(57)【要約】      （修正有）【課題】原子炉のための調節されたピークノード出力を決定する方法およびシステムを設計する。【解決手段】１つまたは複数の燃料棒のための第１の燃焼閾値における第１のピ−キング係数を展開するステップを含む原子炉のためのシステムおよび方法。第２のピ−キング係数が前記燃料棒のための第２の燃焼閾値において展開される。この第２の燃焼閾値は第１の燃焼閾値よりも大きい。第３のピ−キング係数が展開され、前記燃料棒のためのピーク平均出力閾値と関連付けられる。調節されたピークノード出力が基準ピークノード出力、第１のピ−キング係数、第２のピ−キング係数および第３のピ−キング係数の関数として前記燃料棒のために生成される。【選択図】図１
2008224655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の燃料棒のための第１の燃焼閾値における第１のピ−キング係数を展開するステップと、
前記第１の燃焼閾値よりも大きい、前記１つまたは複数の燃料棒のための第２の燃焼閾値における第２のピ−キング係数を展開するステップと、
前記１つまたは複数の燃料棒のためのピーク平均出力閾値に関連する第３のピ−キング係数を展開するステップと、
基準ピークノード出力、前記第１のピ−キング係数、前記第２のピ−キング係数および前記第３のピ−キング係数の関数として前記１つまたは複数の燃料棒のための調節されたピークノード出力を生成するステップとを含む、原子炉のための方法。
【請求項２】
ノード線出力密度（ｋｗ／ｆｔ）を決定することを含む、前記１つまたは複数の燃料棒のための基準ピークノード出力を決定するステップと、
ノード燃焼の関数としての前記ノード線出力密度として前記基準ピークノード出力をプロットするステップとを更に含み、
前記調節されたピークノード出力を生成するステップが、前記基準ピークノード出力のプロットを調節して、前記基準プロットのノード線出力密度を前記ピーク平均出力閾値と前記第３のピ−キング係数との積以下のレベルまで低減させ、この低減が前記第１の燃焼閾値と前記第１のピ−キング係数との積以上のノード燃料で行われることによって前記調節されたピークノード出力のプロットを決定するステップを含み、また、前記基準プロットが前記第２の燃焼閾値と前記第２のピ−キング係数との積よりも大きい場合には前記低減ステップが省略されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ピーク平均出力閾値および前記第３のピ−キング係数の関数としてピークノード出力を生成するステップを更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第１の燃焼閾値が燃料１メートルトンあたり約５４ギガワット日（ＧＷＤ／ＭＴＵ）に等しく、前記第２の燃焼閾値が燃料１メートルトン当たり約６２ギガワット日（ＧＷＤ／ＭＴＵ）に等しく、前記ピーク平均出力閾値が約６．３ｋｗ／ｆｔに等しいことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第１の燃焼閾値および第２の燃焼閾値が燃料棒ノード照射閾値であることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項６】
前記第１のピ−キング係数、第２のピ−キング係数および第３のピ−キング係数を展開するステップが、燃料棒の燃料設計、燃料アセンブリの燃料設計、燃料棒の燃焼度、燃料棒の濃縮、燃料棒のガドリニウムドーピング、燃料棒の軸方向変化および燃料棒が放出する中性子束なる群から選択される係数の各々１つまたは複数の関数であることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項７】
第１、第２および第３の燃焼閾値が、政府規則、運転指針、安全指針、および設計指針からなる群から選択される所定の閾値の関数として確立されることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項８】
前記調節されたピークノード出力を生成するステップが、
前記第１の燃焼閾値と前記第１のピ−キング係数を掛け合わせることによって第１のピークノード燃料閾値を決定するステップと、
前記第２の燃焼閾値を前記第２のピ−キング係数と掛け合わせることによって第２のピークノード燃料閾値を決定するステップと、
前記ピーク平均出力閾値を前記第３のピ−キング係数と掛け合わせることによって前記１つまたは複数の燃料棒のピークノード出力を決定するステップと、
前記基準ピークノード出力を修正して、前記第１のピークノード燃焼閾値を含むステップとを含み、前記基準ピークノード出力が、前記ノード燃焼に対して所定の関係を有するノード線出力密度を含み、
前記基準ピークノード出力を修正するステップが、前記第１のピークノード燃焼閾値以上で、前記第２のピークノード燃焼閾値未満のノード燃焼におけるピークノード出力まで、前記ノード線出力密度を低減することによって前記ノード線出力密度を修正するステップを含み、前記平均基準ピークノード出力および前記調節されたピークノード出力が各々、グラフ曲線および数式のうちの少なくとも１つによって表されることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項９】
燃料束設計を決定するステップ、炉心設計を決定するステップ、燃料棒パターンを決定するステップおよび炉心流量を決定するステップからなる群から選択されるプロセスのために、前記調節されたピークノード出力を用いるステップを更に含むことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１０】
前記原子炉の運転を監視するステップと、
前記原子炉の監視された運転を前記調節されたピークノード出力の関数として評価するステップと、
前記監視された運転の評価に応じて炉心流量を調節するステップとを含むことを特徴とする請求項１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般には原子炉に関し、更に具体的には、原子炉における調節されたピークノード出力を計算し、この調節されたピークノード出力を原子炉の設計および運転において使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
この項の記述は本開示に関連する背景情報を提供するに過ぎず、先行技術を構成しないかもしれない。
【０００３】
原子力発電所は、運転を評価するための、および設計に基づく事故の放射能汚染結果のための規制規格および指針に従わなければならない。この規制指針は原子炉運転の許可を受けた者に対して代替発生源（ＡＳＴ）の許容可能な適用についてガイダンスを提供する。ＡＳＴには、関連する解析および評価の範囲、性質および文書化、解析される危険に及ぼす影響に関する考慮事項、ならびに提出書類の内容を含む。指針は、許容可能なＡＳＴを確立し、合衆国原子力規制委員会（ＮＲＣ）により許容可能であると判定され得る他のＡＳＴの重要な属性を識別する。指針は、許容されたＡＳＴに関連して使用するための、許容可能な放射能解析のための仮定を識別する。ＮＲＣは、これらの指針を、１０  ＣＦＲ  Ｐａｒｔ  ５０文書、特に、放射性核種の組成、核種の大きさ、化学的形態および物理的形態、ならびにそれらの放射性核種の放出のタイミングにより特徴付けられるＡＳＴ方法論を記載した１０  ＣＦＲ  ５０．６７に負託する。ＡＳＴ方法論の一部として、炉心における核分裂生成物の貯留量および格納容器への放出の利用可能性は、現在認可されている燃料と共に使用することが許容可能であると判定されてもよい。これらの値は、解析の不確実性を考慮するためのマージンを含めた安全マージンとの間に一貫性を有するかどうかを判定するために評価される。安全マージンは、技術仕様に含まれる特定の値または限界（ＮＲＣの認可なしに変更できない）と、想定事故または過渡的な初期条件あるいは想定安全システムの応答時間などの他の値との積である。
【０００４】
１例として、最大線出力密度が５４，０００ＭＷＤ／ＭＴＵを超える照射に対してピーク燃料棒平均出力で６．３ｋＷ／ｆｔ（１フィート当たりのキロワット）を超えない場合には、例えば、６２，０００ＭＷＤ／ＭＴＵまでのピーク照射を有する燃料に対する核分裂生成物貯留量の割合を評価してもよい。つまり、ＡＳＴ方法論の基礎は、許容基準を簡略化するであろう（すなわち、ピーク燃料棒平均照射が５４，０００ＭＷＤ／ＭＴＵを超える場合、燃料棒の平均線出力密度は、６．３ｋＷ／ｆｔを超えることができない）。
【０００５】
しかし、これらのＡＳＴ方法論は、設計段階、最適化段階、実施許諾段階および／または監視段階の間の基準の遵守を示すように容易に適合することができない。これは、現在の方法論がそういった方法論に容易に適合されないからである。換言すれば、燃料棒の基準を獲得するためには、実際の設計段階、最適化段階、実施許諾段階および／または監視段階にＡＳＴ指針を適合させなければならず、これは非常に時間がかかり厄介なことであることがわかっている。そういった基準を判定するために、控え目な仮定が採用されることが多く、その結果発電所の効率が損なわれることになる。また現在の手順では不正確な基準が提供されてしまい、原子炉の運転に悪影響が及ぶこともある。
【特許文献１】米国特許第５，２９１，５３２号
【特許文献２】米国特許第５，６３６，３２８号
【特許文献３】米国特許第５，６８７，２０７号
【特許文献４】米国特許第５，９１２，９３３号
【特許文献５】米国特許第５，９３０，３１８号
【特許文献６】米国特許第６，３５３，５６８号
【特許文献７】米国特許第６，３５９，９５３号
【特許文献８】米国特許第６，４７７，２１８号
【特許文献９】米国特許第６，５５３，０９０号
【特許文献１０】米国特許第２００３／００８６５２０号
【特許文献１１】米国特許第２００４／０１０１０８３号
【特許文献１２】米国特許第６，７４４，８４０号
【特許文献１３】米国特許第２００４／０１２２６２９号
【特許文献１４】米国特許第２００４／０２３６５４４号
【特許文献１５】米国特許第６，７４８，３４８号
【特許文献１６】米国特許第２００４／０１２２６３２号
【特許文献１７】米国特許第６，８６２，３２９号
【特許文献１８】米国特許第２００５／００８９８３１号
【特許文献１９】米国特許第２００５／０２２２８３３号
【特許文献２０】米国特許第７，００３，３６０号
【特許文献２１】米国特許第２００６／０１４９５１４号
【特許文献２２】米国特許第２００６／０１６５２１０号
【特許文献２３】米国特許第２００６／０１４９５１５号
【特許文献２４】米国特許第２００６／０１７１４９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、原子炉の目的に対してＡＳＴ要件を自動的に調節し、適合させる必要性を認識した。この目的のために、本発明者らは目的および指針に準拠することを保証しながら原子炉の設計、監視および運転の改善を可能にする、原子炉のための調節されたピークノード出力を決定する方法およびシステムを設計することに成功した。いくつかの実施形態では、このような改善によって、運転を改善し、燃料交換停止期間を短縮し、かつ／または安全マージンを大きくすることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１態様によれば、原子炉のための方法が、１つまたは複数の燃料棒のための第１の燃焼閾値において第１のピーキング係数を展開するステップを含む。第２のピーキング係数は前記燃料棒のために、第２の燃焼閾値において展開される。この第２の燃焼閾値は第１の燃焼閾値よりも大きい。第３のピーキング係数を展開し、前記燃料棒のためのピーク平均出力閾値と関連付ける。基準ピークノード出力、第１のピ−キング係数、第２のピ−キング係数および第３のピ−キング係数の関数として調節されたピークノード出力を燃料棒のために生成する。
【０００８】
別の態様によれば、原子炉のための方法が、１つまたは複数の燃料棒のための基準ピークノード出力を決定するステップを含む。この方法は前記燃料棒のために、第１の燃焼閾値において第１のピ−キング係数を展開し、第２の燃焼閾値において第２のピ−キング係数を展開し、ピーク平均出力閾値に関連する第３のピ−キング係数を展開するステップも含む。第１のピークノード燃焼閾値は第１の燃焼閾値を第１のピ−キング係数と掛け合わせることによって決定され、第２のピークノード燃焼閾値は第２の燃焼閾値を第２のピ−キング係数と掛け合わせることによって決定され、ピークノード出力はピーク平均出力閾値を第３のピ−キング係数と掛け合わせることによって決定される。調節されたピークノード出力閾値は基準ピークノード出力、第１のピークノード燃焼閾値、ピークノード出力および第２のピークノード燃焼閾値に応じて燃料棒のために生成される。
【０００９】
更に別の態様によれば、原子炉のための方法が、１つまたは複数の燃料棒のための基準ピークノード出力をプロットするステップを含む。第１のピークノード燃焼閾値は第１の燃焼閾値を第１のピ−キング係数と掛け合わせることによって決定され、第２のピークノード燃焼閾値は第２の燃焼閾値を第２のピ−キング係数と掛け合わせることによって決定され、ピークノード出力はピーク平均出力閾値を第３のピ−キング係数と掛け合わせることによって決定される。調節されたピークノード出力のプロットは、第１のピークノード燃焼閾値、ピークノード出力および第２のピークノード燃焼閾値に応じて基準ピークノード出力のプロットから生成される。
【００１０】
更に別の態様によれば、原子炉を設計する際に用いられる方法が、１つまたは複数の燃料棒のための基準ピークノード出力を決定するステップを含む。この燃料棒に関し、第１のピ−キング係数が第１の燃焼閾値において展開され、第２のピ−キング係数が第１の燃焼閾値よりも大きい第２の燃焼閾値において展開され、第３のピ−キング係数がピーク平均出力閾値に関連して展開される。前記燃料棒のための調節されたピークノード出力は、基準ピークノード出力、第１のピ−キング係数、第２のピ−キング係数および第３のピ−キング係数に応じて生成される。この方法は前記調節されたピークノード出力に応じて１つまたは複数の原子炉設計パラメータを決定するステップを更に含む。
【００１１】
別の態様によれば、原子炉を運転する際に使用される方法が、１つまたは複数の燃料棒のための基準ピークノード出力を決定するステップを含む。この方法は前記燃料棒のために、第１の燃焼閾値において第１のピ−キング係数を展開し、第１の燃焼閾値よりも大きい第２の燃焼閾値において第２のピ−キング係数を展開し、ピーク平均出力閾値に関連する第３のピ−キング係数を展開するステップも含む。調節されたピークノード出力が、基準ピークノード出力、第１のピ−キング係数、第２のピ−キング係数および第３のピ−キング係数に応じて前記燃料棒のために展開される。この方法は原子炉の運転を監視し、原子炉の監視された運転を調節されたピークノード出力の関数として評価するステップも含む。
【００１２】
更に別の態様によれば、原子炉における調節されたピークノード出力を計算するシステムが、プロセッサ、メモリおよび入力を有するコンピュータを備える。このコンピュータは１つまたは複数の燃料棒のための第１の燃焼閾値、１つまたは複数の燃料棒のための第２の燃焼閾値、１つまたは複数の燃料棒のためのピーク平均出力閾値および基準ピークノード出力を受け取るように構成される。このコンピュータは、第１の燃焼閾値における第１のピ−キング係数を展開するステップ、第２の燃焼閾値における第２のピ−キング係数を展開するステップおよびピーク平均出力閾値に関連する第３のピ−キング係数を展開するステップを含む方法を実行するように適合されたコンピュータ実行可能命令も含む。この方法は、基準ピークノード出力、第１のピ−キング係数、第２のピ−キング係数および第３のピ−キング係数の関数として前記燃料棒のための調節されたピークノード出力を生成するステップも含む。
【００１３】
更に別の態様によれば、原子炉における調節されたピークノード出力を計算するシステムが、１つまたは複数の燃料棒のために第１の燃焼閾値における第１のピ−キング係数を展開する手段を含む。このシステムは前記燃料棒のための第２の燃焼閾値における第２のピ−キング係数を展開する手段も含む。第２の燃焼閾値は第１の燃焼閾値よりも大きい。前記１つまたは複数の燃料棒ためのピーク平均出力閾値に関連する第３のピ−キング係数を展開する手段も含まれる。このシステムは、基準ピークノード出力、第１のピ−キング係数、第２のピ−キング係数および第３のピ−キング係数の関数として前記１つまたは複数の燃料棒のための調節されたピークノード出力を生成する手段を更に含む。
【００１４】
本発明の更なる態様は以下で一部が明白となり、一部が指摘されよう。本開示の種々の態様は個別にまたは互いに組み合わされて実施されてもよいことを理解されたい。詳細な説明および添付図面は、ある種の例示的実施形態を示すと同時に、単に説明のためのものであって、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことも理解されたい。
【００１５】
添付図面を通して、対応する参照番号は同様のまたは相当するパーツおよびフィーチャを示していることを理解されたい。
【００１６】
以下の説明は実質的には単なる例示であって、本開示あるいは同開示の用途または使用を限定することを意図するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１を参照すると、本開示の例示的実施形態が、工程１０のように１つまたは複数の燃料棒のための第１の燃焼閾値における第１のピ−キング係数を展開するステップを含む、原子炉を設計、運転および／または制御する際に使用される方法を提供し得る。この第１の燃焼閾値は原子炉の運転に適したどのような閾値であってもよく、ウラン１メートルトン当たりのギガワット日（ＧＷＤ／ＭＴＵ）で指定される燃料棒ノード照射閾値であってもよい。例えば、第１の燃焼閾値は約４０〜６０ＧＷＤ／ＭＴＵの範囲であってもよく、具体的な１実施例では燃料１メートルトン当たり約５４ギガワット日（ＧＷＤ／ＭＴＵ）に等しい。このような所定の閾値は、上記のＮＲＣ  ＡＳＴ指針などの政府規則、原子炉運転のために指定されたような原子力発電所運転指針、安全指針、または燃料交換オペレーションのために一般に展開された原子炉用の設計に基づく設計指針に一致するか、それらに基づいて選択されてもよい。
【００１８】
第２のピ−キング係数は工程１２のように第１の燃焼閾値よりも大きい第２の燃焼閾値において展開される。この第２の燃焼閾値は第１の燃焼閾値について前述したような所定の閾値であってよく、ＧＷＤ／ＭＴＵで指定される燃料棒ノード照射閾値であってもよい。いくつか実施形態では、第２の燃焼閾値は約６０〜約８０ＧＷＤ／ＭＴＵの範囲であり、例示的１実施形態では、約６２ＧＷＤ／ＭＴＵであってもよい。
【００１９】
第３のピ−キング係数は工程１４のように燃料棒のピーク平均出力閾値のために展開される。このピーク平均出力閾値は典型的には、１フィート当たりのキロワットで指定され、約５．０〜約１０．０ｋｗ／ｆｔであってもよい。例えば、１実施形態では、ピーク平均出力閾値は約６．３ｋｗ／ｆｔに等しい。いくつかの実施形態では、ピークノード出力閾値はピーク平均出力閾値および第３のピ−キング係数の関数として決定されてもよい。
【００２０】
本明細書に記載のように、第１、第２および／または第３のピ−キング係数は典型的には１．０以上の係数であり、１より大きい任意の数の範囲であり得る。これらのピ−キング係数は入力として提供されてもよいし、モデリングに基づいて、または事前の決定事項または監視された事象あるいはパラメータに基づいて決定されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ピ−キング係数は１つまたは複数の燃料棒の燃料設計、１つまたは複数の燃料集合体の燃料設計、燃料棒の燃焼度、燃料棒の濃縮、燃料棒のガドリニウムドーピング、燃料棒の軸方向変化、および燃料棒が放出する中性子束の関数として決定されてもよい。ＡＳＴ限界の燃料棒平均値を燃料棒ピークノード値に変換する必要がある場合に、これらのピ−キング係数は必要に応じてプラント毎に展開されてもよい。
【００２１】
基準ピークノード出力は、公式、モデル、表として、或いは燃料棒ノード照射と呼ばれることもあるノード線出力密度とノード燃焼との関係を各々反映するプロットまたはグラフとして決定することが可能である。燃焼度は一般に、所与の質量の核燃料において発生する、核分裂反応の回数の尺度である。燃焼度は一般に、放出された熱エネルギーに運転時間を掛け、燃料の質量で割ったもので表される。燃焼度またはノード照射の典型的な単位はウラン１メートルトン当たりのメガワット−日（ＭＷＤ／ＭＴＵ）またはウラン１メートルギガワット−日（ＧＷＤ／ＭＴＵ）のいずれかである。
【００２２】
図１の工程１６に示すように、調節されたピークノード出力が燃料棒について、基準ピークノード出力、第１のピ−キング係数、第２のピ−キング係数および第３のピ−キング係数に基づき、またはそれらの関数として生成、計算または決定される。燃料棒のための基準ピークノード出力は、事前に知られたものであってもよいし、事前の入力または決定に基づいてもよいし、ノード線出力密度を用いてまたはこれから決定してもよい。ＬＨＧＲとは典型的には原子炉の燃料棒の使用限界である原子炉または燃料棒の熱平衡である。ＬＨＧＲの１利点は、それを炉心監視システムによって直接計算することができ、所定の使用限界と直接比較することができることである。ノード線出力密度（ＬＨＧＲ）は典型的には１フィート当たりのキロワット（ｋｗ／ｆｔ）である。一般に、ＬＨＧＲは燃料集合体における各燃料棒に関してノードベースである。原子炉は約１２フィートの長さを各々有し、約１／２インチの直径を各々有する多数の燃料棒（例えば５０，０００本の燃料棒）を有し得る。典型的な燃料棒はその軸方向長さに沿って複数のノード、例えば２４または２５のノードを有し得る。しかし、ＡＳＴ限界は典型的には燃料棒の平均に基づいて指定され、ノードベースまたはノード値に変換しなければならない。本明細書に記載のようにピークノード出力を調節することによって、燃料棒平均に基づいて指定されたＡＳＴ限界に確実に準拠するためにＬＨＧＲノード値が修正される。
【００２３】
このように調節されたピークノード出力は、ＡＳＴ燃料棒平均限界に確実に準拠しながら種々の原子炉運転および設計パラメータならびに機能について利用可能である。これには限定するものではないが、燃料束設計などの設計パラメータを決定するステップ、炉心設計を決定するステップ、燃料棒のパターン設計を決定するステップおよび炉心流量を決定するステップを含む。また、１つまたは複数の原子炉運転を監視するため、または比較などにより、調節されたピークノード出力に関連していると認識されるかまたはピークノード出力の関数であると認識されるかもしれない監視された運転を評価するために、炉心監視システムを用いてもよい。このことから、１つまたは複数の運転を調節することができる。例えば、調節されたピークノード出力を用いることによって、調節されたピークノード出力の点で監視された運転を評価することに応じて、炉心流量を調整することができる。
【００２４】
調節されたピークノード出力を計算するいくつかの例示的方法およびシステムに関連する原子炉の例示的１実施形態が図２に示されている。図２は原子炉圧力容器、すなわちＲＰＶと呼ばれることもある沸騰水型原子炉２０の一部を切り取った断面図である。全体的に、図示の構成要素およびパーツは当業者に周知であり、炉心２２など、原子炉の制御および監視に関連する種々の構成要素を含む。核分裂性物質の燃料束２４を含む炉心２２内で熱が発生される。水などの冷却剤が、いくつかの実施形態では炉心２２を通る制御冷却流を与えるジェットポンプ２６によって、炉心２２全体を循環させられる。炉心２２で発生される熱の量は、中性子吸収性材料、例えばハフニウムの複数の制御棒２８を挿入したり、引き抜いたりすることによって調節される。制御棒２８が燃料束２４に挿入される程度まで、制御棒は炉心２２で熱を発生させる連鎖反応に利用されるかもしれない中性子を吸収する。制御棒２８は制御棒２８を燃料束２４の方に移動させる制御棒駆動装置（ＣＲＤ）３０によって制御され、これによって炉心２２内の核反応が制御される。
【００２５】
以降システム３２と呼ぶ原子炉監視および制御システム３２は、炉心２２の炉心監視センサ（図示せず）から複数の炉心運転センサ信号ＣＣｓを受け取る.これらの監視された運転には、限定するものではないが、炉心管圧、冷却剤温度、冷却剤流量、原子炉出力および制御棒位置データを含んでもよい。原子炉監視および制御システム３２はこの入力データを使用して、特性の中でも特に、炉心の熱特性、中性子の漏洩、中性子の損失、中性子発生、各運転状態中の実際の有効ｋ値（例えば、ｋ−固有値）、ピークノード出力および炉心２２の調節されたピークノード出力を決定する。原子炉監視および制御システム３２は、原子炉２０の１つまたは複数の運転または特性を制御する制御信号ＣＳを生成することもできる。これは制御棒駆動装置３０（および故に制御棒２８）を制御する制御信号ＣＳＣＲおよび炉心２２を流れる流体流量を制御する制御信号ＣＳＦＲを含む。原子力エネルギーの発生は、特に原子炉の出力を上下させるときなど２５％の定格出力を超えて原子炉を運転する期間中に炉心２２を制御する制御棒２８および冷却剤の流れを制御する、原子炉監視および制御システム３２によって制御される。原子炉監視および制御システム３２は、システム３２に入力できるか、制御棒交換あるいは出力上昇または出力低下条件などの計画された運転のための所定のアルゴリズムまたはモデルの関数としてシステムによって調整され得る、所定の計画に基づいてこれらの原子炉運転を制御することもできる。出力上昇が全て手動で行われるので、流量を増大し得るかまたは制御棒を除去し得る唯一の方法は手動運転によるものである。計画が運転者に与えられ、この運転者は監視システムからのリアルタイムデータに基づいて当該プランに従うべきかどうかを決定する。ＡＳＴを監視するのに用いられる炉心監視システムは、発電所が定格出力の２５％を超え得るより前に運転状態にある必要がある。こういった計画の場合、各状態時間中のおよび／または計画中の各照射についての計画された原子炉出力レベルが、原子炉出力計画および原子炉運転用の関連する制御棒制御計画に呈示されてもよい。ピークノード出力および調節されたピークノード出力を含むその他のパラメータ、因子および相関が、少なくとも一部はシステム３２内で実施される１つまたは複数の所定の方法に基づいて、システム３２に提供されてもよいし、システム３２によって展開されてもよい。
【００２６】
上記のようにいくつかの例示的実施形態では、基準ノード線出力密度対照射のプロットが調節または修正されてもよい。例えば、図３に示すように、いくつかの例示的方法は、図３の工程３４に示すような１つまたは複数の燃料棒のための基準ピークノード出力をプロットするステップを含む。この工程は図４および５に示す例示的プロットを参照すれば更によく理解されよう。図４は基準ピークノード出力（ＰＢで示す）のプロットの１例をＬＨＧＲ（ｋｗ／ｆｔ）対燃料棒ノード照射（ＧＷＤ／ＭＴ）で示す。
【００２７】
第１のピークノード燃焼閾値は、工程３６のように第１の燃焼閾値を第１のピ−キング係数と掛け合わせることによって決定される。これは第１の燃焼閾値を第１のピ−キング係数と掛け合わせたものとして定義した基準プロット上の第１の地点Ｐ１を識別するステップを含み得る。第２のピークノード燃焼閾値は、工程３８のように第２の燃焼閾値を第２のピ−キング係数と掛け合わせることによって決定される。基準プロットＰＢ上の第２の地点Ｐ２は、第２の燃焼閾値を第２のピ−キング係数と掛け合わせたものとして識別され得る。知られているように当然ながら、これらのプロットの地点は、閾値の値または関連するピ−キング係数の値のいずれかが変化することに伴ってずれる。工程４０では、ピークノード出力はピーク平均出力閾値を第３のピ−キング係数と掛け合わせることによって決定される。これを図４にＰＰＮとして示し、ＬＨＧＲの縦軸上に限界すなわち閾値として示す。
【００２８】
上記決定から、工程４２のように、調節されたピークノード出力を決定または生成することができる。図４のプロットは図５の比較によって示すように調節される。図示のように、調節されたピークノード出力ＰＡは基準ピークノード出力ＰＢに大きく基づいているが、第１のプロット地点Ｐ１と第２のプロット地点Ｐ２との間で調節されたピークノード出力を反映している。
【００２９】
調節されたピークノード出力ＰＡのプロットは、第１のピークノード燃焼閾値、ピークノード出力および第２のピークノード燃焼閾値に応じて基準ピークノード出力のプロットから生成される。図５に示すように、第１のプロット地点Ｐ１と第２のプロット地点Ｐ２との間のノード線出力密度は低減され、この場合、基準ＰＢのＬＨＧＲは決定されたピークノード出力ＰＰＮよりも大きい。図５に示すように、基準ＰＢは第１のプロット地点Ｐ１からカットオフポイントＰＣまで、決定されたピークノード出力ＰＰＮよりも大きい。カットオフポイントＰＣは、ＬＨＧＲが決定されたピークノード出力ＰＰＮ以下である値まで低下する基準ＰＢプロット上にある地点である。カットオフポイントＰＣ後、調節されたピークノード出力は再び基準ＰＢプロットに等しくなる。第１のプロット地点Ｐ１における調節されたピークノード出力またはＬＨＧＲを決定されたピークノード出力ＰＰＮ未満に低減すれば、ＡＳＴのような好ましい指針に準拠することが保証される。図５に示すように、ＬＨＧＲが決定されたピークノード出力ＰＰＮを超えた場合のみ、基準ＰＢまでの低減が発生する。したがって、カットオフポイントＰＣのみが、ＬＨＧＲが決定されたピークノード出力ＰＰＮ以下になる燃料棒ノード照射値を識別する。
【００３０】
いくつかの実施形態では、図２の例示的システム３２などのシステムは、プロセッサ、メモリおよび入力を有するコンピュータなどのコンピュータオペレーティング環境を備える原子炉における調節されたピークノード出力を計算するのに利用され得る。このコンピュータは１つまたは複数の燃料棒のための第１の燃焼閾値、前記１つまたは複数の燃料棒のための第２の燃焼閾値、前記１つまたは複数の燃料棒のためのピーク平均出力閾値および基準ピークノード出力を受け取るように構成される。このコンピュータは、上記のような例示的方法および／または工程の１つまたは複数を実行するように適合されたコンピュータ実行可能命令も含む。例えば、このコンピュータ実行可能命令は、第１の燃焼閾値における第１のピ−キング係数を展開するステップ、第２の燃焼閾値における第２のピ−キング係数を展開するステップおよびピーク平均出力閾値に関連する第３のピ−キング係数を展開するステップを含む方法の処理を実行かつ／または可能にするように適合されてもよい。この方法は、基準ピークノード出力、第１のピ−キング係数、第２のピ−キング係数および第３のピ−キング係数の関数として燃料棒のための調節されたピークノード出力を生成するステップも含む。当然、本明細書に記載の他の工程の１つまたは複数を実行するために、他のコンピュータ実行可能命令を展開かつ実施してもよい。
【００３１】
原子炉を設計かつ運転するために調節されたピークノード出力を計算、決定かつ／または生成するための１つまたは複数の実施形態の１つの例示的なコンピュータオペレーティング環境を１例として図６に示す。また、本明細書に記載の種々の実施形態は、化学的および機械的プロセスシミュレーションシステム、加圧水型原子炉シミュレーションシステム、沸騰水型原子炉シミュレーションシステム等を含む制御が可変である任意の複数の重要な工業的／科学的プロセスまたはシステムの管理および／または最適化を必要とする環境に有利に適用され得る。原子炉のためのそういった運転環境の例示的１実施形態として、炉心監視、計画および／または予測システムは、少なくとも１つのバス構造５２、入力５４および出力５６と相互接続されたメモリシステム５０と共に、少なくとも１つの高速処理ユニット（ＣＰＵ）４８を有するコンピュータ４６を具備するシステム４４を備える。
【００３２】
入力５４および出力５６は周知のものであり、例えばローカルおよびリモートユーザインタフェースならびにコントローラ、遠隔操作システムおよびオペレーションシステムに適合可能かつ相互利用可能である。入力５４は、例えば、キーボード、マウス、物理的トランスデューサ（例えばマイク）、あるいは通信インタフェースまたはポート含んでもよく、入力インタフェース５８を介してコンピュータ４６に相互接続されている。出力５６はディスプレイ、プリンタ、トランスデューサ（例えば、スピーカ）、出力通信インタフェースまたはポート等を含んでもよく、出力インタフェース６０を介してコンピュータ４６に相互接続され得る。ネットワークアダプタまたはモデムなどのいくつかのデバイスを入力デバイスおよび／または出力デバイスとして用いてもよい。
【００３３】
図示のＣＰＵ４８は周知のデザインであり、計算を実行する数値演算ユニット（ＡＬＵ）５８、データおよび命令を一時的に格納するレジスタ６１の集合、およびシステム４４の運転を制御する制御ユニット６２を備える。Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ、Ｓｕｎ、ＭＩＰＳ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ／Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ、ＮＥＣ、Ｉｎｔｅｌ、Ｃｙｒｉｘ、ＡＭＤ、ＨＰおよびＮｅｘｇｅｎからのものを少なくとも含む多様なプロセッサのいずれもがＣＰＵ５８に同等に好ましい。本開示の図示の実施形態は、これらの処理プラットフォームのいずれにも移植可能に設計されたオペレーティングシステム上で動作する。
【００３４】
メモリシステム５０は通常、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）半導体素子およびリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）半導体素子などの媒体の形態の高速メインメモリ６４と、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の長期記憶装置媒体の形態の二次記憶装置６６と、電気的、磁気的、光学的または他の記録媒体を用いてデータを格納する他のデバイスとを含む。メインメモリ６４はディスプレイ装置を通して画像を表示するビデオディスプレイメモリを含んでもよい。当業者であれば、メモリシステム５０は種々の記憶容量を有する多様な代替的構成要素を含んでもよいことを理解できよう。
【００３５】
当業者には周知であるように、システム４４はさらにオペレーティングシステムと少なくとも１つのアプリケーションプログラム（図示せず）とを備えてもよい。このオペレーティングシステムはコンピュータシステムの動作およびリソースのアロケーションを制御するソフトウェアのセットである。このアプリケーションプログラムは、前記オペレーティングシステムを通して利用可能なコンピュータリソースを用いてユーザが望むタスクを実行するソフトウェアのセットである。前記オペレーティングシステムおよびアプリケーションプログラムは共に図示のメモリシステム５０内に存在する。当業者には周知であるように、本明細書に記載の方法、工程および／または機能のいくつかは、ソフトウェアとして実施されてもよいし、コンピュータ実行可能命令として種々のコンピュータ読取可能媒体に格納されてもよい。本明細書に例として記載した方法の種々の実施形態では、コンピュータシステムは上記工程の１つまたは複数を実行するためのコンピュータ実行可能命令を有するロバストなオペレーティングおよびアプリケーションプログラムを含み得る。また、ローカルおよびリモートユーザインタフェース、オペレーションシステムならびにリモートオペレーションシステムの１つまたは複数は、コンピュータ実行可能命令を有する他のアプリケーションソフトウェアプログラムの中でも特に、例として上述した１つまたは複数のコントローラと通信し、インタラクティブに動作するシンクライアントアプリケーションを含んでもよい。
【００３６】
コンピュータプログラミング専門業者の実施に従って、本開示をシステム４４が実行するオペレーションの象徴的表現を参照して以下で説明する。このようなオペレーションを「コンピュータ実行される」と呼ぶこともある。象徴的に呈示したオペレーションは、データビットを表す電気信号のＣＰＵ４８による操作およびメモリシステム５０内の記憶場所におけるデータビットの維持、ならびに他の信号処理を含むことを理解されよう。データビットが維持される記憶場所は、当該データビットに相当する特定の電気的、磁気的または光学的特性を有する物理的場所である。本開示はコンピュータ読取可能媒体に格納された一連の命令を含む１つ以上のプログラムで実施可能である。コンピュータ読取可能媒体は、メモリシステム５０に関連して上述したどのようなデバイスであってもよいし、デバイスの組み合わせであってもよい。
【００３７】
当業者であれば、本明細書に記載のような調節されたピークノード出力を計算するシステムおよび構成要素のいくつかの実施形態は、更に多くのまたは更に少ないコンピュータ処理システム構成要素を有してもよく、本開示の範囲内に依然としてあることができることを理解されたい。
【００３８】
本明細書に記載のように、本発明者らはＬＨＧＲ限界をＡＳＴ限界と相関させることができ、したがって、ＬＨＧＲ限界を調節してＮＲＣが指定するようなＡＳＴ燃料棒平均出力限界に準拠することを保証することができることを決定した。また、ＬＨＧＲ限界を調節してそれらがＡＳＴ限界よりもさらに制限されたものであることを保証することができる。ＬＨＧＲ限界は炉心設計工程においても使用されるので、調節されたＬＨＧＲ限界はＡＳＴ限界に準拠することが保証される。この調節には、監視中の計画、ソフトウェアの変更および設計工程の変更の準拠も含む。したがって、本開示の１つまたは複数の実施形態は、燃料棒および炉心設計を改善すること、原子炉監視、例えば指針により定められたＡＳＴ限界と相関するように調整された監視限界を改善することならびに目的および指針との準拠を保証しながら原子炉運転を改善することを可能にする原子炉のための調節されたピークノード出力を提供することができる。こういった改善によって、燃料交換停止期間を短縮し、安全マージンを改善し、営業利益を改善することが可能になる。
【００３９】
要素もしくはフィーチャおよび／またはその実施形態を記載する際、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は要素またはフィーチャの１つまたは複数を意味するものとする。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」および「ｈａｖｉｎｇ」は包括的なものであり、具体的に記載された要素またはフィーチャ以外に追加の要素またはフィーチャが存在してもよいことを意味する。
【００４０】
当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなく、上記の例示的実施形態および実施例に種々の変更を行ってもよいことが認識されよう。したがって、上記説明に含まれるか、または添付図面に示された全事項は、説明のためのものであって、限定的な意味合いではないものとして解釈されるべきである。
【００４１】
本明細書に記載の工程またはステップは、考察し説明した具体的な順序でそれらを実行することを必ずしも必要とするわけではないことも理解されたい。追加のまたは代替的な工程またはステップが用いられてもよいことも理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】いくつかの例示的実施形態に係る調節されたピークノード出力を決定する方法を示すフローチャートである。
【図２】いくつかの例示的実施形態と共に用いられる沸騰水型原子炉を示す一部を切り取った部分断面図である。
【図３】例示的１実施形態に係る、ノード線出力密度対燃料棒ノード照射をプロットすることにより調節されたピークノード出力を決定する方法を示すフローチャートである。
【図４】別の実施形態に係る、燃料棒ノード照射の関数としてのノード線出力密度として基準ピークノード出力を示すグラフである。
【図５】例示的１実施形態に係る、図４の基準ピークノード出力のプロットから決定された調節されたピークノード出力を示すグラフである。
【図６】原子炉における調節されたピークノード出力を計算するシステムおよび／または方法のいくつかの実施形態または構成要素を実施するのに使用可能な例示的コンピュータシステムを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４３】
２０  原子炉
２２  炉心
２４  原子炉の燃料束
２６  原子炉のジェットポンプ
２８  原子炉の制御棒
３０  原子炉の制御棒駆動装置
４４  システム
４６  コンピュータ
４８  コンピュータの中央処理ユニット（ＣＰＵ）
５０  コンピュータのメモリシステム
５２  コンピュータのバス構造
５４  コンピュータの入力
５６  コンピュータの出力
５８  コンピュータの入力インタフェース
６０  コンピュータの出力インタフェース
６１  コンピュータのレジスタ
６２  コンピュータの制御ユニット
６４  コンピュータのメインメモリ
６６  コンピュータの二次記憶装置
【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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