(57)【要約】【課題】  試験ロッドパターンデザインに適用可能な限界のセットが定義され、試験ロッドパターンデザインのサブセットを位置決めするためのシーケンス戦略が確定される。【解決手段】  原子炉の炉心における燃料バンドルのサブセットであっても良い試験ロッドパターンデザインのサブセットに対して原子炉動作がシミュレートされて、複数のシミュレーション結果が生成される。シミュレーション結果は限界と比較され、比較からのデータは、シミュレーション中にいずれかの限界が試験ロッドパターンデザインにより違反されたか否かを示すために提供される。設計担当者又は技術者はこのデータを使用して、シミュレーションのための派生ロッドパターンデザインを作成し、最終的には特定の炉心に関するロッドパターンデザインを完成するために、どのオペレータパラメータを調整する（例えば、ブレードノッチ位置を制御する）必要があるかを判定することができる。【選択図】  図４
2004198422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉を動作させるための制御メカニズムを表す原子炉用ロッドパターンデザインを開発する方法において、
試験制御ロッドパターンデザインに適用可能である限界のセットを定義する過程と、
限界に基づいて、試験ロッドパターンデザインの１つ以上のサブセットを位置決めするためのシーケンス戦略を確定する過程と、
試験ロッドパターンデザインの少なくとも１つのサブセットに対して原子炉動作をシミュレートして、複数のシミュレーション結果を生成する過程と、
シミュレーション結果を限界と比較する過程と、
シミュレーション中に試験ロッドパターンデザインにより違反された限界を示すデータを提供する過程とから成る方法。
【請求項２】
試験ロッドパターンデザイン、限界、シミュレーション結果及び比較からのデータに関連する情報を格納することと、
試験ロッドパターンデザインを修正して、派生ロッドパターンデザインを作成することと、
シミュレーション中に派生ロッドパターンデザインにより違反された限界を示すデータを解明するために、シミュレートする過程、比較する過程及び提供する過程を繰り返すことと、
沸騰水型原子炉、加圧水型原子炉、ガス冷却炉及び重水炉より成る群から１種類の原子炉を選択することとを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
定義する過程は、
シミュレートする過程を実行するために入力されるべき変数に適用可能である入力限界を定義することと、
シミュレーション結果に適用可能である結果限界を定義することとを更に含み、
入力限界及び結果限界は比較する過程において評価され、
入力限界はクライアントが入力するプラント特有制約及び炉心性能基準に関連し、
結果限界は原子炉動作に使用される動作パラメータ限界、炉心安全度限界、それらの動作限界及び安全度限界のマージン、並びにクライアントが入力するプラント特有制約のうちの少なくとも１つの関連している請求項１記載の方法。
【請求項４】
比較する過程は、
シミュレーション結果を評価するために目標関数を構成することと、
目標関数を使用してシミュレーション結果ごとに目標関数値を生成することと、
どのシミュレーション結果が限界に違反するかを判定するために、定義された限界のセットに基づいて目標関数値を評価することとを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
提供する過程は、比較する過程が全ての限界は満足されたこと、又は受け入れ可能なマージンの中で満足されたことを示す場合に、受け入れ可能ロッドパターンデザインに関連するデータを提供することを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
派生ロッドパターンデザインのＮ回の反復を展開するために、修正する過程、シミュレートする過程、比較する過程及び提供する過程を繰り返し反復することと、
Ｎ回の反復のうちの選択された反復に関して、ロッドパターンデザイン、限界、シミュレーション結果及び比較からのデータに関連する情報を格納することとを更に含み、
繰り返し反復する過程は、特定の反復回における比較において、全ての限界が満足されたこと、又は受け入れ可能なマージンの中で満足されたことが示されるまで実行され、方法は、
原子炉の受け入れ可能ロッドパターンデザインに関連するデータを出力することを更に含む請求項２記載の方法。
【請求項７】
原子炉を動作させるための制御メカニズムを表す原子炉用ロッドパターンデザインを開発する装置（１０００）において、
試験ロッドパターンデザインを格納するメモリ（２５０）と、
試験ロッドパターンデザインに適用可能な限界のセットを受信し、限界に基づいてロッドパターンデザインのサブセットを位置決めするためのシーケンス戦略を確定することを可能にするインタフェース（２３０）と、
ロッドパターンデザインの少なくとも１つのサブセットに対してシミュレーション原子炉動作を実行して、複数のシミュレーション結果を生成するシミュレータと、
シミュレーション結果を限界と比較するプロセッサ（４００）とを具備し、
前記インタフェース（２３０）は、シミュレーション中に試験ロッドパターンデザインにより違反された限界を示すデータを提供する装置（１０００）。
【請求項８】
試験ロッドパターンデザインによる１つ以上の限界の違反を示すデータに応答して、
前記インタフェース（２３０）は、試験ロッドパターンデザインを修正して派生ロッドパターンデザインを作成する指令を受信し、
前記シミュレータは派生ロッドパターンデザインに対してシミュレーションを反復し、
前記プロセッサ（４００）は、シミュレーション結果を限界と比較し、
前記インタフェース（２３０）は、シミュレーション中に派生ロッドパターンデザインにより違反された限界を示すデータを提供する請求項７記載の装置（１０００）。
【請求項９】
１つ以上の限界の違反を示すＮ番目ごとの派生ロッドパターンデザインに関するデータに応答して、
前記インタフェース（２３０）、前記シミュレータ及び前記プロセッサ（４００）は、ロッドパターンデザイン修正機能、シミュレーション機能、比較機能及びデータ提供機能のＮ回の反復を実行し、Ｎ回の反復のうちの選択された反復について、
前記メモリ（２５０）は、ロッドパターンデザイン、限界、シミュレーション結果及び比較からのデータに関連する情報を格納する請求項８記載の装置（１０００）。
【請求項１０】
前記インタフェース（２３０）、前記シミュレータ及び前記プロセッサ（４００）は、前記プロセッサ（４００）が、特定の反復回において、全ての限界が満足されたこと、又は受け入れ可能なマージンの中で満足されたことを判定するまで、前記Ｎ回の反復を実行し、
前記インタフェース（２３０）は、前記原子炉の受け入れ可能ロッドパターンデザインに関連するデータを出力し、
受け入れ可能ロッドパターンデザインは制御ブレード構成及び制御棒構成のうちの一方として具現化される請求項９記載の装置（１０００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に原子炉に関し、特に原子炉の炉心のロッドパターンデザインを識別することに関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）又は加圧水型原子炉（ＰＷＲ）などの原子炉の炉心は、異なる特性を有する燃料棒（ＢＷＲの場合）又は異なる特性を有する複数の燃料棒群（ＰＷＲの場合）から成る数百本の個別の燃料バンドルを有する。それらのバンドル（燃料棒群）は、１つの燃料バンドル（燃料棒群）の中における燃料棒間の相互作用及び燃料バンドル（燃料棒群）間の相互作用が、政府による制約及び顧客指定による制約を含めて、あらゆる規制制約及び原子炉設計制約を満たすように配列されるのが好ましい。更に、ロッドパターンデザイン、例えば、炉心内部における制御ブレード（ＢＷＲの場合）又は制御棒（ＰＷＲの場合）などの制御メカニズムの配列は、炉心のサイクルエネルギーを最適化するように判定されなければならない。炉心サイクルエネルギーは、運転停止時に実行されているように、新たな燃料要素によって炉心を再生する必要が生じる前に炉心が発生するエネルギーの量である。
【０００３】
例えば、ＢＷＲの場合、炉心内部における可能なバンドル配列及び１つのバンドルにおける個別の燃料要素配列の数は数百階乗を超えると考えられる。それらの数多くの異なる可能構成の中で、全ての適用可能設計制約を満たすことができるのはわずか数パーセントのロッドパターンデザインのみであろう。更に、あらゆる適用可能設計制約を満たすロッドパターンデザインの中で経済的であるのは、そのわずか数パーセントである。
【０００４】
従来、ロッドパターンデザインの判定は試行錯誤方式で実行されてきた。特に、技術者又は設計担当者の過去の経験のみに基づいて、ロッドパターンデザインを行うときには初期パターンデザインが識別された。当初に識別されたロッドパターンデザインは、その後、コンピュータでシミュレートされた。ある特定の設計制約を満足しなければ、その構成を修正し、再度のコンピュータシミュレーションが実行された。以上説明した手続きを使用して適切なロッドパターンデザインが識別されるまでには、通常、何週間にも及ぶ労力が必要とされていた。
【０００５】
例えば、現在使用されているプロセスは、設計担当者が原子炉プラント特有の動作パラメータを入力ファイルであるＡＳＣＩＩテキストファイルに繰り返し入力することを要求する独立手動操作ロッドパターンデザインプロセスである。入力ファイルに入力されるデータは制御ブレードのブレードノッチ位置（評価される原子炉が沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）である場合）、炉心流量、炉心照射線量（例えば、メガワット−日毎短時間（ＭＷＴ／ｓｔ）で測定された炉心エネルギーサイクル１回当たりの燃焼量）などを含む。
【０００６】
原子力規制委員会（ＮＲＣ）が認可した炉心シミュレーションプログラムは得られた入力ファイルを読み取り、シミュレーションの結果をテキスト又は２進ファイルへ出力する。そこで、設計担当者はシミュレーション出力を評価して、設計基準に適合しているか否かを判定すると共に、熱限界のマージンの違反が起こったことを検証する。設計基準に適合できない場合（すなわち、１つ以上の限界に違反している場合）には、設計担当者が手作業で入力ファイルを修正する必要がある。特に、設計担当者は１つ以上の動作パラメータを手作業で変更し、炉心シミュレーションプログラムを再度実行することになるであろう。このプロセスは、申し分ないロッドパターンデザインが実現されるまで繰り返された。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このプロセスは極めて長い時間を要する。要求されるＡＳＣＩＩテキストファイルは構成するのに骨が折れ、多くの場合、誤りを生じやすい。ファイルは固定フォーマットであり、極めて長く、場合によっては５０００行を超えるコードを含む。ファイルに１つ誤りがあっても、シミュレータのクラッシュを招き、更に悪い場合には、さほど逸脱しているようには見えず、当初は検出するのが困難であるが、時間の経過に伴って繰り返すうちに悪化し、実際の運転中の炉心に配置されたときにはおそらく炉心サイクルエネルギーを減少させてしまうような結果を生じる。
【０００８】
更に、設計担当者をより好都合なロッドパターンデザインの解に向かって誘導するために、手動操作による反復プロセスを介して補助は全く与えられない。現在のプロセスでは、責任のある設計担当者又は技術者の経験と直観がロッドパターンデザインの解を判定する唯一の手段である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
原子炉を動作させるための制御メカニズムを表現する、原子炉のロッドパターンデザインを開発する方法及び装置が説明される。方法において、試験ロッドパターンデザインに適用可能な限界のセットが定義され、試験ロッドパターンデザインの１つ以上のサブセットを位置決めするためのシーケンス戦略が限界に基づいて確定される。例えば、原子炉の炉心における燃料バンドルのサブセットであっても良い試験ロッドパターンデザインのサブセットに対して原子炉動作がシミュレートされて、複数のシミュレーション結果が生成される。シミュレーション結果は限界と比較され、比較からのデータは、シミュレーション中にいずれかの限界が試験ロッドパターンデザインにより違反されたか否かを示すために提供される。設計担当者又は技術者はこのデータを使用して、シミュレーションのための派生ロッドパターンデザインを作成し、最終的には特定の炉心に関するロッドパターンデザインを完成するために、どのオペレータパラメータを調整する（例えば、ブレードノッチ位置を制御する）必要があるかを判定することができる。別の実施例においては、複数の異なるロッドパターンデザインに対して、原子炉の炉心で使用されるべき最適のロッドパターンデザインを実現するために違反された限界を絶えず改善しつつ、上記の過程を反復する最適化ルーチンが呼び出されても良い。
【００１０】
本発明は、以下の詳細な説明及び添付の図面から更に完全に理解されるであろう。図面中、同じ要素は同じ図中符号により表されるが、図中符号は単なる例示を目的として付されており、本発明を限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
原子炉のロッドパターンデザインを開発するための方法及び装置は、ユーザが適切な表示装置で検討できるようなロッドパターンデザイン（例えば、ＢＷＲの場合はノッチ位置及び制御ブレードパターンのシーケンス、ＰＷＲの場合は制御ロッドパターンのグループシーケンスなど）をユーザが仮想作成することを可能にするために、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）と、処理媒体（例えば、ソフトウェア駆動プログラム、プロセッサ、アプリケーションサーバなど）とを含む。装置は、提案されたロッドパターンデザインの解がシミュレートされる原子炉動作に関するユーザ入力限界又は制約にどれほど近く適合しているかに基づいて、ユーザに対してフィードバックを提供する。
【００１２】
初期試験ロッドパターンデザインから始めて、ユーザは、ＧＵＩを介して、シミュレートされる試験ロッドパターンデザインに適用可能である限界（例えば、限界はプラント特有の制約データであっても良い）を入力する。例えば、制約データ又は限界は、特定の原子炉プラント又は炉心エネルギーサイクルに関する限界又は目標動作値及び炉心性能値のセットとして定義されても良い。次に、ユーザは、ＧＵＩを介して、試験ロッドパターンデザインの原子炉シミュレーション（例えば、ＮＲＣにより認可されているシミュレーションコードを使用する３次元シミュレーション）を開始し、シミュレーションの結果を検討する。１つの面では、方法は、シミュレートされたロッドパターンデザインが限界又は制約にどれほど近く適合しているかを比較するために目標関数を計算する。目標関数は、制約又は限界を取り入れ、ロッドパターンデザインの限界に対する厳守度を定量化する数式である。例えば、シミュレーションの結果及び計算された目標関数値に基づいて、炉心設計担当者、技術者又はプラント管理者などであると思われるユーザは特定のデザインがユーザの限界条件に適合するか（すなわち、最大サイクルエネルギー条件に適合するか）否かを判定することが可能である。そこで、ＧＵＩを介して、ユーザは試験ロッドパターンデザインを修正して派生ロッドパターンデザインを作成し、派生ロッドパターンデザインにおいて何らかの性能改善があるか否かを判定するためにシミュレーションを繰り返すための指令を発行する。更に、ユーザは、シミュレートされるデザインが全ての限界を満足するまで、又はユーザにとって受け入れ可能であるマージンの中で全ての限界を満足するまで、ＧＵＩを介して、Ｎ種類のロッドパターンデザインに対して機能（例えば、シミュレーション、結果と限界の比較、限界違反がある場合の修正など）を反復しても良い。
【００１３】
本発明の方法及び装置はいくつかの利点を提供する。第１に、方法及び装置は、原子炉の所望のロッドパターンデザインを作成するために必要とされる時間の量を１０分の１に短縮するために計算環境を利用する。方法はユーザの入力制約又は設計限界を完全に厳守する（例えば、目標関数が０に等しくない場合、ロッドパターンデザインは完全ではない）。方法及び装置は、従来の手動操作による反復プロセスと比較して、ロッドパターンデザインを迅速に変更すること及び変更されたデザインをシミュレートすることに関してより大きな動作上の融通性を提供する。手動操作による反復プロセスに関して説明したように、シミュレータ入力ファイルを生成することを試みている間に誤りを犯すことは全くない。
【００１４】
図１は、本発明の一実施例に従った方法を実現するための装置を示す。図１を参照すると、装置１０００は、例えば、アクセス可能ウェブサイトの中央ネクサスとして利用されても良いアプリケーションサーバ２００を含む。アプリケーションサーバ２００は、例えば、ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）２０００アプリケーションサーバなどの周知の何らかのアプリケーションサーバとして具現化されても良い。アプリケーションサーバ２００は複数の計算サーバ４００、暗号サーバ２６０及びメモリ２５０に動作接続されていても良い。メモリ２５０は、例えば、リレーショナルデータベースサーバとして具現化されても良い。
【００１５】
複数の外部ユーザ３００は暗号化１２８ビット機密保護ソケット層（ＳＳＬ）接続３７５などの適切な暗号化媒体を介してアプリケーションサーバ２００と通信しても良いが、本発明はこの暗号化通信媒体に限定されない。ユーザ３００はインターネットを介して、あるいはパーソナルコンピュータ、ラップトップ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）などのうちのいずれか１つから、ウェブベースインターネットブラウザなどの適切なインタフェースを使用して、アプリケーションサーバ２００に接続しても良い。更に、アプリケーションサーバ２００は、内部ユーザ３５０が、例えば、イントラネットを介してアクセスできるように、適切なローカルエリアネットワーク接続（ＬＡＮ２７５）を介して内部ユーザ３５０に対してもアクセス可能である。アプリケーションサーバ２００はオンライン機密保護、目標関数値を計算するために全ての計算を指示し且つデータをアクセスすること、並びにユーザが検討できるようなロッドパターンデザインの様々な特徴の適切な図表表現を作成することを責務とする。図表情報は１２８ビットＳＳＬ接続３７５又はＬＡＮ２７５を介して通信される（ユーザ３００／３５０の適切な表示装置に表示される）。これ以降、ユーザという用語は内部ユーザ３５０と外部ユーザ３００の双方を表す。例えば、ユーザは原子炉のロッドパターンデザインを判定するためにウェブサイトをアクセスしている原子炉プラントの代表者及び／又は本発明の方法及び装置を使用することによりロッドパターンデザインを開発するために原子炉プラントの現場で賃貸しされているベンダーのいずれかであっても良い。
【００１６】
図２は、図１の装置と関連するアプリケーションサーバ２００を示す。図２を参照すると、アプリケーションサーバ２００は、様々な構成要素を接続し且つユーザから受信されるデータの経路を形成するためにバス２０５を利用する。バス２０５は、多くのコンピュータアーキテクチャにおいて標準的である周辺コンポーネント相互接続（ＰＣＩ）バスなどの従来のバスアーキテクチャによって実現されても良い。これに代わるＶＭＥＢＵＳ、ＮＵＢＵＳ、アドレスデータバス、ＲＡＭバス、ＤＤＲ（ダブルデータレート）バスなどのバスアーキテクチャを利用してバス２０５を実現することも言うまでもなく可能であろう。ユーザは、アプリケーションサーバ２００と通信するために、適切な接続（ＬＡＮ２７５又はネットワークインタフェース２２５）を介してアプリケーションサーバ２００へ情報を通信する。
【００１７】
アプリケーションサーバ２００はホストプロセッサ２１０を更に含み、ホストプロセッサは現在利用可能であるＰＥＮＴＩＵＭ（登録商標）プロセッサなどの従来のマイクロプロセッサによって構成されても良い。ホストプロセッサ２１０は、ユーザにより表示及び検討されるために、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）機能及びブラウザ機能、機密保護機能の指示、様々な限界に関する目標関数の計算などの計算の指示などのアプリケーションサーバ２００における全てのリアルタイム機能及び非リアルタイム機能の全てが実行される中央ネクサスを表している。従って、ホストプロセッサ２１０は、ソフトウェアにおいてブラウザとして具現化されるＧＵＩ２３０を含んでいても良い。ブラウザは、装置１０００のユーザに対するインタフェースを提示し、ユーザと対話するソフトウェア装置である。ブラウザはユーザインタフェース構成要素（例えば、ハイパーテキスト、ウィンドウなど）及び画像をフォーマッティングし、表示する責務を負う。
【００１８】
ブラウザは、通常、標準ハイパーテキスト、マークアップ言語（すなわち、ＨＴＭＬ）により制御され、指令される。これに加えて、又はその代わりに、更に詳細なユーザ対話を要求するＧＵＩ２３０の制御流れにおける決定はJava（登録商標）Scriptを使用して実現されても良い。これらの言語は共に所定のアプリケーションサーバ２００の実現形態の特定の詳細に合わせてカスタマイズ又は適合されても良く、画像は周知のＪＰＧ、ＧＩＦ、ＴＩＦＦ及び標準化圧縮スキーマを使用してブラウザで表示されても良いが、ＸＭＬ、「ホームブルー（home‐brew）」言語、あるいはその他の周知の非標準化言語及びスキーマのような、その他の非標準化言語及び圧縮スキーマをＧＵＩ２３０に対して使用しても良い。ホストプロセッサ２１０は暗号サーバ２６０に動作接続されても良い。従って、アプリケーションサーバ２００は、装置１０００を外部からの侵入から保護するためのファイアウォールを設定するように、暗号サーバ２６０を使用することにより全ての機密保護機能を実現する。更に、暗号サーバ２６０は登録ユーザの全ての個人情報の機密を保護する。
【００１９】
アプリケーションサーバ２００は複数の計算サーバ４００にも動作接続されていて良い。計算サーバ４００はユーザ入力データを処理し、ロッドパターンデザインのシミュレーションを指示し、以下に更に詳細に説明するように比較のために値を計算し、且つ結果を提供するために要求されるあらゆる計算を実行する。提供される結果は、ＧＵＩ２３０を介して、アプリケーションサーバ２００の指示の下に表示されれば良い。
【００２０】
計算サーバ４００は、例えば、ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）２０００サーバとして具現化されても良い。特に、計算サーバ４００は、目標関数を構成し且つ目標関数値を計算すること、特定の試験ロッドパターンデザインに対して炉心動作をシミュレートし、そのシミュレーションから出力を発生するために３Ｄシミュレータプログラムを実行すること、ＧＵＩ２３０を介するユーザからのアクセスに対して、表示のために結果データを提供すること、及び以下に更に詳細に説明するような最適化ルーチンを反復することを含む多数の複雑な計算を実行するように構成されていれば良い（ただし、ここで挙げた計算に限定されない）。
【００２１】
図３は、本発明の一実施例に従ったデータベースサーバ２５０の一例を示す。メモリ又はデータベースサーバ２５０はOracle（登録商標） 8i Alpha ES 40リレーショナルデータベースサーバなどのリレーショナルデータベースであれば良い。リレーショナルデータベースサーバ２５０は、本発明の方法を実現するために必要な全てのデータ及び結果を処理する複数の従属データベースを含んでいても良い。例えば、リレーショナルデータベースサーバ２５０は、特定の原子炉について評価される全ての試験ロッドパターンデザインのユーザ入力限界及び／又は設計制約を格納するデータベースである限界データベース２５１などの従属データベースを含む格納領域を含んでいても良い。更に、リレーショナルデータベースサーバ２５０は、３Ｄシミュレータにおいてシミュレートされるべき特定のロッドパターンデザインに関する全てのパラメータを格納する待ち行列データベース２５３を含んでいても良い。全てのシミュレータ結果はシミュレータ結果データベース２５５に格納されれば良い。シミュレータ結果データベース２５５（及び限界データベース２５１）は、特定の試験ロッドパターンデザインに適用可能である複数の目標関数値を計算するために、計算サーバ４００によりアクセスされれば良い。それらの目標関数値はリレーショナルデータベースサーバ２５０内の目標関数値データベース２５７に格納されれば良い。３Ｄシミュレータ入力パラメータデータベース２５９もリレーショナルデータベースサーバ２５０に含まれていて良い。データベース２５９は全ての照射線量ステップに対するロッドパターン位置及び原子炉動作パラメータを含む。計算サーバ４００がリレーショナルデータベースサーバ２５０に動作接続され、リレーショナルデータベースサーバ２５０と通信できるため、図３に示す従属データベースの各々は１つ以上の計算サーバ４００に対してアクセス可能である。
【００２２】
図４は、沸騰水型原子炉を例としてロッドパターンデザインに関して説明される本発明の一実施例に従った方法を示すフローチャートであるが、方法及び装置がＰＷＲ、ガス冷却炉及び重水炉に適用可能であることは理解されている。
【００２３】
図４を参照すると、ステップＳ５では評価のために１つの原子炉プラントが選択され、選択されたプラントの試験ロッドパターンデザインに関するシミュレーションで使用されるべき限界が定義される（ステップＳ１０）。限界に基づいて、制御メカニズムの運動（例えば、制御ブレードノッチ位置、制御棒位置など）のシーケンス戦略が確定される（ステップＳ２０）。複数のシミュレーション結果を生成するために、炉心デザイン全体に対して、又は試験ロッドパターンデザインの１つのサブセット（例えば、炉心における燃料バンドルのサブセットであっても良い）に絞って、原子炉動作がシミュレートされる（ステップＳ３０）。シミュレーション結果は限界と比較され（ステップＳ４０）、その比較に基づいて、いずれかの限界が違反されたか否かを示すデータが提供される（ステップＳ５０）。このデータは、シミュレータされた炉心のどの場所が最大の限界違反部分であるか、すなわち、限界違反に最も大きく寄与する部分であるかを示す標識もユーザに提供する。これらのステップの各々については以下に更に詳細に説明する。
【００２４】
図８から図１３は、本発明の方法及び装置の様々な特徴を更に説明するためにコンピュータベースアプリケーションの一例を示す画面図である。以下の本発明の方法及び装置の説明中、それらの図について時に応じて言及する場合がある。まず、初期試験ロッドパターンデザインを選択できるように、１つの原子炉プラントが選択される（ステップＳ５）。原子炉プラントは、例えば、リレーショナルデータベース２５０のようなアクセス可能データベースに格納されている格納リストから選択されれば良い。評価されるべき原子炉は、例えば、ＢＷＲ、ＰＷＲ、ガス冷却炉又は重水炉のいずれかであれば良い。先に評価されたプラントからのデータを格納しておき、適切なアクセス可能フォルダの下にリストアップされたプラントを適切な入力装置（マウス、キーボード、プラズマタッチスクリーンなど）及びＧＵＩ２３０を介してアクセスしても良い。プラントが選択され、初期試験ロッドパターンデザインが選択される。初期試験ロッドパターンは以前のシミュレーションで使用されたロッドパターンデザインから選択されても良く、評価されるべき原子炉に類似している原子炉からのロッドパターンデザインに基づいて選択されても良く、且つ／又は評価されるべき原子炉プラントにおいてより以前の炉心エネルギーサイクルで使用された実際のロッドパターンデザインから選択されても良い。
【００２５】
プラントが選択されると、プラント構成ウェブページをアクセスするために、ＧＵＩ２３０を使用して以前の試験デザインを入力することにより、初期ロッドパターンデザインが選択されれば良い。例えば、ウェブページは、後のシミュレーションにおける評価に備えて、ユーザに「モデルサイズ」、例えば、４分の１炉心、２分の１炉心又は炉心全体を選択することを可能にしても良い。更に、ユーザは、選択されたモデルサイズに対して、適切なドロップダウンメニューなどをクリックすることにより炉心対称オプション（例えば、八分円、四分円、非対称）を選択しても良い。
【００２６】
「八分円対称」を選択することにより、ユーザは、８つの八分円の全て（１つの八分円は、例えば、１つの燃料バンドル群である）がモデル化される八分円に類似していると仮定して原子炉をモデル化することができる。その結果、シミュレータ時間は概して８倍に増加する。その結果、シミュレータ時間は一般に８倍に増加される。同様に、「四分円対称」を選択することにより、ユーザは、４つの四分円の各々がモデル化される四分円に類似していると仮定して原子炉をモデル化することができる。従って、シミュレータ時間は一般に４倍に増加される。バンドル特性の非対称が八分円又は四分円対称を妨げるのであれば、ユーザは非対称を指定することも可能である。
【００２７】
試験ロッドパターンデザインに適用可能な限界のセットが定義される（ステップＳ１０）。それらの限界は評価されるべき特定の原子炉の設計の重要な面及びその原子炉の設計制約に関連していても良い。限界は、試験ロッドパターンデザインのシミュレーションを実行するために入力されるべき変数に適用可能であっても良く、シミュレーションの結果にのみ適用可能な限界であっても良い。例えば、入力限界はクライアントが入力する原子炉プラント特有の制約及び炉心性能基準に関連していても良い。シミュレーション結果に適用可能な限界は原子炉動作に使用される動作パラメータ限界、炉心安全度限界、それらの動作限界及び安全度限界に対するマージン、並びにその他のクライアントが入力する原子炉プラント特有の制約のうちの１つ以上に関連していても良い。図８Ａは、クライアントが入力するプラント特有の制約を示し、これはシミュレーションの入力変数に対する限界及びシミュレーション結果に対する限界として構成されていても良い。図８Ａを参照すると、全体を矢印８０５で示すように複数のクライアント入力プラント特有制約が列挙されている。制約ごとに、欄８１０により示すように、１つの設計値限界を割り当てることが可能である。
【００２８】
限界に基づいて、試験ロッドパターンデザインの１つ以上のサブセットを位置決めするためのシーケンス戦略が確定される（ステップＳ２０）。例えば、評価されるべき原子炉が沸騰水型原子炉である一実施例においては、限界は許容しうる制御ブレード位置及び持続時間を確定するのを助ける。ユーザが初期シーケンス戦略を判定するのを補助するために、制御ブレードテーマは許容しうるブレード対称性と共に定義される。典型的なＢＷＲ動作の場合、例えば、制御ブレードは４つのブレード群（「Ａ１」、「Ａ２」、「Ｂ１」及び「Ｂ２」）に分割されても良い。ブレードをそれらのブレード群に区分することにより、ユーザは所定のシーケンスの中で許容しうるブレードのみを容易に識別できるであろう。従って、望ましくない解をもたらす結果につながると考えられる望ましくないブレードの使用が防止される。制御ブレードテーマは照射線量ごとに識別されるので、必然的に十分なブレード定義が得られる。
【００２９】
制御ブレードテーマ及びブレード対称性を定義することにより、ユーザは制御ブレードテーマ内で単一のブレード位置を識別するだけで済むようになり、その他の対称の制御ブレードはそれに追随する。従って、冗長な制御ブレード位置情報によって図表領域が煩雑になることはない。更に、シーケンス戦略を自動化することにより、許容されない制御ブレード位置誤差の発生が阻止される。
【００３０】
ユーザは、次に、サイクル開始（ＢＯＣ）からサイクル終了（ＥＯＣ）に至る全てのシーケンス及び初期ロッドパターン判定を識別する。図８Ｂは、制御ブレードシーケンスがどのように入力されるかを図表により示す。ブレード群(Blade group)と名付けられた欄８１７では、ユーザは、例えば、ユーザが既に何を入力していたかに基づいてシーケンス戦略を調整又は設定することができる。図８Ｂでは、ユーザは８１１で照射線(Exposure)量ステップを設定し、８１３で計算型(calculation Type)を設定し、８１５で詳細なロッドパターンを設定し、８１７でブレード群を設定し、且つ適切な動作パラメータを設定している。
【００３１】
限界が定義され、シーケンス戦略が確定されると、シミュレーションが開始される（ステップＳ３０）。シミュレーションは計算サーバ４００により実行されても良いが、装置１０００の外部で実行される３Ｄシミュレーションプロセスであっても良い。ユーザはＰＡＮＡＣＥＡ（登録商標）、ＬＯＧＯＳ（登録商標）、ＳＩＭＵＬＡＴＥ（登録商標）、ＰＯＬＣＡ（登録商標）などの周知の実行可能な３Ｄシミュレータプログラムを採用するか、あるいは周知のように、適切なシミュレータドライバが定義され、符号化されている他のいずれかの周知のシミュレータソフトウェアを採用すれば良い。計算サーバ４００は、ユーザによりＧＵＩ２３０を介して入力されたデータに基づいてそれらのシミュレータプログラムを実行しても良い。
【００３２】
従って、ユーザは任意の時点でＧＵＩ２３０を使用して３Ｄシミュレーションを開始するが、シミュレーションを開始するための手段にはいくつかの異なる種類がある。例えば、周知のように、ユーザはウィンドウドロップダウンメニューから「シミュレーション実行（run simulation）」を選択しても良いし、ウェブページタスクバーで「ＲＵＮ」アイコンをクリックすることも可能であろう。更に、ユーザはシミュレーションの図表更新又は状態を受信しても良い。シミュレーションに関連するデータはリレーショナルデータベースサーバ２５０内の待ち行列データベース２５３に待機していても良い。シミュレーションが待機状態にあるとき、周知のように、ユーザはシミュレーションが完了する時点に関して音声及び／又は視覚による表示を受けても良い。
【００３３】
ユーザがシミュレーションを開始すると、その後に多数の自動化ステップが続く。図５は、シミュレーションステップＳ３０を更に詳細に示すフローチャートである。まず、ロッドパターンデザイン問題に関する全ての定義が３Ｄ炉心シミュレータに合わせて３Ｄ命令セット（例えば、コンピュータジョブ）に変換される（ステップＳ３１）。これにより、ユーザは先に説明したシミュレータのようないくつかの種類のシミュレータから選択することが可能になる。どの特定のシミュレータを選択するかは、ユーザにより入力されるプラント基準（例えば、限界）によって決まる。コンピュータジョブは各リレーショナルデータベースサーバ２５０の待ち行列サーバ２５３に待機するように実行可能状態とされる（ステップＳ３３）。特定のシミュレーションに関するデータの格納により、最前の反復又は以前の反復から可能なシミュレーション反復を開始することが可能になる。このデータを格納し、検索することにより、ロッドパターンデザインに対する以後のシミュレーション反復の実行に要する時間はわずか数分又は数秒になる。
【００３４】
これと同時に、利用可能な計算サーバ４００の各々で実行中のプログラムは数秒ごとに実行すべき実行可能なジョブを検索するために走査する（ステップＳ３７）。実行可能な状態のジョブがあれば、１つ以上の計算サーバ４００は待ち行列データベース２５３からデータを獲得し、適切な３Ｄシミュレータを動作させる。先に説明したように、ユーザに対して１つ以上の状態メッセージが表示されても良い。シミュレーションが完了すると、関心ある全ての結果はリレーショナルデータベース２５０内の１つ以上の従属データベース（例えば、シミュレーション結果データベース２５５）に格納される。従って、試験ロッドパターンデザインに関する目標関数値を計算するために、リレーショナルデータベースサーバ２５０をアクセスできる。
【００３５】
図６は、図４の比較ステップを更に詳細に示す流れ図である。目標関数は計算サーバ４００によるアクセスに備えてリレーショナルデータベースサーバ２５０に格納されていても良い。目標関数値を提供する目標関数計算も、従属する目標関数値データベース２５７などのリレーショナルデータベースサーバ２５０内に格納されても良い。図６を参照すると、目標関数計算に対する入力は限界データベース２５７からの限界と、シミュレータ結果データベース２５５からのシミュレータ結果とを含む。従って、１つ以上の計算サーバ４００はこのデータをリレーショナルデータベースサーバ２５０からアクセスする（ステップＳ４１）。
【００３６】
本発明の方法及び装置においては、任意の数の目標関数フォーマットを利用できるであろうと考えているが、一実施例は、（ａ）「CONS」と表現される、ある特定の制約パラメータに対する限界（例えば、原子炉プラントパラメータの設計制約）、（b）「RESULT」と表現される、その特定の制約パラメータに関する３Ｄシミュレータからのシミュレーション結果、及び（ｃ）「MULT」と表現される、制約パラメータの乗数という３つの要素を有する目標関数を含む。事前定義済みMULTのセットは、例えば、ＢＷＲプラント構成の大きな集団から経験的に判定されても良い。それらの乗数は、原子炉エネルギー、反応度限界及び熱限界を適切な順序で判定することを可能にする値に設定されても良い。従って、本発明の方法は経験的に判定された乗数の総称セットを利用し、それらは３０種類を超える異なる炉心デザインに適用可能であろう。しかし、ＧＵＩ２３０により乗数を手動操作で変更することは可能であり、これは、ユーザの好みで事前設定済みデフォルトにより識別される乗数より大きい乗数によっていくつかの制約に「ペナルティを課す」ことが望まれる場合もあるという点で重要である。
【００３７】
目標関数値は個別の制約パラメータごとに計算されても良いし、全ての制約パラメータを一まとまりとして計算されても良いが、その場合、全ての制約パラメータはある特定の試験ロッドパターンで評価されるべきものの全体を表している。目標関数の個々の制約要素は式（１）に記載するように計算されれば良い。
【００３８】
OBJpar = MULTpar*(RESULTpar - CONSpar)   （１）
式中、「par」は図８Ａに列挙されているクライアント入力制約のうちのいずれかであれば良い。これらのパラメータは評価のための可能な候補になりうるであろうパラメータであるばかりではなく、原子炉の適切な炉心構成を判定するために一般に使用されているパラメータでもあることを理解すべきである。総合的な目標関数は全ての制約パラメータの総計である。すなわち、
OBJTOT = SUM(par =1, 31)[OBJpar]       （２）
式１に関して説明すると、RESULTがCONSより小さい場合（例えば、制約の違反がない）、差は０にリセットされ、目標関数は０になる。従って、０の目標関数値は、ある特定の制約が違反されなかったことを示す。正の目標関数値は、修正を必要とすると思われる違反を表す。更に、シミュレーション結果は特殊座標（i, j, k）及び時間座標（照射線量ステップ）（例えば、炉心エネルギーサイクルにおける特定の時間）で提供されても良い。従って、ユーザはどの時間座標（例えば、照射線量ステップ）にその問題が位置しているかを見て取ることができる。そのため、ロッドパターンは識別された照射線量ステップでのみ修正される。
【００３９】
加えて、目標関数値は各照射線量ステップの関数として計算され、試験ロッドパターンデザイン問題全体に対して合計されても良い（ステップＳ４３）。制約ごとに計算された目標関数値と、照射線量ステップごとの目標関数値は、総目標関数値に対する所定の制約の寄与の度合を表す百分率を求めるために、各目標関数値を正規化することにより更に検査されても良い（ステップＳ４５）。目標関数計算の各々結果、すなわち、値は、リレーショナルデータベースサーバ２５０内の従属目標関数値データベース２５７に格納される。
【００４０】
目標関数値はロッドパターン開発の手動操作による判定に利用されても良い。例えば、限界に違反するパラメータを判定するために、ユーザは図表形式で目標関数計算の値を見ても良い。更に、ロッドパターンデザインを首尾よく反復する中で目標関数値に何らかの変更が行われる場合、それは提案されたデザインにおける改善と損失の双方を推定するための基準をユーザに与える。
【００４１】
数回の反復の間の目標関数値の増加は、ユーザの変更が所望の解から離れつつあるロッドパターンデザインを作成していることを示し、一方、目標関数値を減少しつつ連続する反復（例えば、目標関数値が正の値から０に向かって減少する場合）は、反復ロッドパターンデザインの改善を示すであろう。連続する反復の間の目標関数値、限界及びシミュレーション結果は、リレーショナルデータベースサーバ２５０内の様々な従属データベースに格納されても良い。従って、後の修正が役に立たないと判明した場合には、過去の反復からのデザインを迅速に検索できるであろう。
【００４２】
目標関数の計算が完了すると、評価される試験ロッドパターンデザインのシミュレーション中に違反された限界を含む、目標関数計算に関連するデータがユーザに提供される。図９は、ユーザが検討すると思われる図表データの一例を示す。図９を参照すると、入力限界を表す制約パラメータのリストと、制約ごとの目標関数値計算の各々の値とが表示されている。図９は、例えば、チェックされたボックス９０５により示すように、ボックス内のチェックマークによって違反された限界を示している。更に、限界違反ごとに、その寄与及び百分率（％）寄与（図６に関して説明した計算及び正規化ルーチンに基づく）が表示されている。従って、このデータに基づいて、ユーザには後の反復に備えて試験ロッドパターンデザインに対してどのような修正を実行する必要があるかに関する勧告が与えられる。
【００４３】
あるいは、個別のロッドパターンの修正はユーザの希望に任されても良いのであるが、手続き上の勧告は、例えば、プルダウンメニューの形で与えられても良い。それらの勧告は４つのカテゴリ、すなわち、エネルギーに有益な移動、反応度制御、エネルギーに不利益な移動及び（熱限界からの）過剰マージンの追加エネルギーへの変換の４つに分割されても良い。好ましい技法は、エネルギーに不利益な移動よりエネルギーに有益な移動を使用して問題に対処する方法である。ロッドパターンデザインが全ての限界（クライアントが入力したプラント特有制約、設計限界、熱限界など）に適合していたとしても、ユーザは特定の限界に対する過剰マージンが追加エネルギーに変換されることを検証しても良い。従って、以下の論理ステートメントは上記の手続き上の勧告を表現していると考えられる。
【００４４】
エネルギーに有益な移動
・ブレードの最上部からずれてピーキングがあれば、ブレードをより深く挿入する
・ＥＯＣでＮＥＸＲＡＴ（例えば、熱マージン制約）問題があれば、サイクルのより早期の時点でブレードをより深く挿入する
・サイクルの中途でｋＷ／ｆｔピーキングがあれば、サイクルのより早期の時点で燃料棒をより深く押し込む
【００４５】
反応度制御
・シーケンス中に流量が多すぎれば、燃料棒を深く引く
・シーケンス中に流量が少なすぎれば、燃料棒をより深く押し込む
【００４６】
エネルギーに不利益な移動
・シーケンス中に炉心の底部でピーキングがあれば、局所領域で浅くブレードを挿入する
【００４７】
過剰マージンの追加エネルギーへの変換
・ＥＯＣで余分なＭＦＬＣＰＲマージンがあれば、サイクルのより早期の時点でブレードをより深く押し込む
・ＥＯＣでｋＷ／ｆｔマージンがあれば、サイクルのより早期の時点でブレードをより深く押し込む
・ＥＯＣで炉心の中心において余分なＭＦＬＣＰＲマージンがあれば、サイクルのより早期の時点で中央の燃料棒をより深く押し込む
【００４８】
場所と、目標関数により示される限界違反の時間照射線量とに基づいて、ユーザは制約違反に対処し、修正するために、上記の勧告のうちの１つ以上に容易に従うことができるであろう。
【００４９】
目標関数計算の結果として得られたデータは適切な表示装置で解釈されても良い。例えば、このデータは、図９に関して説明したように、違反源を指示した制約のリストとして表示されても良い。しかし、ユーザは、例えば、２次元又は３次元画面として構成可能である複数の異なる「結果」表示画面をアクセスしても良い。以下の表１はユーザが利用可能である画面のいくつかの例を示している。
【００５０】
【表１】
2004198422.tif 000003
【００５１】
図１０から図１１Ｂは、本発明に従ってユーザ利用可能である図表画面を示す。図１０を参照すると、ユーザは、いくつかの制約又はパラメータの画面を表示するために、タスクバーの「ビュー（view）」アイコンから適切なドロップダウンメニューをプルダウンする。図１０に示すように、ユーザは最大分数制限パワー密度（Maximum Fractional Limiting Power Density、ＭＦＬＰＤ）制約パラメータを選択している。プルダウンメニュー１０１０により示すように、ユーザが利用可能ないくつかの異なる図表画面がある。ユーザは単純に所望の画面を選択し、その後、図１１Ａ又は図１１Ｂに示すようなページをアクセスすれば良い。図１１Ａは、１１０５及び１１１０に示すように、特定の制約の２つの異なる２次元グラフを示す。例えば、ユーザは、炉心サイクルにおいて特定の照射線量について最大平均平面熱発生速度（Maximum Average Planar Heat Generation Rate、ＭＡＰＬＨＧＲ）の違反がどこで起こったか（炉心最大値と照射線量のグラフ１１０５、及びＭＦＰＬＤの軸方向値と照射線量のグラフ１１１０）を判定することができる。それらの制約の限界は線１１２０及び１１２５により示され、違反は通常図１１Ａの１１３０及び１１３５で示されている。
【００５２】
図１１Ｂは別の画面、この場合には、ＭＡＰＬＨＧＲと照射線量の関係の違反に寄与する最大の原因がどの場所にあるかを知るために、炉心の横断面全体を２次元で表す画面を示す。１１４０及び１１５０でわかるように、丸で囲まれた正方形は、炉心におけるＭＡＰＬＨＧＲの違反の最大の寄与原因である燃料バンドルを表す（例えば、１１４０及び１１５０はＭＡＰＬＨＧＲに違反するバンドルを指示している）。これにより、ユーザはロッドパターンデザインにおいてどの燃料バンドルが修正を必要としているかを知ることができる。
【００５３】
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の一実施例に従った修正処理及び反復処理のステップを説明する流れ図である。図７Ａを参照すると、ステップＳ６０でデータを解釈することにより、ユーザは修正サブルーチンを開始しようとする（ステップＳ７０）。実際の場面では常に、最初の試験ロッドパターンデザインは受け入れ可能なデザインではなく、修正サブルーチンが要求されるであろう。一実施例では、ユーザはグラフィカルユーザＧＵＩ２３０を利用して、手動操作によりこの修正サブルーチンを指示できる。別の実施例においては、何回かのロッドパターンデザイン反復に対して自動的にシミュレーション、目標関数の計算及び目標関数計算の結果又は値の評価を自動的に繰り返す最適化アルゴリズムの限度内でサブルーチンが実行されても良い。
【００５４】
ユーザは、表示されるデータに基づいて、いずれかの限界が違反されたか否かを判定する（ステップＳ７１）。限界の違反がなければ、ユーザが、ロッドパターンデザインから最大パワーの特性が得られたことを示す識別子があるか否かを判定する。例えば、それらの識別子は、サイクル延長のためにプルトニウム発生を最大にするために燃料棒を炉心内部へ更に深く押し込むことにより良好な熱マージン利用（ＭＦＬＣＰＲ及びＬＨＧＲのマージンなど）を示す標識を含むであろう。サイクルデザインに対して最小ＥＯＣ固有値が得られたとき（固有値検索）又は所望のサイクル長さが一定のＥＯＣ固有値で判定されたとき、パワー条件に適合したと示されても良い。試験ロッドパターンデザインから最大パワーが得られたとの指示があった（ステップＳ７２の出力がＹＥＳである）場合、受け入れ可能なロッドパターンデザインが判定されたことになり、ユーザはそのロッドパターンデザインに関連する結果の報告をアクセスしても良い（ステップＳ７３）。
【００５５】
限界が違反された（ステップＳ７１の出力がＹＥＳである）か、又は限界の違反はないが、ロッドパターンデザインから最大パワーが得られなかったという指示がある（ステップＳ７２の出力がＮＯである）場合には、ユーザは、シーケンス戦略の修正が要求されることを示す特性があるか否かを判定する（ステップＳ７４）。シーケンス戦略を修正する必要性を示す特性は過剰な制御ブレード（制御棒）履歴、局所領域におけるＥＯＣの過剰なＭＦＬＣＰＲ及び個別の照射線量においてＭＦＬＣＰＲを含むことが不可能であることを含むであろう。更に、ロッドパターン設計の変更の数度にわたる反復が試みられ、目標関数の改善が現実に見られなかった場合には、これは代替ロッドパターンシーケンスを展開する必要があるであろうということを示すもう１つの標識である。
【００５６】
従って、シーケンス戦略が修正を要求する（ステップＳ７４の出力がＹＥＳである）場合、ユーザはシーケンス戦略を変更することにより派生ロッドパターンデザインを作成する（ステップＳ７５）。例えば、図８Ｂ及び図８Ｃを参照すると、ユーザはブレードグルーピングを変更するために動作構成ページの編集オプションを選択しても良い（図８Ｂの８１７を参照）。
【００５７】
シーケンス戦略を修正する必要があることを示す特性が存在しない（ステップＳ７４の出力がＮＯである）場合には、ユーザは、制御ブレード又は制御棒の位置を変更することにより派生パターンを作成するために試験ロッドパターンデザインを修正しても良い。図８Ｂを参照すると、ユーザは特定の照射線量について「燃料棒設定（set rods）」ボックス８３０をチェックし、編集アイコン８３５を選択する。図８Ｃに示すように、それらの操作は別の表示を出現させ、ユーザは、それに基づいて、手動操作によりある特定のグループの制御ブレードのノッチ位置を変更することができる。図８Ｃには、セル８４１で選択されたブレード群Interior A1を含む炉心横断面を示す「ブレードグループ定義（Define Blade Groups）」画面８４０が示されている。オプション(Options)プルダウンメニュー８４２を選択することにより、ユーザは「ブレード制約設定（Set Blade Constraints）」ウィンドウ８４５と呼ばれる別のウィンドウを表示することができる。最小引き出し欄８５０はブレードをどの程度まで炉心内部に入れることが許容されるかを識別する。最大引き出し欄８５５はブレードをどの程度まで炉心外へ出すことが許容されるかを識別し、許可なし（Not Allowed）欄８６０はこの特定のロッドパターンデザインに関して許容されないブレード位置を識別する。本発明は沸騰水型原子炉の制御ブレードノッチ位置を変更することに限定されず、加圧水型原子炉における制御棒の棒位置の変更並びにその他の種類の原子炉（例えば、ガス冷却炉、重水炉など）における制御棒位置の変更にも適用されることを理解すべきである。
【００５８】
試験ロッドパターンが燃料棒位置の変更により修正されるか、又はシーケンス戦略の変更により修正されるかに関わらず、派生ロッドパターンデザインが全ての限界に適合するか否かを判定するためにステップＳ３０〜Ｓ５０は繰り返される（ステップＳ７７）。これは反復プロセスであっても良い。
【００５９】
図７Ｂは、本発明の一実施例に従った反復プロセスを示す。シミュレートされた派生ロッドパターンデザインごとに、ユーザは、シミュレーション結果と限界との比較に関連するデータ（例えば、計算された目標関数値）が依然として限界違反の存在を示しているか否かを判定する。限界違反がなければ、ユーザは特定の原子炉で使用できる受け入れ可能なロッドパターンデザインを開発したことになり、受け入れ可能なロッドパターンデザインに関連する図表結果をアクセスすれば良い（ステップＳ１７３）。
【００６０】
反復が限界の違反を依然として示している（ステップＳ１６０の出力がＹＥＳである）場合には、全ての限界が満足されるまで、又はユーザの判定に従って受け入れ可能であるマージンの中で全ての限界が満足されるまで、ステップＳ７０の修正サブルーチンが繰り返し反復される（ステップＳ１７０）。この反復プロセスは、ユーザがロッドパターンデザインを微調整でき、また、おそらくは従来の、手動操作による反復プロセスによって以前に抽出可能であったよりも、更に多くのエネルギーを受け入れ可能ロッドパターンデザインから抽出できるという点で有益である。更に、リレーショナルデータベースサーバ２５０及び複数の計算サーバ４００を取り入れたことで、計算の処理が迅速になる。図７Ｂで説明したような反復プロセスは、従来の一度に１つのパラメータを変更し、その後に炉心シミュレーションを実行するという手動操作による反復プロセスを使用した場合の数週間と比較して、極めて短い期間で実行できるであろう。
【００６１】
ここまで、ユーザ又は設計担当者がＧＵＩ２３０を介してデータを解釈し、表示されるフィードバック（目標関数からのデータ）に基づいて、所望のデザインを獲得するために手作業により試験ロッドパターンデザインを繰り返し修正することに関連して、本発明の方法及び装置を説明してきた。しかし、図７Ａ及び図７Ｂの上述のステップは最適化プロセスを経て実行されても良い。最適化プロセスは複数の異なるロッドパターンデザインに対して、原子炉の炉心で使用されるべき最適のロッドパターンデザインを実現するために絶えず違反された限界を改善しつつ、図７Ａ及び図７Ｂのステップを繰り返す。
【００６２】
図１２は、そのようなプロセスを開始するための画面図を示す。例えば、プラント及び試験ロッドパターンを選択した後、ユーザは最適化構成画面１２０５を表示しても良い。ユーザは、例えば、ロッドパターン最適化、炉心流量最適化及びシーケンス間隔最適化の最適化パラメータ１２４０を選択しても良い。
【００６３】
ロッドパターン最適化(Optimize Rod Patterns)は、動作サイクル中の、原子炉を制御するために所定のシーケンスが使用されている持続時間について、制御棒グルーピング（シーケンスと呼ばれる）の中の個々の制御棒位置を最適に判定することを意味している。制御棒の位置は局所パワー並びに核反応速度に影響を及ぼす。炉心流量最適化(Optimize Core Flow)は、動作サイクル中の時間の関数として、原子炉を通過する原子炉冷却剤の流量を最適に判定することを意味している。流量は原子炉全体のパワー並びに核反応速度に影響を及ぼす。シーケンス間隔最適化は、動作サイクル中に原子炉を制御するために所定のシーケンス（すなわち、制御棒グルーピング）が使用される持続時間を最適に判定することを意味する。シーケンス間隔は局所パワー並びに核反応速度に影響を及ぼす。
【００６４】
適切な入力装置（例えば、キーボード、マウス、タッチ表示など）を使用して、ユーザはＧＵＩ２３０を介して、１つの最適化パラメータ１２４０と関連する選択ボックス１２４２をクリックすることにより１つ以上の最適化パラメータを選択すれば良い。選択が行われると、選択された最適化パラメータの選択ボックス１２４２にチェックマークが現れる。その選択ボックス１２４２を再度クリックすると、最適化パラメータの選択は解除される。
【００６５】
最適化問題と関連する制約パラメータをメモリ（リレーショナルデータベースサーバ）２５０に格納しても良い。それらは、例えば、限界データベース２５１に格納される。制約パラメータは、１つ以上の制約を満足させなければならない又は満足させるべきである最適化問題のパラメータであり、制約は先に説明した限界に類似しているであろう。
【００６６】
図１３は、沸騰水型原子炉の炉心デザインの最適化問題と関連する最適化制約を列挙した最適化制約ページの一例の画面図を示す。図示されるように、各々の最適化制約１３５０は関連する１つの設計値１３５２を有する。各最適化制約は指定の設計値以下でなければならない。ユーザは目標関数を構成する最に考慮すべき最適化パラメータを選択することができる。ユーザは、最適化制約１３５０と関連する選択ボックス１３５４をクリックすることにより、最適化制約を選択する。選択が行われると、選択された最適化性約１３５０の選択ボックス１３５４にチェックマークが現れる。選択ボックス１３５４を再度クリックすると、最適化制約の選択は解除される。
【００６７】
各最適化パラメータは関連する所定のクレジット項及びクレジット重みを有し、それらはリレーショナルデータベースサーバ２５０に格納されている。同様に、各最適化制約も関連する所定のペナルティ項及びペナルティ重みを有し、それらは限界データベース２５１及び／又は目標関数値データベース２５７などの、リレーショナルデータベースサーバ２５０に格納されていても良い。図１３に示すように、ペナルティ項は設計値を組み込んでおり、ユーザはこの値を希望に応じて変更（すなわち、構成）することができる。更に、図１３の実施例により、ユーザは最適化制約１３５０ごとの重要度(Importance)１３５６を設定することができる。最適化制約の重要度フィールド１３５８において、ユーザは微小、低、公称、高及び極度というプルダウンメニューを与えられる。各々のオプションは、重要度が大きいほど、所定のペナルティ重みも大きくなるような経験的に予め定められたペナルティ重みに相関している。このように、ユーザは所定のペナルティ重みのセットの中から選択する。
【００６８】
上記の選択が完了すると、計算サーバ４００はリレーショナルデータベースサーバ２５０から選択肢を検索し、先に説明した一般定義及び選択プロセス中に実行された選択に従って目標関数を構成する。その結果構成される目標関数は、選択された最適化パラメータと関連するクレジット要素の和と、選択された最適化制約と関連するペナルティ要素の和とを加算した値である。
【００６９】
更に、この実施例は、ユーザがクレジット重み及びペナルティ重みを処理する方法を選択することを可能にする。例えば、ユーザにはペナルティ重みに関して静的、デスペナルティ、動的及び適応という可能な方法論が与えられ、クレジット重みに関して静的、動的及び適応という可能な方法論が与えられ、ペナルティ重みとクレジット重みの双方に関して相対適応の方法論が与えられる。周知の静的方法論は重みを当初に設定された値に維持する。周知のデス方法論は各ペナルティ重みを無限大に設定する。周知の動的方法論は、最適化検索において目標関数を使用している期間中に、重み変化の量及び／又は頻度を判定する数式に基づいて初期重み値を調整する。周知の適応方法論も最適化検索の進行中に適用される。この方法では、ペナルティ重み値は設計値に違反する制約パラメータごとに定期的に調整される。相対適応方法論は、本出願の発明者により出願された、特願2003-325370号に開示されている。
【００７０】
目標関数を使用する最適化
図１４は、本発明の一実施例に従って目標関数を採用する最適化プロセスのフローチャートを示す。この最適化プロセスは、本出願の発明者により出願された、特願2003-327076号に開示されている。
【００７１】
説明の便宜上、図１４の最適化プロセスは図１に示すアーキテクチャにより実現されるものとして説明される。図示されるように、ステップＳ１４１０では、先の章で説明したように目標関数が構成され、その後、最適化プロセスが始まる。ステップＳ１４１２で、計算プロセッサ４００はリレーショナルデータベース２５０からシステム入力を検索するか、又は使用中の最適化アルゴリズムに基づいて最適化問題の入力パラメータ（すなわち、システム入力）として１つ以上の値セットを生成する。例えば、それらの入力パラメータは１つのバンドルのロッドパターンを判定することに関連していても良い。しかし、最適化はそれらのパラメータの使用に限定されず、その他の入力パラメータとして、原子炉内部における新たな燃料バンドル及び照射済み燃料バンドルの配列、サイクル中の時間の関数としての、棒グループ（シーケンス）の選択及び制御棒位置の配置、サイクル中の時間の関数としての炉心流量、原子炉冷却剤入口圧力なども考えられるであろう。
【００７２】
各々の入力パラメータの値のセットは最適化問題の候補解である。先に説明したような炉心シミュレータはシミュレート動作を実行し、入力パラメータ値セットごとにシミュレーション結果を生成する。シミュレーション結果は最適化パラメータ及び最適化制約の値（すなわち、システム出力）を含む。それらの値、又はそれらの値のサブセットは目標関数の数式における変数の値である。
【００７３】
次に、ステップＳ１４１４では、計算プロセッサ４００は目標関数及びシステム出力を使用して、候補解ごとの目標関数値を生成する。ステップＳ１４１６で、計算プロセッサ４００は、ステップＳ１４１４で生成された目標関数値を使用して最適化プロセスが１つの解に収束したか否かを評価する。収束に到達しなければ、ステップＳ１４１８で、入力パラメータセットが修正され、最適化反復カウントが増分され、処理はステップＳ１４１２に戻る。ステップＳ１４１２、Ｓ１４１６及びＳ１４１８の生成動作、収束評価動作及び修正動作はGenetic Algorithms、Simulated Annealing及びTabu Searchなどの周知のいずれかの最適化アルゴリズムに従って実行される。最適化を利用して受け入れ可能ロッドパターンデザインを判定する場合、最適化は収束（例えば、図７Ａ及び図７ＢのステップＳ７３／Ｓ１７３におけるような受け入れ可能な結果）が得られるまで実行される。
【００７４】
本発明の技術的効果は、ロッドパターンデザインが原子炉を動作させるための制御メカニズムを表現しているような、原子炉のロッドパターンデザインを効率良く開発するための方法を提供するコンピュータベース構成、並びに内部ユーザ及び外部ユーザに原子炉のロッドパターンデザインを迅速に開発し、シミュレートし、修正し、完成する能力を与えるコンピュータベース方法である。
【００７５】
以上、本発明を説明したが、本発明を数多くの方法で変形できることは自明であろう。例えば、原子炉のロッドパターンデザインを開発する方法を説明したが、ＢＷＲなどの原子炉は先に概要を説明した方法に従って開発されたロッドパターンデザインを使用して動作するように構成されても良い。そのような変形は本発明の趣旨からの逸脱とみなされるべきではなく、当業者には自明であろうと考えられるそのような変形の全ては特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施例に従った方法を実現するための装置を示す図。
【図２】本発明の一実施例に従った方法を実施するための装置のアプリケーションサーバを示す図。
【図３】本発明の一実施例に従って複数の従属データベースを有するリレーショナルデータベースを示す図。
【図４】本発明の一実施例に従った方法を説明するフローチャート。
【図５】本発明の一実施例に従ったシミュレーションステップを示すフローチャート。
【図６】本発明の一実施例に従った図４の比較ステップを更に詳細に示すフローチャート。
【図７】図７Ａ，図７Ｂは、本発明の一実施例に従ったロッドパターンデザインの変更及び反復プロセスを示すフローチャート。
【図８Ａ】本発明の方法及び構成の様々な特徴を更に説明するためのコンピュータベースアプリケーションの例を示す画面図。
【図８Ｂ】本発明の方法及び構成の様々な特徴を更に説明するためのコンピュータベースアプリケーションの例を示す画面図。
【図８Ｃ】本発明の方法及び構成の様々な特徴を更に説明するためのコンピュータベースアプリケーションの例を示す画面図。
【図９】本発明の方法及び構成の様々な特徴を更に説明するためのコンピュータベースアプリケーションの例を示す画面図。
【図１０】本発明の方法及び構成の様々な特徴を更に説明するためのコンピュータベースアプリケーションの例を示す画面図。
【図１１Ａ】本発明の方法及び構成の様々な特徴を更に説明するためのコンピュータベースアプリケーションの例を示す画面図。
【図１１Ｂ】本発明の方法及び構成の様々な特徴を更に説明するためのコンピュータベースアプリケーションの例を示す画面図。
【図１２】本発明の方法及び構成の様々な特徴を更に説明するためのコンピュータベースアプリケーションの例を示す画面図。
【図１３】本発明の方法及び構成の様々な特徴を更に説明するためのコンピュータベースアプリケーションの例を示す画面図。
【図１４】本発明の一実施例に従って使用される最適化ルーチンを説明するフローチャート。
【符号の説明】
【００７７】
２００…アプリケーションサーバ、２０５…バス、２１０…ホストプロセッサ、２２５…ネットワークインタフェース、２３０…グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）、２５０…リレーショナルデータベースサーバ（メモリ）、２５１…限界データベース、２５３…待ち行列データベース、２５５…シミュレータ結果データベース、２５７…目標関数値データベース、２５９…３Ｄシミュレータ入力パラメータデータベース、２６０…暗号化サーバ、２７５…ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）接続、３７５…１２８ビット機密保護ソケット層（ＳＳＬ）接続、４００…計算サーバ
【図１】
2004198422.tif 000004
【図２】
2004198422.tif 000005
【図３】
2004198422.tif 000006
【図４】
2004198422.tif 000007
【図５】
2004198422.tif 000008
【図６】
2004198422.tif 000009
【図７】
2004198422.tif 000010
【図８Ａ】
2004198422.tif 000011
【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【外国語明細書】
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