(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉に含まれる燃料集合体の非均質な物理状態を示す中レベル物理量を前記燃料集合体の境界条件である中レベル境界条件の下において計算する中レベル計算部と、
前記中レベル物理量から前記燃料集合体に含まれるセルの境界条件である小レベル境界条件を計算し、前記小レベル境界条件の下における前記セルの物理状態を示す小レベル物理量を計算する小レベル計算部と、
前記小レベル物理量を用いて前記原子炉の物理状態を計算する炉心計算部とを具備し、
各々の前記セルは内部の物理状態が均質であるように平均化され、
前記中レベル境界条件は、前記炉心計算部が計算した前記物理状態によって与えられる
炉心設計支援装置。
【請求項２】
請求項１に記載された炉心設計支援装置であって、
前記燃料集合体は、非核燃料炉心構成物を含む
炉心設計支援装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された炉心設計支援装置であって、
前記小レベル計算部は、前記燃料集合体における前記セルの種類と配置とを示すセル配置情報を用いて前記小レベル物理量を計算する
炉心設計支援装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載された炉心設計支援装置であって、
前記炉心計算部は、前記原子炉における前記燃料集合体の種類と配置とを示す燃料集合体情報を用いて前記原子炉の物理状態を計算し、
更に、前記原子炉の物理状態を用いて前記中レベル境界条件を計算して前記中レベル計算部に渡す境界条件フィードバック部
を具備する
炉心設計支援装置。
【請求項５】
請求項４に記載された炉心設計支援装置であって、
更に、前記中レベル計算部が計算する前記中レベル物理量を前記小レベル計算部に渡し、前記小レベル計算部が計算する前記小レベル物理量を前記炉心計算部に渡し、前記炉心計算部が計算する前記原子炉の物理状態を前記境界条件フィードバック部に渡し、前記境界条件フィードバック部が計算する前記中レベル境界条件を前記中レベル計算部に渡す繰返し動作を実行する繰返し指令部と、
前記繰返し動作における第Ｎ回目の反復計算後と第Ｎ−１回目の反復計算後の前記原子炉の物理状態の差が所定の基準よりも小さくなったときに前記繰返し動作を終了させる収束判定部
とを具備する
炉心設計支援装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載された炉心設計支援装置であって、
前記セルのうちの前記燃料集合体のいずれの燃料集合体間ギャップにも隣接しない第１セル群のセルの、炉心構成物長手方向に直交する方向のサイズは、前記燃料集合体の隣接する燃料棒中心の間隔である
炉心設計支援装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載された炉心設計支援装置であって、
前記セルのうちの第２セル群のセルは前記燃料集合体の第１燃料集合体間ギャップに隣接し且つ他の燃料集合体間ギャップに隣接せず、前記第２セル群のセルは前記第１燃料集合体間ギャップに隣接する第１面と前記第１面及び炉心構成物長手方向に直交する第２面とを有し、前記第１面の炉心構成物長手方向に直交する方向のサイズは前記燃料集合体の隣接する燃料棒中心の間隔であり、前記第２面の炉心構成物長手方向に直交する方向のサイズは前記燃料集合体の隣接する燃料棒中心の間隔と前記第１燃料集合体間ギャップの幅の半分との和である
炉心設計支援装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載された炉心設計支援装置であって、
前記セルのうちの第３セル群のセルは前記第１燃料集合体間ギャップと第２燃料集合体間ギャップとに隣接し、前記第３セル群のセルは前記第１燃料集合体間ギャップに隣接する第１面と前記第２燃料集合体間ギャップに隣接する第２面とを有し、前記第１面の炉心構成物長手方向に直交する方向のサイズは前記燃料集合体の隣接する燃料棒中心の間隔と前記第２燃料集合体間ギャップの幅の半分との和であり、前記第２面の炉心構成物長手方向に直交する方向のサイズは前記燃料集合体の隣接する燃料棒中心の間隔と前記第１燃料集合体間ギャップの幅の半分との和である
炉心設計支援装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載された炉心設計支援装置であって、
前記小レベル境界条件、及び前記中レベル境界条件は角度中性子束の情報を含む
炉心設計支援装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載された炉心設計支援装置であって、
前記燃料集合体は、炉心構成物長手方向に分割された複数の前記セルを含む
炉心設計支援装置。
【請求項１１】
原子炉に含まれる燃料集合体の非均質な物理状態を示す中レベル物理量を前記燃料集合体の境界条件である中レベル境界条件の下において計算する中レベル計算ステップと、
前記中レベル物理量から前記燃料集合体に含まれるセルの境界条件である小レベル境界条件を計算し、前記小レベル境界条件の下における前記セルの物理状態を示す小レベル物理量を計算するステップと、
前記小レベル物理量を用いて前記原子炉の物理状態を計算するステップとを具備し、
各々の前記セルは内部の物理状態が均質であるように平均化され、
前記中レベル境界条件は、前記炉心計算部が計算した前記物理状態によって与えられる
方法をコンピュータに実行させるための炉心設計支援プログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載された炉心設計支援プログラムであって、
更に、前記原子炉における前記燃料集合体の種類と配置とを示す燃料集合体情報を収集するステップと、
前記前記燃料集合体情報を用いて前記原子炉の物理状態を計算するステップと、
前記中レベル計算ステップで使用するために前記原子炉の物理状態を用いて前記中レベル境界条件を計算するステップ
とをコンピュータに実行させるための炉心設計支援プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉の炉心設計を支援するための装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉の炉心は、多数の燃料集合体を備える。各々の燃料集合体は、多数の燃料棒を含み、更に制御棒等を含んでいる。こうした構成を備えた燃料の配置は、予め行われるシミュレーションに基づいた炉心設計によって決定される。
【０００３】
特許文献１には、燃料集合体計算において計算領域の境界から境界への中性子カレント応答を求めておき、それを従来の核定数の代わりに燃料集合体核特性値として炉心計算に用いる、という二段階計算を実施する原子炉の運転計画方法について記載されている。
【０００４】
特許文献２には、非均質炉心計算結果を考慮した補正係数を粗メッシュ炉心計算に反映することにより、粗メッシュ炉心計算の精度を向上する原子炉の炉心計算方法について記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１‐２３７８７号公報
【特許文献２】特開２００３‐６６１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、燃料棒出力を高い精度で算出する炉心設計支援装置及びプログラムを提供することである。
本発明の他の目的は、燃料棒の配列が複雑な炉心における燃料棒出力を高い精度で算出する炉心設計支援装置及びプログラムを提供することである。
本発明の更に他の目的は、燃料の配置の非均質性を反映した炉心設計を支援する炉心設計支援装置及びプログラムを提供することである。
本発明の更に他の目的は、燃焼度の高い核燃料を使用する原子炉の炉心設計に適した炉心設計支援装置及びプログラムを提供することである。
本発明の更に他の目的は、上記の各目的を現実的な計算時間で達成することを可能にする炉心設計支援装置及びプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００８】
本発明による炉心設計支援装置（２）は、原子炉（３４）に含まれる燃料集合体（３５）の物理状態を示す中レベル物理量を燃料集合体（３５）の境界条件である中レベル境界条件の下において計算する中レベル計算部（２２）と、中レベル物理量から燃料集合体（３５）に含まれるセル（５２）の境界条件である小レベル境界条件を計算し、小レベル境界条件の下におけるセル（５２）の物理状態を示す小レベル物理量を計算する小レベル計算部（２４）と、小レベル物理量を用いて原子炉（３４）の物理状態を計算する炉心計算部（２０）とを備える。
【０００９】
こうした構成によれば、燃料集合体よりも小さいセル単位の物理状態を反映した炉心状態の計算が可能である。
【００１０】
本発明による炉心設計支援装置（２）において、燃料集合体（３５）は、非核燃料炉心構成物を含む。
【００１１】
本発明による炉心設計支援装置（２）において、小レベル計算部（２４）は、燃料集合体（３５）におけるセル（５２）の種類と配置とを示すセル配置情報（４４、４６）を用いて小レベル物理量を計算する。
【００１２】
こうした構成によれば、燃料集合体の内部構成が不均質な場合（例示：燃焼状態が大きく異なる燃料棒を含んでいる場合）にその内部構成を反映した炉心状態の計算が可能である。そのため、燃料集合体を設計する際の自由度が向上する。
【００１３】
本発明による炉心設計支援装置（２）において、炉心計算部（２０）は、原子炉（３４）における燃料集合体（３５）の種類と配置とを示す燃料集合体情報（３２）を用いて原子炉（３４）の物理状態を計算する。炉心設計支援装置（２）は更に、原子炉（３４）の物理状態を用いて中レベル境界条件を計算して中レベル計算部（２２）に渡す境界条件フィードバック部（２６）を備える。
【００１４】
こうした構成によれば、炉心の内部構成（燃料集合体の種類と配置）が不均質であるときに、その内部構成を反映した燃料集合体及びセルのレベルの核定数が計算される。
【００１５】
本発明による炉心設計支援装置（２）は、中レベル計算部（２２）が計算する中レベル物理量を小レベル計算部（２４）に渡し、小レベル計算部（２４）が計算する小レベル物理量を炉心計算部（２０）に渡し、炉心計算部（２０）が計算する原子炉（３４）の物理状態を境界条件フィードバック部（２６）に渡し、境界条件フィードバック部（２６）が計算する中レベル境界条件を中レベル計算部（２２）に渡す繰返し動作を実行する繰返し指令部（２８）と、繰返し動作における第Ｎ回目の反復計算後と第Ｎ−１回目の反復計算後の原子炉（３４）の物理状態の差が所定の基準よりも小さくなったときに繰返し動作を終了させる収束判定部（３０）とを備える。
【００１６】
こうした構成によれば、燃料集合体及びセルのレベルの境界条件と整合性の取れた炉心全体の物理状態が計算される。
【００１７】
本発明による炉心設計支援装置（２）において、セル（５２）のうちの燃料集合体（３５）のいずれの燃料集合体間ギャップにも隣接しない第１セル群のセルの、炉心構成物長手方向に直交する方向のサイズは、燃料集合体の隣接する燃料棒中心の間隔（即ち、ある燃料棒の中心軸と、それに隣接する燃料棒の中心軸との間の距離）である。
【００１８】
こうした構成によれば、燃料棒単位での計算が実行される。そのため、燃料棒が非正規的に配置された炉心設計に好適に対応する。
【００１９】
本発明による炉心設計支援装置（２）において、セル（５２）のうちの第２セル群のセルは燃料集合体（３５）の第１燃料集合体間ギャップに隣接し且つ他の燃料集合体間ギャップに隣接せず、第２セル群のセルは第１燃料集合体間ギャップに隣接する第１面と第１面及び炉心構成物長手方向に直交する第２面とを有し、第１面の炉心構成物長手方向に直交する方向のサイズは燃料集合体（３５）の隣接する燃料棒中心の間隔であり、第２面の炉心構成物長手方向に直交する方向のサイズは燃料集合体（３５）の隣接する燃料棒中心の間隔と第１燃料集合体間ギャップの幅の半分との和である。
【００２０】
本発明による炉心設計装置（２）において、セルのうちの第３セル群のセルは燃料集合体の第１燃料集合体間ギャップと第２燃料集合体間ギャップとに隣接し、第３セル群のセルは第１燃料集合体間ギャップに隣接する第１面と第２燃料集合体間ギャップに隣接する第２面とを有し、第１面の炉心構成物長手方向に直交する方向のサイズは燃料集合体（３５）の隣接する燃料棒中心の間隔と第２燃料集合体間ギャップの幅の半分との和であり、第２面の炉心構成物長手方向に直交する方向のサイズは燃料集合体（３５）の隣接する燃料棒中心の間隔と第１燃料集合体間ギャップの幅の半分との和である。
【００２１】
こうした構成によれば、燃料集合体間ギャップに面したセルに対しても、燃料棒単位での計算が正確に実行される。
【００２２】
本発明による炉心設計支援装置（２）において、小レベル境界条件、及び中レベル境界条件は角度中性子束の情報を含む。
【００２３】
こうした構成によれば、セルの物理状態を適切に近似することができる。小レベル境界条件としては、角度中性子束の他に、無方向の中性子束、アルベド（セルに入射する中性子の数に対するセルから放射される中性子の数の割合）を使用することができる。中レベル境界条件は、燃料集合体最外周に位置するセルの燃料集合体表面となる表面における小レベル境界条件の集合である。
【００２４】
本発明による炉心設計支援装置（２）において、燃料集合体は、炉心構成物長手方向に分割された複数のセルを含む。
【００２５】
こうした構成によれば、炉心構成物の長手方向の不均質、例えば燃料棒の長手方向の一部に中実ペレットを充填し他の一部に中空ペレットを充填することによる不均質を反映した炉心設計が可能である。
【００２６】
本発明による炉心設計支援プログラム（３１）は、原子炉（３４）に含まれる燃料集合体（３５）の物理状態を示す中レベル物理量を燃料集合体（３５）の境界条件である中レベル境界条件の下において計算する中レベル計算ステップ（Ｓ３）と、中レベル物理量から燃料集合体（３５）に含まれるセル（５２）の境界条件である小レベル境界条件を計算し、小レベル境界条件の下におけるセル（５２）の物理状態を示す小レベル物理量を計算するステップ（Ｓ４）と、小レベル物理量を用いて原子炉（３４）の物理状態を計算するステップ（Ｓ７）とをコンピュータ（２）に実行させる。
【００２７】
本発明による炉心設計支援プログラム（３１）は、原子炉（３４）における燃料集合体（３５）の種類と配置とを示す燃料集合体情報（３２）を収集するステップ（Ｓ１）と、燃料集合体情報（３２）を用いて原子炉（３４）の物理状態を計算するステップ（Ｓ７）と、中レベル計算ステップ（Ｓ３）で使用するために原子炉（３４）の物理状態を用いて中レベル境界条件を計算するステップ（Ｓ３）とをコンピュータ（２）に実行させる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、燃料棒出力を高い精度で算出する炉心設計支援装置及びプログラムが提供される。
更に本発明によれば、燃料棒の配列が複雑な炉心における燃料棒出力を高い精度で算出する炉心設計支援装置及びプログラムが提供される。
更に本発明によれば、燃料の配置の非均質性を反映した炉心設計を支援する炉心設計支援装置及びプログラムが提供される。
更に本発明によれば、燃焼度の高い核燃料を使用する原子炉の炉心設計に適した炉心設計支援装置及びプログラムが提供される。
更に本発明によれば、上記の各目的を現実的な計算時間で達成することを可能にする炉心設計支援装置及びプログラムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００３０】
図１は、炉心設計支援装置の構成を示す。炉心設計支援装置２は、演算処理装置６、記憶装置８、入力装置１０、出力装置１２及び通信装置１４を備えるコンピュータシステムである。炉心設計支援装置２は、データベース４を格納する外部記憶装置と情報通信可能に接続される。データベース４は、核データライブラリ１６と集合体データベース１８とを含む。
【００３１】
炉心設計支援装置２は、「均質セル」を使用して炉心設計を支援するための計算を行う。均質セルとは、各セル内に非均質に分布する炉心構成物を構成材料毎に領域分割し、場合によってはそれを更に詳細に分割した領域とその炉心構成物に隣接する減速材領域、更に、燃料集合体ギャップが隣接する場合は、燃料集合体ギャップの半分の領域を、炉心計算を簡略化するために、各領域の巨視的断面積を各領域の中性子束と体積を重みとし、セル内で一様に平均化したものである。
【００３２】
図２は、記憶装置８に記録されるデータの構成を示す。記憶装置８は炉心設計支援プログラム３１を記憶する。炉心設計支援プログラム３１は、初期設定部１９、炉心計算部２０、燃料集合体計算部２２、均質セル計算部２４、境界条件フィードバック部２６、繰返し指令部２８及び収束判定部３０を備える。記憶装置８は更に、集合体配置プログラム３３を記憶する。集合体配置プログラム３３は集合体配置テーブル３２を含む。
【００３３】
図３を参照して、集合体配置テーブル３２に記録されるデータについて説明する。集合体配置テーブル３２には、炉心３４の内部に配置される燃料集合体３５の燃料集合体ＩＤ４０と、位置と、種類とが対応づけて記録される。各々の燃料集合体３５は、個別に割り当てられる燃料集合体ＩＤ４０（後述の図４に示される）によって特定される。図３の縦に並んだＡ〜Ｒと横に並んだ１〜１５によって位置が特定される格子状の区画の各々が燃料集合体３５を示す。炉心３４は、内部構成、燃料の燃焼度などによって種類の異なる燃料集合体３５を含んでいる。その種類が図３の格子状の区画の模様の違いによって示されている。集合体配置テーブル３２には、各々の燃料集合体３５が制御グループ３６の制御棒を備えているか、停止グループ３８の制御棒を備えているかを示す情報が登録される。
【００３４】
図４は、集合体データベース１８の構成を示す。集合体データベース１８は、各々が燃料集合体ＩＤ４０によって指定される複数のシートを備える。各々のシートは、燃料集合体３５を構成する複数の均質セル５２（図７に示される、燃料集合体３５を複数の領域に分割したときの各々の領域）についての情報を格納する。図４の例では、各々のシートは、均質セル５２を個別に特定する均質セルＩＤ４２と、位置４４と、種類４６と、特性４８とを対応づけて格納する。均質セル５２の燃料棒に例示される炉心構成物の長手方向に直交する方向（多くの場合、概ね水平方向）のサイズは概ね燃料棒中心の間隔であることが好ましく、例えば１．３ｃｍ程度である。
【００３５】
均質セルは例えば燃料棒、制御棒、バーナブルポイズン、中性子源に例示される燃料集合体の構成要素に対応する。以下、これらを総称して「燃料棒に例示される炉心構成物」と呼ぶ。位置４４は、燃料集合体３５の内部における位置を示す。種類４６は、燃料棒に例示される炉心構成物の種類（例示：燃料棒、制御棒、バーナブルポイズン、中性子源）を示す。特性４８は、温度、燃焼度、燃料の組成、非燃料の組成などを示す。
【００３６】
均質セル５２として、燃料棒に例示される炉心構成物（概ね長手方向が鉛直方向に一致する）を、更に長手方向に複数の領域に分割した均質セル５２を用いることが可能である。この場合、集合体データベース１８は、図３に明示的に示されているように水平な断面の内部での燃料棒に例示される炉心構成物の配置を格納するばかりでなく、炉心構成物長手方向にも複数に分割された均質セル５２の配置を格納する。
【００３７】
燃料棒の長手方向の一部領域に中実ペレットに替えて中空ペレットが充填された、または長手方向の一部領域に可燃性毒物が添加されたペレットが充填された、または濃縮度が長手方向に沿って異なるペレットが充填された燃料棒を備えた種類の炉心３４がある。長手方向に複数の領域に分割されたセルを用いた炉心設計支援装置２は、こうした炉心３４の炉心設計に極めて適している。
【００３８】
図５を参照して、燃料集合体間ギャップについて説明する。図５における小さい四角形は個々の炉心構成物に対応する領域を示しており、６行６列の小さい四角形を含むマトリックス状の領域は燃料集合体を示す。燃料集合体と、隣接する燃料集合体との間には、燃料集合体間ギャップがある。第１燃料集合体間ギャップ５４の幅はＷ１で示されている。第２燃料集合体間ギャップ５６の幅はＷ２で示されている。
【００３９】
均質セル５２は、燃料集合体間ギャップに隣接しない第１セル群（その要素の一つが図５のＡで例示される）と、燃料集合体間ギャップに一面のみ隣接する第２セル群（Ｂで例示される）と、燃料集合体間ギャップに二面が隣接する第３セル群（Ｃで例示される）とに分類することができる。第１セル群を構成する均質セル５２の炉心構成物長手方向に直交する方向のサイズは、第１セル群に含まれる燃料棒のうち隣接する燃料棒中心の間隔に設定されることが好ましい。図５においては、隣接する燃料棒中心の間隔は、長手方向に垂直な方向の炉心構成物の一辺の長さと一致している。
【００４０】
次に、図６Ａを参照して、第２セル群の均質セル５２のサイズについて説明する。図６Ａの中心に描かれているセルは、図５のＢと書かれたセルに対応している。第２セル群を構成する均質セル５２の各々は、第１燃料集合体間ギャップ５４に隣接する第１面と、その第１面と炉心構成物長手方向とに直交する第２面とを有する。第１面の炉心構成物長手方向に直交する方向のサイズａ＝ｃは、燃料集合体の隣接する燃料棒中心の間隔に設定される。第２面の炉心構成物長手方向に直交する方向のサイズｂ＝ｄは、燃料集合体の隣接する燃料棒中心の間隔と第１燃料集合体間ギャップ５４の幅の半分即ちＷ１／２との和に設定される。
【００４１】
次に、図６Ｂを参照して、第３セル群の均質セル５２のサイズについて説明する。図６Ｂの中心に描かれているセルは、図５のＣと書かれたセルに対応している。第３セル群のセルは第１燃料集合体間ギャップ５４に隣接する第１面と第２燃料集合体間ギャップ５６に隣接する第２面とを有する。第１面の炉心構成物長手方向に直交する方向のサイズｅ＝ｇは、燃料集合体の隣接する燃料棒中心の間隔と第２燃料集合体間ギャップの幅の半分Ｗ２／２との和であり、第２面の炉心構成物長手方向に直交する方向のサイズｆ＝ｈは、燃料集合体の隣接する燃料棒中心の間隔と第１燃料集合体間ギャップの幅の半分Ｗ１／２との和である。
【００４２】
炉心の最外周に位置する燃料集合体は、ギャップを介してバッフル板、中性子反射体等の非燃料炉心構成物と対面する面を有する。上記「燃料集合体間ギャップ」は、こうした燃料集合体と非燃料炉心構成物とのギャップも含む表現である。
【００４３】
図７は、記憶装置８に格納されるプログラムの動作について説明するための図である。以下の説明において、記憶装置８に格納されるプログラムを演算処理装置６が読み出し、そのプログラムに記述されている手順に従って実行する動作は、便宜上プログラム自身の動作として記載される。
【００４４】
初期設定部１９は、燃料集合体３５の境界条件を設定するために、初期条件を収集する。この境界条件は、中性子束の角度依存性の情報を含む。
【００４５】
本発明における炉心設計支援装置２は、中レベル計算部と小レベル計算部とを備える。本実施の形態において、中レベル計算部と小レベル計算部とは夫々、燃料集合体計算部２２と均質セル計算部２４として実施される。燃料集合体計算部２２は、燃料集合体３５の境界条件が入力されると、燃料集合体３５の核定数を算出する。
【００４６】
均質セル計算部２４は、燃料集合体３５の核定数が入力されると、その核定数３５によって、燃料集合体３５を構成する複数の部分領域である均質セル５２の境界条件を設定し、均質セル５２毎に核定数を算出する。均質セル計算部２４は、各々の均質セル５２の内部の物理状態が均質であるという条件の下に計算を実行する。均質セル５２の境界条件は、角度中性子束によって与えられることが好ましい。境界条件として、角度中性子束に代えて無方向の中性子束、またはアルベド（セルに入射する中性子の数に対するセルから放射される中性子の数の割合）を用いることが可能である。この動作が図７（ａ）に示されている。
【００４７】
炉心計算部２０は、均質セル５２毎の核定数を用いて、炉心３４の物理状態を示す物理量を算出する。この物理量は、燃料棒出力、燃料棒燃焼度、集合体出力、集合体燃焼度、ホウ素濃度、炉心パラメータを含む。この動作が図７（ｂ）に示されている。
【００４８】
境界条件フィードバック部２６は、算出された炉心の物理量を用いて燃料集合体３５の境界条件を設定し、その境界条件を燃料集合体計算部２２に入力として与える。この動作が図７（ｃ）に示されている。この境界条件フィードバックにより、角度依存性を有するセル単位の境界条件が燃料集合体計算に反映される。
【００４９】
繰返し指令部２８は、燃料集合体計算部２２のアウトプットを均質セル計算部２４のインプットとし、均質セル計算部２４のアウトプットを炉心計算部２０のインプットとし、炉心計算部２０のアウトプットを燃料集合体計算部２２のインプットとして繰返し計算を行うように制御する。
【００５０】
収束判定部３０は、繰返し指令部２８によって制御される繰返し計算において、第Ｎ−１回目の反復計算後の炉心の物理量（例えば中性子束）と第Ｎ回目の反復計算後の炉心の物理量との差を計算し、その差が所定の基準よりも小さいときに繰返し計算を終了して、その時点での炉心計算部２０、燃料集合体計算部２２及び均質セル計算部２４の計算結果を出力装置１２から出力する。
【００５１】
図８は、炉心設計支援装置の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１：炉心設計を行うオペレータは、入力装置１０を操作して、炉心３４に配置する燃料集合体３５の燃料集合体ＩＤ４０と、各々の燃料集合体３５の配置とを設定する。初期設定部１９は、入力された情報を集合体配置テーブル３２に登録する。
【００５２】
ステップＳ２：初期設定部１９は、計算を開始するための初期条件として、単一種類の燃料集合体３５が無限に並んでいるという条件で炉心３４の核定数を計算する。この計算は、ステップＳ１において燃料集合体３５の種類が複数設定されたときは、その複数の種類の各々に対応して実行される。
【００５３】
ステップＳ３：燃料集合体計算部２２は、集合体配置テーブル３２に登録された燃料集合体ＩＤ４０を順次、選択する。選択された燃料集合体３５に境界条件フィードバック部２６で計算された境界条件を入力する。入力された境界条件の下で、燃料集合体３５の核定数を計算する。このとき、炉心３４の出力と熱水力データとが計算に用いられる。
【００５４】
ステップＳ４：均質セル計算部２４は、ステップＳ３で選択された燃料集合体３５である被選択燃料集合体について、集合体データベース１８に登録された均質セルＩＤ４２を順次、選択する。均質セル計算部２４は、選択された均質セル５２内を均質化し、均質セル５２の核定数を算出する。それぞれの均質化セルには炉心計算部２０においてセル内を均質化した影響を排除するため、集合体データベース１８に登録された種類４６と特性４８を用いて、補正因子が算出され、均質セルの核定数に考慮される。
【００５５】
ステップＳ５：均質セル計算部２４は、被選択燃料集合体を構成するすべての均質セル５２に対して計算が終わるまでステップＳ４を繰り返す。
【００５６】
ステップＳ６：燃料集合体計算部２２は、集合体配置テーブル３２に設定されたすべての燃料集合体３５に対して計算が終わるまでステップＳ３〜Ｓ５を繰り返す。
【００５７】
ステップＳ７：炉心計算部２０は、均質セル５２毎に計算された核定数を用いて炉心３４の物理状態を示す物理量を算出する。算出される物理量としては、臨界ホウ素濃度若しくは実効増倍率、燃料集合体３５毎の出力と燃焼度、燃料棒毎の出力と燃焼度、燃料ペレット毎の出力と燃焼度、炉心３４の内部の炉心構成物長手方向の出力分布、組成が例示される。
【００５８】
ステップＳ８：境界条件フィードバック部２６は、燃料集合体３５の境界条件を再設定するために、算出された炉心の物理量を燃料集合体計算部２２に入力として渡す。繰返し指令部２８は、炉心計算部２０、燃料集合体計算部２２、均質セル計算部２４及び境界条件フィードバック部２６を制御して、ステップＳ３〜Ｓ８の繰返し動作を実行させる。収束判定部３０は、ステップＳ７の計算が２回目以降のとき、前回算出された炉心パラメータと今回算出された炉心の物理量とをモニターして、その差が所定の基準を下回っているとき収束判定をし、繰返し計算を終了させる。収束判定部３０における収束判定のための物理量として、中性子束が好適に用いられる。
【００５９】
ステップＳ９：収束判定部３０は、炉心計算部２０、燃料集合体計算部２２及び均質セル計算部２４の計算結果を出力する。オペレータはその結果を参照する。オペレータは、適宜に集合体配置テーブル３２を書き換えてステップＳ１〜Ｓ９の処理を実行させることにより、炉心設計を行う。
【００６０】
オペレータは、ある時点の炉心設計として用いた計算結果を記録しておき、次の時点、例えば数ヵ月後に同一の燃料集合体の装荷パターン及び類似の装荷パターンの炉心設計を行うときに、ステップＳ２の初期条件としてその計算結果を用いることができる。こうした初期設定を用いると、単一種類の燃料集合体３５が無限に並んでいるという初期設定を用いた場合よりも正確で速く計算が収束することが期待される。
【００６１】
こうした炉心設計支援装置によれば、燃料集合体の内部構成を反映した炉心設計が比較的少ない計算量で実行できる。例えば、燃料棒１本毎の出力が直接に計算される。そのため、不均質な燃料分布又は非正規的な燃料棒、制御棒の配列などを有する内部構成を積極的に設計に取り込んで炉心設計をすることが可能になる。こうした炉心設計支援装置は、より高燃焼度の燃料を用いることが期待されている次世代、次々世代の炉心設計に適している。
【００６２】
こうした炉心設計支援装置を用いた炉心設計は、炉心の内部構成の自由度が大きいため、ＰＷＲ、ＢＷＲ、ＶＶＥＲ（六角軽水炉）、ＩＭＲ、ＬＭＦＢＲ、革新炉、ガス炉など多様な原子炉の炉心設計にも好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、炉心設計支援装置の構成を示す。
【図２】図２は、記憶装置に記録されるデータの構成を示す。
【図３】図３は、集合体配置テーブルに記録されるデータを示す。
【図４】図４は、集合体データベースの構成を示す。
【図５】図５は、燃料集合体間ギャップについて説明するための図である。
【図６Ａ】図６Ａは、燃料集合体間ギャップについて説明するための図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、燃料集合体間ギャップについて説明するための図である。
【図７】図７は、プログラムの動作を説明するための図である。
【図８】図８は、炉心設計支援装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
２…炉心設計支援装置
４…データベース
６…演算処理装置
８…記憶装置
１０…入力装置
１２…出力装置
１４…通信装置
１６…核データライブラリ
１８…集合体データベース
２０…炉心計算部
２２…燃料集合体計算部
２４…均質セル計算部
２６…境界条件フィードバック部
２８…繰返し指令部
３０…収束判定部
３２…集合体配置テーブル
３４…炉心
３５…燃料集合体
３６…制御グループ
３８…停止グループ
４０…燃料集合体ＩＤ
４２…ロッドＩＤ
４４…位置
４６…種類
４８…特性
５０…ロッド
５２…均質セル
５４…第１燃料集合体間ギャップ
５６…第２燃料集合体間ギャップ
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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