばよい。ユーザの位置入れ替えアルゴリズムの設定は奇数か偶数かを選択するだけでよいが、位置入れ替えのアルゴリズム用の他の入力パラメータを見直し、変更してもよい。奇数または偶数の装荷方式の選択は以前の装荷サイクルが奇数か偶数かを示し、次のサイクルに反対の装荷パターンを選択するデータをもとに自動的に行ってもよい。
【００５０】
図９の入力には、炉心内の燃料バンドルの前の繰り返しを定める入力ファイルが含まれていてもよい。これらの入力ファイルは、燃料サイクル時の炉心およびその燃料バンドルの状態を確実に予測する従来の炉心シミュレーションプログラムによって発生してもよい。このシミュレーションプログラムは燃料サイクル時の炉心内燃料バンドルの状態に関するデータを発生する。このデータは、位置入れ替えのアルゴリズム７０が使用して次の燃料取り替えサイクルの燃料装荷マップを発生する。
【００５１】
各入力ファイルは先頭の新バンドルの特性、ＢＯＣ棒、ＢＯＣ記述子、ＥＯＣ棒およびＥＯＣ記述子を含み、位置入れ替えマップを発生する時に位置入れ替えのアルゴリズムが使用する制約を提供してもよい。たとえば、先頭の新バンドルの特性は、特殊燃料バンドル再装荷操作で加えられるすべてのバンドルに用いられる共通の記述子、たとえば、「Ｃ０５」、ＢＯＣ棒ファイル、たとえば、「ｒｏｄｓ．ｃｅｄ」であり、前の燃料サイクルにおける燃料サイクルの初め（ＢＯＣ）における燃料バンドルに関しデータ、たとえば、曝露値を参照し、またＥＯＣ棒ファイルは、燃料バンドル、たとえば、サイクルり終わり（ＥＯＣ）におけるバンドル曝露値に関するデータであり、ＢＯＣおよびＥＯＣの各記述子ファイルは、炉心内の燃料バンドルのそれぞれに対する記述子、たとえば、バンドルのハンドル番号を特定するデータファイルである。炉心シミュレータはＢＯＣおよびＥＯＣの各棒に対するデータファイルを発生してもよい。
【００５２】
ステップ７８では、位置入れ替えアルゴリズムへの入力として炉心の各燃料バンドル戦略マップがロードされる。これらのマップは、バンドル位置入れ替えのアルゴリズムが次の燃料サイクルで移動できないバンドルがある燃料位置、新バンドルを受け入れる位置、排出される予定のバンドルの位置、および移動される予定のバンドルの燃料位置はそれぞれどれであるかを決定するのに使用するテンプレートである。
【００５３】
図１０および図１１は模範的な戦略マップである。この戦略マップは、炉心内のすべての燃料バンドル位置を特定する燃料位置マップ８０（このマップで、「１」は燃料バンドルの位置を、「０」は燃料バンドルのない位置および炉心外の位置をそれぞれ示す）、炉心の各位置における燃料バンドルタイプを特定する燃料タイプマップ８２（このマップで、数字１から７は、各炉心燃料バンドル部位に燃料の７つの可能なタイプのうちどれが配置されることになるのかを表している）、３回の燃料サイクルを経験したため撤去される燃料バンドルを有する炉心位置を特定する燃料排出位置マップ８４（このマップで、「１」は３回目の燃料サイクルを完了する燃料バンドルを有する位置を示す）、奇数サイクル用の新バンドル位置マップ８６（このマップで、「１」は新バンドルが設置されることになる位置を、「０」は２回目の燃料サイクルのためにそれらの現在位置にとどまる燃料バンドルを示す）、偶数サイクル時の新燃料バンドル位置マップ８８（このマップで、「１」は新バンドルが設置されることになる位置を、「０」は２回目の燃料サイクルのためにそれらの現在位置にとどまる燃料バンドルを示す）、２回の燃料サイクルを経験し、３回目のサイクルのために周辺（マップ８４参照）に位置を入れ替えられることになる燃料バンドルの炉心位置を示す奇数サイクル用２度燃焼した燃料マップ９０（奇数サイクル燃料バンドル移動マップとも呼ぶ）（このマップで、「１」は２度燃焼した燃料バンドルの位置を示す）、および２回の燃料サイクルを経験し、３回目のサイクルのために周辺（マップ８６参照）に位置を入れ替えられることになる燃料バンドルの炉心位置を示す偶数サイクル用２度燃焼した燃料マップ９２（偶数サイクル燃料バンドル移動マップとも呼ぶ）（このマップで、「１」は２度燃焼した燃料バンドルの位置を示す）を含んでいてもよい。これらのマップ８０〜９２は、炉心内の、新バンドルが設置される位置、２回目のサイクルで再使用されるバンドルが現在位置にとどまるその位置、および３回目のサイクルで再使用するため位置が入れ替えられる燃料バンドルの位置をそれぞれ特定している。別々の燃料バンドルテンプレートの対象に対してではあるが、２回の燃料サイクルの後に排出される、たとえば、タンクに移動される燃料バンドルは、２度燃焼した燃料マップにも含まれない新燃料バンドル位置マップの対象である。
【００５４】
ステップ９４で、燃料バンドル装荷戦略マップ８０〜９２はユーザかまたは使用最適化ツールによって変更してもよい。この最適化ツールは、マップ８０〜９２の１つまたは複数をかき乱すコンピユータソフトウェアプログラムでもよい。かき乱されたマップは位置入れ替えのアルゴリズムに対する入力となり、強化された装荷戦略を導くことができるかどうか決定する。最適化ツールの例は、全体が参照によって組み込まれている共通に譲渡され、同時係属中の米国特許出願第１１／６１０１９７に開示されている。たとえば、最適化ツールは、各バンドル位置において燃料タイプのマップ８２をかき乱してもよい。かき乱されたマップ８２は位置入れ替えのアルゴリズムに対する入力となり、新バンドルの選択を検討、改善し、熱余裕の要件、反応度余裕の要件および燃料サイクル効率の改善を厳守している。
【００５５】
ステップ９６では、位置入れ替えのアルゴリズムは、前の燃料装荷サイクルに関する情報を読み込む。前の燃料装荷サイクルは、位置入れ替え計画によって運転しているサイクルの前のサイクルに対して炉心およびそのバンドルの操作をモデル化した炉心シミュレータの出力でもよい。前のサイクルに関し、ＢＯＣおよびＥＯＣのＣｅｄａｒ  Ｒｏｄ  Ｄａｔａ  Ｆｉｌｅｓ、およびＢＯＣおよびＥＯＣの記述子を含むデータは、図７に示す入力ファイルに規定されたファイルによって与えられる。
【００５６】
前のサイクルのＥＯＣ曝露マップは、ＥＯＣにおける各燃料バンドルの曝露の量を決定する場合に有用である。ＢＯＣとＥＯＣの曝露マップを比較することにより（たとえば、ＢＯＣとＥＯＣのＣｅｄａｒ  Ｒｏｄ  Ｄａｔａ  Ｆｉｌｅｓの比較）、各炉心バンドル位置が次の燃料サイクルで経験すると予測される曝露量は、次のサイクル時に同じ位置で予期される曝露量を推定するのに使用することができる。曝露の予測は、各炉心バンドル位置は次のサイクルで同じ量の曝露を経験するということであろう。
【００５７】
図１２および図１３は、ＥＯＣ曝露マップ（たとえば、Ｃｅｄａｒ棒データファイル）の例である。ＢＯＣ曝露マップ（たとえば、Ｃｅｄａｒ棒データファイル）の例は図２および図３に示している。単一の燃料サイクル中の各バンドルの曝露は、図１２および図１３に示すように同じ燃料バンドルのＢＯＣ（図２および図３）における燃料バンドルの曝露とサイクルの終わり（ＥＯＣ）の曝露との比較によって得てもよい。図１２および図１３は、ＥＯＣの炉心内の各燃料バンドルの平均曝露（ＧＷＤ／Ｔ）を示す。図１２は「奇数」燃料マップを示し、図１２が図２に示す同じ燃料バンドルのＥＯＣにおける燃料バンドル曝露を示し、図２がＢＯＣにおけるバンドルの曝露を示すという点で図２に対応している。
【００５８】
偶数の燃料装荷サイクルの新バンドル位置（マップ８８）の外側環状領域８９は、偶数サイクル（マップ９２）からの２度燃焼した位置と同じである。偶数燃料サイクル時、２度燃焼した燃料バンドル（マップ９２）、たとえば、既に２回の燃料サイクルを経験したバンドルはマップ９２に示す位置から撤去され、炉心の周辺、たとえば、マップ８４に規定された排出位置に移動される。新バンドルは移動されるバンドルの空いた位置に配置され、その空いた位置はマップ９２によって特定される。偶数の新バンドルマップ８８の外側環状部に配置された新バンドルは、２回の燃料サイクルの間ずっとその位置にとどまり、その後３回目のサイクルのために排出位置（マップ８４）に移動される。同様に、奇数の燃料装荷サイクル（マップ８７）は、奇数サイクル用２度燃焼した燃料マップ９０と重なる外側環状部を有する。したがって、位置が入れ替えられる各バンドルは、炉心の周辺上の排出位置（マップ８４）に移動され、３回目のサイクルを経験する各バンドルに限定してもよい。
【００５９】
位置入れ替え法７０のステップ９８では、入力の誤りチェックが行われる。たとえば、図８のマップ入力は、それがすべてのバンドルを説明していることを確認するために分析してもよい。排出マップ（マップ８４中の「１」を合計することによって得られる）のバンドル位置の合計数は、奇数および偶数マップ９０および９２のおのおので位置が入れ替えられる２度燃焼した燃料バンドルの数と等しくなければならない。別の誤りチェックは、バンドル炉心位置（マップ８０で数字１で表示された各位置）の合計数が、（ｉ）バンドル排出位置（マップ８４で数字１で表示された各位置）、（ｉｉ）偶数サイクル新バンドルマップ８８の新バンドル位置（マップ８８で数字１で表示された各位置）、および（ｉｉｉ）奇数サイクル新バンドルマップ８６の新バンドル位置（マップ８６で数字１で表示された各位置）の合計に等しいことを確認することである。
【００６０】
ステップ１００では、位置入れ替えのアルゴリズムが、各バンドル位置について位置に依存する曝露レベルを決定する。この値は、バンドルがあるサイクルの間に経験する曝露である。曝露値は、各バンドルのＢＯＣ曝露からＥＯＣ曝露を差し引く、たとえば、各バンドルの図２の曝露値から図１２の曝露値を差し引くことによって得てもよい。同様に図３は、偶数燃料マップ用のＢＯＣ曝露図であり、図１３に示すＥＯＣマップに対応している。図３および図１３に示す燃料バンドルパターンを持つ炉心が経験した曝露は、各燃料バンドルの図１３と図３の各曝露値の間の差である。そのサイクルの間に各バンドルが経験する曝露は、位置入れ替えのアルゴリズムが使用してどの燃料バンドルの位置を別の炉心位置に入れ替えるかを決定する。
【００６１】
ステップ１０２において、位置入れ替えのアルゴリズムが、位置が入れ替えられるバンドルのおのおのの曝露レベルを順位付けする。これらのバンドルは、２度燃焼した燃料マップ９０、９２によって特定された位置にある。そのときこのアルゴリズムが評価しているサイクルが「偶数サイクル」であれば、前のサイクルは奇数サイクルであり、奇数の２度燃焼した燃料マップ９０が、位置が入れ替えられるバンドルを有する前のサイクルからバンドル位置を特定する。前のサイクルのＥＯＣ曝露マップ、たとえば、図１３（奇数ＥＯＣ）は、入力データ、たとえば位置が入れ替えられるバンドルのおのおのの曝露レベルを決定するための、たとえばＥＯＣ  のＣｅｄａｒファイルを提供する。位置入れ替えのアルゴリズムが、位置が入れ替えられるバンドルのおのおののＥＯＣ曝露レベルを、たとえば最も低いレベルから最も高いレベルへ順位付けする。さらに、この順位付けでは、位置が入れ替えられる位置のバンドルのタイプを考慮してもよい。たとえば、これらのバンドルは２次元で順位付けしてもよく、１つの次元はバンドルの燃料種であり、他方の次元はバンドルの曝露レベルである。この順位付けは、炉心排出マップ８４で特定されたように、周辺の新しい炉心位置に位置が入れ替えられるバンドルを付き合わせる際に位置入れ替えのアルゴリズムを手助けする。
【００６２】
ステップ１０４では、位置入れ替えのアルゴリズムが、位置入れ替えの指示、たとえば、位置が入れ替えられる各バンドルの新しい炉心位置を特定する位置入れ替えマップを発生する。位置が入れ替えられる各バンドルの新しい炉心位置を決定する場合、アルゴリズムはＥＯＣ曝露レベルの順位付け（前のサイクルから位置が入れ替えられたバンドルの曝露および場合によっては燃料種を特定する）を使用して、新しい炉心位置、たとえば、排出マップ８４で定められたように周辺近くの炉心位置に移動させるのに適した曝露を特定する。排出マップ８４に関して特定された各位置における曝露期待値は、前のサイクルの排出位置における各バンドルのＥＯＣとＢＯＣの各曝露レベル間の差から得ることができる。各排出位置において次のサイクル時に予期される曝露レベルおよび位置が入れ替えられるバンドルの曝露レベルの順位付けを知って（マップ９０および９２）、位置入れ替えのアルゴリズムは、次のサイクル時に曝露が最も高いと予測される排出位置に位置を入れ替えるために最も曝露が低いバンドルを特定することができる。このやり方で、位置入れ替えのアルゴリズムは各バンドルの位置をどこに入れ替えるかの位置入れ替えマップを発生する。この位置入れ替えマップは、２度使用した各バンドル（奇数燃料取り替えサイクルについてはマップ９０を、偶数サイクルについてはマップ９２を参照）をどの排出炉心位置（マップ８４参照）に置くかを特定してもよい。
【００６３】
ステップ１０６では、位置入れ替えの指示が使用されて炉心内の各曝露位置における燃料バンドルを特定する炉心マップを発生する。炉心マップを構成するこのデータはコンピータデータベースから入手可能である。このデータは、（排出位置のバンドルを特定する−マップ８４参照）位置入れ替えの指示、新バンドル位置マップ（サイクルが奇数の場合のマップ９０か、偶数の場合のマップ９２のどちらか）、および図１２および図１３に示すような前のサイクルからのＥＯＣ曝露マップを含んでいる。このＥＯＣ曝露マップは、次の燃料サイクルで同じ炉心位置にとどまることになる燃料バンドルと位置が入れ替えられる燃料バンドルの曝露の情報を提供する。次のサイクルで使用されるその他すべての燃料バンドルは新しい。
【００６４】
図２および図３に示すように、次の燃料サイクルが偶数の燃料取り替えサイクルか奇数の燃料取り替えサイクルかによって、発生する曝露マップは偶数サイクルＢＯＣ曝露マップになるか、または奇数サイクルＢＯＣ曝露マップになる。次のサイクルの曝露マップを用いて、コンピュータは、炉心の次の燃料サイクルをシミュレートする。原子炉シミュレータは従来のものであり、本発明の範囲外である。「原子炉燃料管理の設計方法」と題し、発明者名称がＷｉｌｌｉａｍ  Ｅ．Ｒｕｓｓｅｌｌ  ＩＩである米国特許第号６７４８３４８号には、模範的な原子炉シミュレータが記載されている。この原子炉シミュレータは、シミュレートしている燃料サイクルのＥＯＣを予測するデータを発生する。位置入れ替えのアルゴリズムは、独立に手計算で使用してもよく、原子炉炉心の熱および反応度の性能基準すべてを厳守するために３次元（３Ｄ）最適化ツールに組み込んだものでもよい。シミュレータ「Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｅｌｌ  Ｃｏｒｅ」および「Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ」を含む異なった炉心設計戦略は、本明細書に開示された位置入れ替えマッピング方法を利用してもよい。
【００６５】
発生したデータは、位置入れ替えのアルゴリズムへのユーザ入力７４を含むＥＯＣのＣｅｄａｒ  Ｆｉｌｅ（図９参照）を含む。このシミュレータは、ＢＯＣのＣｅｄａｒ  Ｆｉｌｅを含めシミュレートしているサイクルのＢＯＣに関するデータを出力してもよい。ステップ１０８では、このシミュレータが発生したＢＯＣおよびＥＯＣの燃料バンドルデータがデータとして保存され、位置入れ替えアルゴリズムが次の燃料装荷サイクルの位置入れ替え指示を発生する際に次の繰り返しのステップ９６で利用できるようにする。
【００６６】
シミュレータが予測された次のサイクルのデータ、たとえば、ＢＯＣおよびＥＯＣの曝露マップを発生した後、位置入れ替えのアルゴリズムがユーザ入力ファイル７４内の奇数／偶数設定を切り替える（図９）。位置入れ替えのアルゴリズムは、位置入れ替えアルゴリズムおよびシミュレータがシミュレートした最後のサイクルの直後のサイクルである別の燃料装荷サイクルに向けて再始動する。再始動の前に、ステップ１１０でこのアルゴリズムは奇数から偶数に、あるいは偶数から奇数に変わる。この位置の入れ替えおよびシミュレータは連続する燃料サイクル全体をランする。
【００６７】
奇数および偶数の燃料パターンを備えた燃料サイクルのループは、図２から図１２、図３、図１３へと移り図２に戻るシーケンスによって示される。図２は中央領域２６内の新燃料炉心位置の奇数パターンを表す。図２に示す曝露レベルはＢＯＣにおけるものである。図１２は、図２に示す同じ奇数パターンのＥＯＣにおける燃料バンドルの曝露レベルを表す。たとえば、図１２において、中央炉心領域２６内の燃料バンドルは、２回のサイクルを経て４４．０の曝露限界に近いバンドル（縦列１４、横列１０の炉心位置にある曝露値が４３．９のバンドルを参照）か、ただ１回のサイクルに供し、同じ位置（縦列１４、横列１１にある曝露値が２３．４のバンドルを参照）で２回目のサイクルに供す用意ができたバンドルのどちらかである。
【００６８】
奇数燃料サイクル時、ＢＯＣにおける燃料バンドルの曝露レベルは図２に示した通りであり、ＥＯＣにおけるそれは図１２に示した通りである。同様に、図３は中央領域２６内の新燃料炉心位置の偶数パターンを表す。図３に示す曝露レベルはＢＯＣにおけるものである。図１３は、図３に示す同じ偶数パターンのＥＯＣにおける燃料バンドルの曝露レベルを表す。偶数燃料サイクル時、ＢＯＣにおける燃料バンドルの曝露レベルは図３に示した通りであり、ＥＯＣにおけるそれは図１３に示した通りである。燃料装荷の偶数および奇数の各パターンを通る燃料サイクルのループは、１つのサイクルを構成する図２および図１２のシーケンス、および２回目のサイクルを構成する図３および図１３のシーケンスによって示される。このループは２つのサイクルが一緒になったものである。ループはＢＷＲの寿命の間ずっと繰り返される。
【００６９】
図１２および図１３は、位置入れ替えのアルゴリズムの結果を反映したＥＯＣの各バンドルマップを示す。排出される燃料バンドルのほとんどすべてが、４２から４７．３の間の狭い範囲の曝露値を有している。各バンドルが３回のサイクルを経験する炉心の周辺において、各曝露値は５ＧＷＤ／Ｔの範囲にある。排出バンドル、特に周辺の排出バンドルはすべて曝露が非常に類似しているので、他のバンドルと比較して燃料バンドルの１つが過剰に曝露を経験するという懸念が最小になっている。したがって、全体的な排出曝露限界は増加させることができる。
【００７０】
位置入れ替えのアルゴリズムは、平衡状態の解に達するまで偶数および奇数の燃料サイクルを通ってループし続ける。このアルゴリズム７０は、各サイクルの対話のために発生された位置入れ替えの指示を保管する。これらの連続する炉心装荷マップは共に、原子炉の寿命に対する炉心装荷戦略の一部になる。本明細書で開示された位置入れ替えの方法は、炉心の周辺に向かってより高い濃縮リングを設け、制御セル位置で濃縮を低減し、この新しい方法と一緒に開発された軸線上で濃縮を低減する炉心の放射同位体濃縮の利用を提供するのに使用してもよい。
【００７１】
本明細書で開示された位置入れ替えのアルゴリズムを利用したＢＷＲ炉心の設計は、連続するサイクルに対しては、この２つのサイクルの間で新位置は似ていなくても、たとえば、曝露レベルなどの炉心運転特性は非常に類似していることが分かった。本明細書で開示された位置入れ替えのアルゴリズムによって提供される炉心マップは、排出時の曝露を最小限にし、十分な熱余裕と反応度余裕および優れた燃料サイクル効率を提供するために使用された。本明細書で開示されたアルゴリズムを用いて作成した炉心装荷計画によって、位置の入れ替えが従来の炉心装荷戦略よりも８６％少ない装荷戦略を得た。燃料バンドルの位置入れ替えの低減は、原子炉の運転停止の低減、たとえば、運転停止を数日削減、をもたらす。運転停止日数の低減は、直接的には発電日数の増加および発電からの収益の増加と言い換えられる。ＢＷＲは１日あたり百万米ドルのエネルギを発生すると推定されている。その尺度により、運転停止時間を１日低減することによって各装荷サイクルにつき百万米ドルの利益が与えられる。
【００７２】
位置入れ替え時間を短縮することが重要であるのと同時に、設計で必要な熱余裕、反応度余裕、および所望のエネルギを生み出すことが重要である。シミュレータのステップ１０６は、炉心計画、たとえば、燃料バンドルのＢＯＣ炉心マップが安全上の余裕などの設計の制限をすべて満足することを確認するチェックを含んでいてもよい。それほどではないが、平衡状態の検討にとっては重要なことは、連続するサイクル間で設計が類似の対照を示す必要がある。たとえば、２つの連続する奇数燃料サイクルが類似の曝露値と性能を有し、また同様に２つの連続する偶数燃料サイクルが類似の曝露値と性能を有することは平衡の目的にとって有利である。実際、位置入れ替えアルゴリズムの偶数サイクルの連続する繰り返しおよび炉心シミュレーションが類似の結果を得た、および／または位置入れ替えアルゴリズムの奇数サイクルの連続する繰り返しおよび炉心シミュレーションが類似の結果を得た場合に、平衡状態に達していたと判定してもよい。位置入れ替えの方法は、前のサイクルにおけるバンドルの曝露、たとえば、バンドルの減耗を分析し、位置に依存する曝露蓄積の可能性を決定するので、位置入れ替えの方法によってこの位置を最もうまく利用するバンドルを用意する。設計基準に適合した装荷戦略は位置入れ替えのアルゴリズムによって作成される。
【００７３】
図１４および図１５は、各値、たとえば０．８８６（炉心位置１３−１６）、がバンドルのＢＯＣ曝露限界と実際のＢＯＣ曝露の間の余裕に対応する炉心バンドルの奇数および偶数ＢＯＣマップを示す。図１４および図１５に示す燃料バンドルの炉心位置は位置入れ替えのアルゴリズムによって決定された。位置入れ替えのアルゴリズムは、すべて設計目標近くで運転するバンドルを有する炉心を製造する場合に有用である。０．８８６の余裕値は、このバンドルが曝露限界の８８．６％の曝露を受けており、これは１１．４％の余裕に対応することを示している。設計目標は１０％の余裕を持つことである。曝露限界は、各バンドル位置に対して設定され、その位置におけるバンドルがさらに別に１回のサイクルに供するか２回のサイクルに供するかによって変わり、また次のサイクルのその位置で予測される曝露量によって変わる。  図１４および図１５における炉心マップで示されるすべてのバンドルの余裕はかなり接近しており、炉心の周辺を除いて一般に２５％から１１％の余裕である。炉心内のバンドルが比較的設計目標に近いような炉心マップを作成することが有利であり、燃料バンドルの良好な利用を示す。
【００７４】
図１６および図１７は、奇数（図１６）および偶数（図１７）の燃料取り替えサイクルの各バンドルのＥＯＣの限界出力比（ＣＰＲ）の限界を示す。これらの図は、各バンドルが０．８５の設計ＣＰＲ目標に近いことを示している（１５％目標）。
【００７５】
図１８および図１９は、それぞれ模範的なサイクルの初め（ＢＯＣ）とサイクルの中間（ＭＯＣ）であり、炉心内の各セルの運転停止余裕（ＳＤＭ）の炉心全体の図である。これらの図は、本明細書で開示した位置入れ替えのアルゴリズムを用いて発生した燃料装荷マップのＳＤＭを示す。このＳＤＭは、炉心周辺および中央を除いて大部分のＳＤＭがＢＯＣにおいては２．２から１．４の範囲内であり、ＭＯＣにおいては２．７から１．３の範囲内であるという点で比較的均一である。図１８および図１９に示すように、ＳＤＭの範囲が比較的狭いことは効果的な燃料装荷であることを示す。
【００７６】
本明細書で開示した方法とシステムの新規な点としては、各燃料装荷サイクルに位置入れ替えの指示を発生するための自動的な解法、炉心シミュレータと併用して平衡状態の炉心戦略を作成することができる位置入れ替えのアルゴリズム、ユーザ定義の入力と以前の燃料装荷サイクルからのデータを用いて入れ替え位置を決定する、曝露蓄積の可能性、位置入れ替えのアルゴリズムを手作業および／またはソフトウェアによる最適化ツールとともに使用して強化した位置入れ替えの指示を作成することができ、位置入れ替えのアルゴリズムは多様な新燃料使用計画について使用してよく、位置入れ替えのアルゴリズムは、バンドルがより長く曝露される周辺に向かってより高く濃縮されたバンドルを設置するのに有用であり、位置入れ替えのアルゴリズムは制御セルの操作支援のための位置に低濃縮バンドルを収容し、面が隣接することを考慮して軸線上を低濃縮にし、また位置入れ替えのアルゴリズムは、位置の入れ替えが曝露と移動距離に基づいて決定される周辺に位置が入れ替えられる２度燃焼した燃料バンドルの自動選択を提供することなどがあろう。
【００７７】
本明細書で開示した方法とシステムの技術的な効果としては、大きな基礎を備えた炉心装荷設計、よりよいＢＯＣのキロワット／フィートの利用、よりよいＥＯＣのＣＰＲの利用、よりよいＥＯＣの排出曝露、すばらしい目標、平衡状態、位置の入れ替え無しの解法。本明細書で開示した方法とシステムの商用上の利点としては、３日以下の顧客の運転停止、運転停止期間の短縮に起因する電力製造期間の増加による収益の増加、運転停止期間が短いためマンパワーコストが低下、位置入れ替えの削減が、燃料装荷の誤操作の危険性低減をもたらし、迅速な位置入れ替え無しの炉心設計の解法をもたらすなどが挙げられよう。
【００７８】
現在、最も実用的で好ましいと実施形態と考えられるものに関連して本発明を説明してきたが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、添付した特許請求の精神と範囲に含まれる数多の変更およびこれと同等の構成を網羅するものであることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】ＢＷＲの炉心の概略図である。
【図２】炉心の４分の１部分の概略図であり、図２は「奇数」の新燃料バンドル装荷パターンを示す。
【図３】炉心の４分の１部分の概略図であり、図３は「偶数」の新燃料バンドル装荷パターンを示す。
【図４】燃料バンドルの位置入れ替えパターンを示す線を示す炉心の４分の１部分の、本明細書で開示された位置入れ替えのアルゴリズムを用いて発生したマップを示す図である。
【図５】燃料バンドルの位置入れ替えパターンを示す線を示す炉心の４分の１部分の、燃料装荷に対する従来の方法を用いて作成したマップを示す図である。
【図６】模範的な燃料バンドルの斜視図である。
【図７】ＢＷＲサイクル毎の作業の方法の流れ図である。
【図８】位置入れ替えのアルゴリズムの模範的な実施形態の流れ図である。
【図９】位置入れ替えのアルゴリズムの模範的な制御入力一式の図である。
【図１０】位置入れ替えのアルゴリズムへの入力として使用される模範的な一連の炉心装荷戦略マップである。
【図１１】位置入れ替えのアルゴリズムへの入力として使用される模範的な一連の炉心装荷戦略マップである。
【図１２】それぞれ奇数および偶数の炉心装荷方式用の模範的なサイクルの終わりの曝露マップである。
【図１３】それぞれ奇数および偶数の炉心装荷方式用の模範的なサイクルの終わりの曝露マップである。
【図１４】各バンドルの曝露余裕を示す模範的なサイクル初めの炉心マップであり、本明細書に開示された位置入れ替えのアルゴリズムによって、ほとんどすべてのバンドルの曝露余裕は１０％の設計曝露余裕に比較的近いことが示される。
【図１５】各バンドルの曝露余裕を示す模範的なサイクル初めの炉心マップであり、本明細書に開示された位置入れ替えのアルゴリズムによって、ほとんどすべてのバンドルの曝露余裕は１０％の設計曝露余裕に比較的近いことが示される。
【図１６】各バンドルの限界出力比（ＣＰＲ）余裕を示す模範的なサイクル終わり（ＥＯＣ）の炉心マップであり、本明細書に開示された位置入れ替えのアルゴリズムによって、ほとんどすべてのバンドルのＣＰＲ余裕は１５％の設計曝露余裕に比較的近いことが示される。
【図１７】各バンドルの限界出力比（ＣＰＲ）余裕を示す模範的なサイクル終わり（ＥＯＣ）の炉心マップであり、本明細書に開示された位置入れ替えのアルゴリズムによって、ほとんどすべてのバンドルのＣＰＲ余裕は１５％の設計曝露余裕に比較的近いことが示される。
【図１８】模範的なサイクルの初め（ＢＯＣ）とサイクルの中間（ＭＯＣ）の図であり、炉心内の燃料バンドルの運転停止余裕の炉心全体の図である。
【図１９】模範的なサイクルの初め（ＢＯＣ）とサイクルの中間（ＭＯＣ）の図であり、炉心内の燃料バンドルの運転停止余裕の炉心全体の図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０  ＢＷＲ炉心
１２  制御セル
１４  燃料バンドル
１６  クレーン
１７  制御ブレード
１８  タンク
２０  燃焼した燃料バンドル
２２  新燃料バンドル
２４  外側炉心領域
２５  炉心周辺
２６  中央炉心領域
２８  中央燃料バンドル位置
３０  バンドルの外側チャネル
３２  燃料棒
３４  バンドル内のスペーサ
４０  ハンドル
４２  制御ブレード
５０  ＢＷＲ寿命サイクル
５２  原子炉の操作
５４  容器の分解
５６  オフロードバンドル
５８  炉心の保守
６０  燃料装荷
６２  容器の組み立て
６４  原子炉の運転開始
７０  位置入れ替えのアルゴリズム
７２  装荷制御入力
７４  制御入力
７６  制御入力の手動変更
７８  装荷戦略マップ、テンプレートマップ
８０〜９２  戦略マップ、燃料マップ
９４  変更マップ
９６  前のサイクル情報読み込み
９８  誤りチェック
１００  位置依存曝露値
１０２  位置入れ替えのバンドルの順位付け
１０４  位置入れ替えの指示
１０６  燃料サイクルのシミュレート
１０８  ＢＯＣおよびＥＯＣのシミュレータが発生の燃料バンドルデータを保存
１１０  奇数／偶数を反映するための変更入力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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