(57)【要約】【課題】  本発明は、予測原子炉シミュレーション方法及び装置を提供する。【解決手段】  原子炉シミュレーションの本方法において、ユーザは応答表面を生成する際に使用される１つ又はそれ以上の設計入力を変更する(Ｓ１６)。応答表面は、設計入力と炉心設計の少なくとも１つ又はそれ以上の態様の運転出力との関係を定義する。次いで、原子炉シミュレーションが炉心設計の応答表面と変更された設計入力とに基づいて生成される（Ｓ２２）。【選択図】      図１０
2005114724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉シミュレーション方法において、
応答表面を生成する際に使用される１つ又はそれ以上の設計入力を変更するためにユーザ入力を受け取る段階であって、前記応答表面が前記設計入力と炉心設計の少なくとも１つ又はそれ以上の態様の運転出力との関係を定義する前記段階と、
前記炉心設計と前記変更された設計入力に対する応答表面に基づく原子炉シミュレーションを生成する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記応答表面が、各々が前記設計入力の１つに基づく運転出力の１つを予測する複数の予測子を定義する情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記生成段階が、前記変更された設計入力に関連する１つ又はそれ以上の予測子を用いて新しい運転出力を生成することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
各予測子が２次多項式と線形関数のうちの１つであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記生成された原子炉シミュレーションに関してユーザにフィードバックを提供する段階を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記提供段階は、前記設計入力を変更する前の前記炉心設計の古い目標関数値と、前記設計入力の変更後の前記炉心設計の新しい目標関数値とを提供することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
原子炉シミュレーションを取得する方法において、
設計入力と炉心設計の少なくとも１つ又はそれ以上の態様の運転出力との関係を定義する応答表面を識別する段階と、
前記炉心設計の設計入力に対する変更を入力する段階と、
前記変更された設計入力を有する前記炉心設計の原子炉シミュレーションに対する１つ又はそれ以上の原子炉シミュレーション結果を受け取る段階と、
を含む方法。
【請求項８】
前記応答表面は、各々が前記設計入力の１つに基づく運転出力の１つを予測する複数の予測子を定義する情報を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記受け取る段階は、前記設計入力を変更する前の前記炉心設計の古い目標関数値と、前記設計入力の変更後の前記炉心設計の新しい目標関数値とを受け取ることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
原子炉を運転する方法において、
炉心設計の応答表面と変更された設計入力に基づいて生成された原子炉シミュレーションを用いて原子炉（３）を運転する段階と、
前記応答表面を生成する際に使用される設計入力の変更である変更された設計入力をユーザから受け取る段階と、
を含み、
前記応答表面が前記設計入力と前記炉心設計の少なくとも１つ又はそれ以上の態様の運転出力との関係を定義する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
原子炉炉心は、異なる特性を有する多くの個別の構成要素を含み、この特性は炉心の効率的な運転計画に影響を及ぼす可能性がある。例えば、原子炉炉心は異なる特性を有する多くの（例えば数百の）個別の燃料集合体（バンドル）を有し、該バンドルは、燃料バンドル間の相互作用が政府及び顧客指定の制約条件を含む全ての規制及び原子炉設計上の制約条件を満足するように原子炉炉心内に配置され、すなわち「装荷」される必要がある。同様に、有効な制御計画を設計又は作成して特定の原子炉プラントでの原子炉炉心の性能を最適化する場合には、原子炉炉心の反応度及び全体効率に影響を及ぼす他の制御可能要素及び因子も考慮に入れなければならない。こうした「運転制御変数」（本明細書では等価的に「独立制御変数」及び「設計入力」とも呼ばれる）は、例えば、個々に調整又は設定することができる様々な物理的部品構成及び制御可能な運転条件を含む。
【背景技術】
【０００２】
燃料バンドルの「装荷」に加えて、他の発生源の制御変数には、「炉心流量」（すなわち炉心を通る水の流量）、「照射」及び「反応度」（すなわち炉心内での燃料バンドル間の相互作用であり、燃料バンドルの濃縮度の差に起因する）、並びに「制御棒パターン」（すなわち炉心内における制御ブレードの分布及び軸方向位置）が含まれる。従って、これらの運転制御変数の各々は、炉心の全体性能に対する無視できない作用を及ぼす独立制御変数又は設計入力を構成している。これらの独立制御変数が取り得る異なる運転値及び値の組み合わせは膨大な数になるため、炉心の反応度及び性能に対する全ての個々の影響を解析及び最適化しようとする試みは、例え公知のコンピュータ支援方法を用いたとしても対処し難い課題であり、且つ極めて時間を要する仕事である。
【０００３】
例えば、炉心内において可能な異なる燃料バンドル構成の数は、１００の階乗を上回るものとなる可能性がある。多くの可能性のある異なる装荷パターンの内で、特定の原子炉プラントにおける必要不可欠な設計制約条件の全てを満足する構成はこれらの僅かな割合に過ぎない。更に、適用可能な設計制約条件の全てを満足する構成の僅かな割合だけが経済的に実施可能である。
【０００４】
その上、種々の設計制約条件を満足することに加えて、燃料バンドルの装荷配置は最終的には炉心サイクルエネルギ（すなわち、炉心に新しい燃料要素を交換する必要が生じるまでの原子炉炉心が生成するエネルギの量）に影響を及ぼすので、炉心サイクルエネルギを最適化する特定の装荷配置を選択する必要がある。
【０００５】
必要とされるエネルギ出力を供給及び維持するために、原子炉炉心は新しい燃料バンドルを定期的に燃料交換する。ある燃料交換から次の燃料交換までの期間は、一般に運転の「燃料サイクル」又は「炉心サイクル」と呼ばれ、個々の原子炉プラントに応じて異なるが、１２〜２４ヶ月（通常１８ヶ月）程度である。燃料交換時には、最も反応度の低い燃料の１／３が原子炉から取り出され、残りの燃料バンドルは、新しい燃料バンドルが追加されるまで再配置される。一般に、炉心サイクルエネルギを改善するためには、より高い反応度の燃料バンドルを内部炉心位置に配置すべきである。しかしながら、このような配置をプラント特有の設計制約条件を満足しながら達成することは必ずしも可能ではない。各燃料バンドルは他のバンドルに対して様々な異なる位置に装荷することができるので、各燃料サイクルに対して炉心の最適性能をもたらす炉心装荷配置を識別することは、解決するのに極めて時間を要する可能性がある、複雑で、且つコンピュータを利用する最適問題を呈する。
【０００６】
炉心サイクルの過程において、過剰反応度すなわち「ホットエクセス」として定義される炉心の過剰エネルギ性能は、幾つかの方法で制御される。１つの方法は、新しい燃料中に組み込まれる可燃性の反応度抑制剤（例えばガドリニア）を使用するものである。可燃性抑制剤の初期量は、通常公益企業及び原子力規制委員会（ＮＲＣ）によって設定される設計制約条件及び性能特性によって決定される。可燃性抑制剤は、過剰反応度の全てではないが、殆どを制御する。従って、核放出物を吸収することにより反応度を抑制する「制御ブレード」（本明細書では「制御棒」とも呼ばれる）もまた、過剰反応度を制御するのに使用される。通常、原子炉炉心はこうした制御ブレードを多く含んでおり、これらは選択された燃料バンドル間に嵌合して炉心内で軸方向に位置付け可能である。これらの制御ブレードは安全な運転停止を保証し、最大出力ピーキング係数を制御する主要機構を提供する。
【０００７】
使用される制御ブレードの総数は、炉心の大きさ及び幾何形状に応じて変化し、通常は５０から１５０である。制御ブレードの軸方向位置（例えば、完全挿入位置、完全引き抜き位置、又はこれらの間の中間位置）は、過剰反応度の制御及び最大炉心出力ピーキング係数などの他の運転制約条件への適合の必要性に基づく。各制御ブレードにおいて、例えば２４又はそれ以上の可能な軸方向位置及び４０の「照射」（すなわち使用期間）段階が存在することができる。対称性を考慮し、及び任意の時点で適用可能な制御ブレードの数を低減する他の要件を考慮すると、最も簡単な場合においても何百万もの制御ブレード位置の可能な組み合わせが存在する。これらの可能性のある構成のうち、適用可能な設計及び安全な制約条件の全てを満足するのはほんの僅かに過ぎず、更にこれらのうちで経済的であるものは僅かである。更に、制御ブレードの軸方向の位置付けもまた、任意の燃料装荷パターンが達成可能な炉心サイクルエネルギに影響を与える。核燃料サイクルコストを最小にするためには炉心サイクルエネルギを最大にすることが望ましいので、最適の制御ブレード位置付け方法の策定には、燃料サイクル設計及び管理計画を最適化しようとする際に考慮すべき別の対処し難い独立制御変数最適化問題が提起される。
【０００８】
従来、炉心装荷及び制御ブレード位置決定並びに他の可変運転制御変数に関する最適化方法を含む原子炉燃料サイクル設計及び管理は、主として原子炉炉心設計技術者の過去の経験に基づく「試行錯誤」をベースとして行われている。プラント運転条件の変更に対して迅速に応答することが要求される状況に起因して、極めて短時間内に２００を越える独立制御変数の値を指定するといった厄介な課題に直面する場合がある。例えば、炉心サイクルの期間にわたる原子炉性能に対して、特定の提奨された炉心装荷配置又は制御ブレード位置配置の影響は、通常個々のコンピュータシミュレーションによって決定される。特定の設計制約条件が識別された配置によって満足されない場合には、この配置を変更して別のコンピュータシミュレーションが実行される。単一の所与の独立制御変数の値を変更する影響を見積もるのにも比較的長いコンピュータシミュレーション時間を要するので、適切な燃料サイクル設計がこの手順を用いて識別するまでには通常、数週間の人週の人的資源及びコンピュータ資源が要求される。
【０００９】
更に、この試行錯誤の手法を用いた場合には、設計及び安全制約条件の全てを満足する燃料サイクル設計配置が識別されると、識別された配置が実際の最大サイクルエネルギを与えないことになる可能性がある。従って、この試行錯誤プロセスは、炉心の最適燃料サイクル設計の識別が完了したことを技術者が確信するまで継続する必要がある。しかしながら実際には、技術者の過去の経験と一致しない特定の炉心配置が炉心の実際の最適燃料サイクル設計である場合もあり得る。しかし、こうした実際の最適炉心配置が必ずしも上述の試行錯誤プロセスによって識別されない場合もある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、予測原子炉シミュレーション方法及び装置を提供する。本発明は、原子炉の応答表面を生成されたシミュレーション結果に対するサイバーワークスペースとして用いる。応答表面は、設計入力（すなわち制御変数）と炉心設計の１つ又はそれ以上の態様の運転出力（すなわち性能パラメータ）との関係を定義する。１つの例示的な実施形態において、応答表面は設計入力と運転出力との関係を多項式関数として特徴付ける。
【００１１】
これらの多数の多項式関数を予測子として使用して、本発明の例示的な実施形態は、設計入力のセットを用いた原子炉炉心の運転出力を導出し、ここで１つ又はそれ以上の設計入力はユーザ入力に基づいて変更される。応答表面が応答表面によって表される比較的簡単な多項式を用いて運転出力結果を生成するので、運転出力値はリアルタイムで生成される。これは、運転出力値を生成するために従来の原子炉シミュレータによって行われる比較的長いプロセスとは対照的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、本明細書で以下に与えられる詳細な説明及び同じ要素が同じ参照番号で表される添付図面からより完全に理解され、これらは単に例証の目的で与えられ、従って本発明を限定するものではない。
【００１３】
本発明は、あるタイプのサイバーワークスペースとして応答表面を用いることにより、リアルタイムの予測原子炉シミュレーションを可能にする。応答表面は幾つかの設計入力と原子炉炉心設計の１つ又はそれ以上の態様の幾つかの運転出力との関係を定義する。従って、本発明を説明する前に、応答表面の生成について、該応答表面を用いた原子炉炉心設計の最適化方法に関連して詳細に説明する。その後、予測原子炉炉心シミュレーションの方法を説明する。
【００１４】
応答表面の作成
以下の説明は、応答表面を生成するための例示的な実施形態に関する。応答表面を生成する方法は、例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）９５／ＮＴ環境下で実行されるエンドユーザアプリケーションとして動作させることができる。しかしながら、応答表面の生成は、何らかの特定のコンピュータシステム又は何れかの特定の環境に限定されるものではない。むしろ、本明細書で示すシステム及び方法が、化学的及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などを含む、多重制御変数基準の任意の工業的／科学的プロセス又はシステムの管理及び／又は最適化を必要とする環境に有利に適用することができることは当業者には理解されるであろう。更に、本システムは、ＵＮＩＸ（登録商標）、ＬＩＮＵＸ、Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ（登録商標）、Ｎｅｘｔ  Ｓｔｅｐ、Ｏｐｅｎ  ＶＭＳなどを含む様々なプラットフォーム上で実施することができる。従って、以下の例示的な実施形態の説明は、例証の目的であって限定を目的とするものではない。
【００１５】
最初に図１Ａを参照すると、原子炉用の多重運転制御変数又は設計入力を最適化するためのシステム実施形態の一実施例がブロック図で示されている。特定の原子炉の炉心３を定義する原子炉プラント特有の設計制約条件及びサイクル特有の初期データ１は、最適化システム２への入力データとして提供される。運転制御変数又は設計入力（例えば、制御棒パターン、燃料装荷、炉心流量等）に関する最適化値は、原子炉の炉心の設計及び管理に使用するための出力として提供される。
【００１６】
図１Ｂを参照すると、応答表面を生成する段階を含む最適化方法を実施することができる、コンピュータネットワーク構成の一実施例が示されている。複数の汎用コンピュータ１０／プロセッサ１１は、ローカルエリア通信ネットワーク（ＬＡＮ）１５に接続されており、ローカルエリアネットワーク通信（ＬＡＮ）１５自体は、１つ又はそれ以上の遠隔コンピュータ２１との通信のために１つ又はそれ以上の別個のオープンネットワーク或いはプライベートアクセスネットワーク２０に接続することができる。好ましい実施形態において、多重制御変数最適化方法は、コンピュータ１０の少なくとも１つに常駐するソフトウェアモジュールを介して実行される。以下に説明するように、該モジュールは、コンピュータ１０間で分散していてもよく、或いはＬＡＮ１５及び／又はネットワーク２０を介して通信する１つ又はそれ以上のコンピュータ１０（及び２１）上に常駐していてもよい。
【００１７】
図１Ｂで示されるように、通信ネットワーク１５及び／又は２０は、インターネットのようなオープンネットワークであってもよく、或いはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）などのプライベートアクセスネットワークであってもよい。汎用コンピュータ１０は、直接又はモデムを介してネットワーク１５に接続されており、通常のＩ／Ｏ及びユーザインタフェース部品（図示せず）に加えて専用メモリ１２を備えるか又は備えない独立したプロセッサ１１からなる。コンピュータ１０は、例えば、ＶＭＳ−アルファコンピュータシステム、レガシーコンピュータシステム、高速ワークステーション又は高速ＩＢＭ互換パーソナルコンピュータ（デスクトップ或いはラップトップシステムなどの）である、種々の高速プロセッサのうちの任意のものとすることができる。ネットワーク１５及び２０を介した通信は、例えばＴＣＰ／ＩＰプロトコルのような、効率的なプロセッサ間通信を容易にする通常プロトコル及びプロプラエタリプロトコルの任意の好ましい組み合わせを用いて達成することができる。
【００１８】
２つ又はそれ以上のコンピュータ１０（２１）、好ましくは原子炉の炉心運転シミュレーション用の適切なソフトウェアの実行をサポートすることができるシステムが、データファイル及び制御情報を交換するためのＬＡＮ１５及び／又はネットワーク２０のような何らかの通信リンクを介して接続される。例えばゼネラルエレクトリック（ＧＥ）製の「ＰＡＮＡＣＥＡ」３Ｄ炉心シミュレーションプログラムのような、殆どの任意の従来型炉心シミュレーションプログラム（又はプログラム一式）を本発明と共に用いることができる。この種のシミュレータプログラムは、炉心を定義する３次元変数を処理することができる。選択された「独立した」原子炉制御変数又は設計入力（例えば、燃料装荷、制御棒パターン、炉心流量等）に関する値を含む入力ファイルが入力として提供され、更にシミュレータプログラムが、選択された性能パラメータ又は運転出力に関する値を含む出力ファイルを提供する。例えば、運転出力は、限定ではないが、限界出力比（ＣＰＲ）、シャットダウンマージン（ＳＤＭ）、最高断面平均線出力密度（ＭＡＰＬＨＧＲ）、線出力密度最大部分（ＭＦＬＰＤ）、高温過剰反応度（ホットエクセス）、半径方向及び軸方向出力ピーキング、ピーク燃料棒及びバンドル照射量、装荷されたウラン−２３５の１キログラム当たりに（メガワット−日数で）生成される原子炉エネルギ出力により測定したウラン利用率等のような、燃料運転サイクルにわたる原子炉の炉心性能を測定するのに通常用いられるパラメータを含む。
【００１９】
解析された性能パラメータの多くは、例えばＭＡＰＬＨＧＲ、ＭＦＬＰＤ、及び最大限界出力比（ＭＣＰＲ）などの空間依存性と時間依存性の両方を有する。従って、これらの運転出力の幾つかは、１つ又はそれ以上の炉心燃料交換サイクル全体にわたる複数の離散間隔（即ち、全ての「照射段階」の各々）における原子炉の炉心の状態を表すことができる。
【００２０】
次に図２を参照しながら、応答表面を生成する多重制御変数最適化方法を実行するための例示的なソフトウェアシステム２００内における基本機能プロセス及びデータの流れを説明する。選択可能な「分解能」レベル（以下により詳細に説明する）に関する情報、他の処理選択肢、及び原子炉の炉心サイクル特有の入力データ情報が、初期段階においてユーザにより入力されるのが好ましい（図示せず）。このユーザ入力情報から、特定の燃料サイクルに対する特定の原子炉プラントに特有の原子炉炉心特性及び品質に決定的な影響を与える運転制約条件を含むサイクル特有の原子炉炉心プロフィール入力ファイル２０１が作成される。サイクル特有の入力データを用いて、特定の原子炉における初期「中心点」データケースを定める初期独立制御変数値又は設計入力値を識別する。この中心点データは、原子炉の炉心シミュレーションプログラム（実際のシミュレーションプログラムは図示せず）への入力データファイル２０２として提供される。原子炉の炉心運転シミュレーション２０７は、この中心点データを用いて実行される。例えば、三次元（３Ｄ）解析炉心シミュレーションが、選択された「ホスト」コンピュータ１０上で実行される。シミュレーションプロセスが完了すると、中心点ケースシミュレーション出力データファイル２１２が生成される。次に、このファイルからの中心点ケースシミュレーション出力データは、選択された「ホスト」コンピュータ１０のデジタル記憶メモリ内に多次元アレイで格納され、様々な制御変数値に対する原子炉性能評価用の一種の応答表面２１９を生成するための基礎として用いられる。
【００２１】
次に、選択された運転制御変数に対する独立制御変数値の所定の変化によって表される様々な物理的条件及び制約条件下で動作する、同じ原子炉炉心の独立したシミュレーションが、ソフトウェアシステムによって同時に実行される。各々が選択された制御変数（即ち設計入力）に対する値の変化を反映する、異なるシミュレータ入力データファイル２０３〜２０６が生成され、各入力ファイルは、通信ネットワーク１５、２０を介して接続された１つ又はそれ以上の独立したコンピュータ又はプロセッサ１０、２１上に常駐する独立した原子炉炉心シミュレータプログラム又はプロセス２０８〜２１１に送られる。受け取った入力ファイルの値に基づいて炉心シミュレーションを実行した後、各シミュレータプロセスは、結果として得られた原子炉炉心の従属変数の出力値（即ち運転出力）を反映する出力データファイル２１３〜２１６を返す。独立変数ケース２０８〜２１１の各々についての原子炉炉心シミュレーションの全てが完了すると、シミュレータ出力ファイル２１３〜２１６からのデータは、例えば各データ項目を元の「中心点」ケース２１２から取得された出力データで除算することによって、ブロック２１７に示すように正規化される。
【００２２】
全てのシミュレーションケース出力データが正規化された後、各独立制御変数ケースに対する正規化データは、伝達関数として特徴付けられる。例えば、正規化データは、所与の制御変数の変化に対する所与のシミュレータ出力の変化を反映する、１組の対応する二次多項式に写像されるが、より高次の又はより低次の多項式を用いることもできる。換言すれば、その各々が１組の関連する多項式係数によって特徴付けられる二次多項式が、若干の限られた数の原子炉炉心シミュレーションにおいて得られたシミュレーション出力データに適合するように選択される。各独立制御変数を評価するために、例えば３回のシミュレーション、中心点ケース及び特定の制御変数に対して中心点ケース定量値がそれぞれ増減される２つの変動ケースが例示的に用いられる。次いで、この多項式が、各制御変数に対して選択された運転出力（即ち、性能パラメータ）の定量値を予測するための「予測子」として利用される。ブロック２１８に示すように、二次多項式を解くための通常のアルゴリズム技術（例えば、曲線近似）を用いて、正規化されたシミュレータ出力データから各多項式を一意的に定義する係数が生成される。この正規化係数データは、ブロック２１９で示すように、本明細書において「応答表面」として定義されるコンピュータメモリの領域内に格納される。基本的には、応答表面２１９は、設計入力（制御変数）の値の個々の変化又は複合変化に対する原子炉の従属運転出力（性能パラメータ）応答又は関係を含む。このようにして、応答表面は、多重独立制御変数に対する様々なケースシミュレーションから結果として得られた炉心シミュレーション出力データを格納するための一種のサイバーワークスペース及びデータアレイリポジトリとして機能する。
【００２３】
次に、各制御変数が容認可能な範囲にわたって当該制御変数の値に対する変更を適用して各制御変数に対する多項式が評価され、最良の多項式予測子が選択される（２２０）。多項式最適化及び評価モジュール並びに図７に関して更に詳細に説明するように、変更値を評価するために、選択された最適多項式予測子によって与えられた制御変数を用いて、別のシミュレーションプロセス２２１が実行される。シミュレーション結果により原子炉性能の改善が示される場合、この変更された制御変数は、初期中心点ケースを上回る改善として受け入れられる。次いで、この新しい組み合わせの独立変数が、新しい中心点ケースとして再定義され、制御変数評価プロセス全体が、それ以上の有意な改善が得られなくなるまで繰り返される（図２に点線で示すように）。このように、応答表面は、このプロセスを通じて変更及び改善される。これ以上の改善が得られないことを判断すると、より小さい（より限定された）範囲の制御変数値を用いて応答表面を絞り込み、上記の段階が繰り返される。制御変数に対してそれ以上の改善が認められず、且つ制御変数値の範囲を狭めることができなくなると、最適化プロセス全体が本質的に完了したものとみなされる。
【００２４】
図３には、各モジュールの機能的プログラム制御段階の実施例をより詳細に示す添付図面４〜８をそれぞれ参照して、多重制御変数最適化方法を実施するための例示的なソフトウェアシステム３００の概要が、機能的に関連するセクション又は「モジュール」として示されている。ソフトウェアシステム全体を含むソフトウェアシステム３００の１つ又はそれ以上のモジュールは、１つ又はそれ以上のプロセッサ又はネットワーク化されたコンピュータシステム上への分散及びインストールを容易にするために、コンピュータ可読媒体上で具現化することができる。機能的に関連するソフトウェアの各セクションは、本明細書においては別個のプロセッサによって個別に又は集合的に実行することができるコンポーネントソフトウェアモジュールとして説明されているが、本ソフトウェアシステムは、必ずしもモジュール型のコンポーネントでの実施に限定されるものではない。図３に示すように、ソフトウェアシステム３００の実施形態の一実施例は、応答表面初期化モジュール３０１と、１つ又はそれ以上の制御変数モジュール３０２と、多項式係数生成モジュール３０３と、多項式使用モジュール３０４と、応答表面保存／変更モジュール３０５とを含む。ソフトウェアシステム３００内の機能的に関連するソフトウェアのモジュール型構成により、特定の用途に対して所望の又は必要に応じた様々な制御変数モジュール（図５Ａ〜図５Ｅ）の使用又は省略を容易にすることによって、異なる環境に対するソフトウェアシステムの総合的な柔軟性及び適用性が高められ、更に、新しい別の制御変数モジュール又は更新された制御変数モジュールの追加が容易になる。
【００２５】
応答表面初期化モジュール３０１は、基本的に、所与の原子炉炉心に対する運転条件及び運転制約条件（例えば、初期炉心燃料装荷状態、制御棒パターン等）を記述するオペレータ入力データを受け取り、応答表面２１９を正規化するための出発点又は「中心点」シミュレーションケースを生成する役割を担う。制御変数モジュール３０２の各々は、例えば燃料バンドル装荷状態、制御棒位置、炉心流量、配列変更位置、バンドル特性等のような特定の種類の炉心制御変数に対するシミュレーションケースデータを生成するためのプログラム制御段階を含む。各種類の設計入力（独立制御変数）に対し、多くの運転出力（従属変数）ケースを検討することができる。更にまた、特定の制御変数モジュールによって検討される各独立変数ケースにおいて、少なくとも２つの炉心シミュレーションが実行され、これにより応答データが得られる。そのうちの１つのシミュレーションは、独立制御変数値を所定量だけ増加させながら中心点シミュレーションケースの値を用いて実行され、もう１つのシミュレーションは、独立制御変数値を所定量だけ減少させながら中心点シミュレーションケースの値を用いて実行される。特定の制御変数又は設計入力に対する増加及び減少シミュレーション入力値の間の差違は、制御変数の範囲又は「幅」と呼ばれ、全てのシミュレーションケースの結果が応答表面内に保存されるので、本明細書においてはこれは応答表面の「幅」（この制御変数に関する）とも呼ばれる。各シミュレーションケースの結果は、炉心シミュレーションプロセス内でモデル化された全ての運転性能パラメータ（従属変数）に関する値を含む。最終的に応答表面は、各独立変数ケースに関する少なくとも３つの炉心シミュレーションケースの結果を含み、中心点ケースの応答及び特定の制御変数モジュールによって生成された２つの変動ケースの応答を含む。
【００２６】
制御変数モジュール３０２は、ＬＡＮ内の単一のコンピュータ／プロセッサ１０を用いて順次実行されるのが好ましい。特定の原子炉プラント特有の検討事項に向けて作成された追加の制御変数モジュール（ここには図示せず）を用いることもできる。制御変数モジュール３０２は、任意の順序で実行することができ、また様々な品質に決定的な影響を与える検討事項及び所望される可能性のある原子炉性能に対する改善の程度に応じて、（図３に点線で示されるように）任意の単一の又は幾つかの制御変数モジュールを用いることもできる。制御変数値を含むシミュレーション入力データファイルは、各制御変数モジュールによって生成され、常駐する炉心シミュレータプログラムを有するＬＡＮ（又は遠隔ネットワーク２１）内の他のコンピュータ／プロセッサに送られる。プロセッサが１つのシミュレーションケースを完了すると、プロセッサは、結果として得られた値を含むシミュレータ出力データファイルを生成し、応答表面を保持しているコンピュータにこのファイルを送信する。原子炉炉心シミュレーションは通常非常に長い時間を要するものであることから、この分散された処理構成が多くの異なる炉心シミュレーションケースを多少なりとも同時に進行させ、これにより炉心シミュレーション時に費やされる総経過時間を大幅に短縮する。
【００２７】
或いは、ＬＡＮ、ＷＡＮ、又は他の通信リンクを介して接続された異なる独立のコンピュータ上に異なる制御変数モジュールを常駐させることもできる。例えば、このような実施形態において、あるコンピュータ上に常駐する応答表面初期化モジュール３０１は、ＬＡＮを介して特定の所望の制御変数モジュールの実行を該モジュールが常駐する別のコンピュータに要求し、次いで応答表面からの中心点ケースデータを転送することになる。
【００２８】
多項式係数生成モジュール３０３は、各独立変数ケースに対する炉心シミュレーション結果を各性能パラメータ（即ち、運転「従属」変数）に対応する一意的な二次多項式曲線に写像するためのプログラム制御コードを含む。各多項式の係数値は、各多項式が対応する性能パラメータに関する３つのシミュレーションケースから得られたデータに適合するように決定される。多項式使用モジュール３０４は、各制御変数の値に対する変更及び共に検討される制御変数の組み合わせに対する変更を探求し、何れの変更が炉心性能に最も大きな影響をもたらすかを判定するためのプログラム制御コードを含む。炉心シミュレーションの実行には時間を要するので、多項式は、炉心シミュレーションを実行する代わりに制御変数の入力幅全体わたる性能パラメータ値を決定するための高速予測子（３Ｄシミュレータの実行に比べて）として用いられる。性能に最大の影響を及ぼす制御変数は、所定の目標関数を用いて予測された性能パラメータ値を繰り返し比較することによって決定される。最後に、保存／変更モジュール３０５は、応答表面の保存及び文書化を行い、且つ定量化された最適の運転制御変数値を出力するため、或いは応答表面の「幅」を縮小することによって結果を更に改善することが可能であると判定された場合に応答表面を変更するためのプログラム制御コードを含む（以下により詳細に説明される）。
【００２９】
次に図４を参照すると、これは、応答表面初期化モジュール３０１によって実行される機能段階の実施例を示すフローチャートである。最初の幾つかの初期段階４０１〜４０４では、基本的に、初期の中心点シミュレーションケースを作成するために必要な情報を収集して識別する。段階４０１においては、制御変数の初期値（すなわち、初期制御棒パターン、初期炉心装荷配列等）及び初期応答表面幅を含むサイクル特有の原子炉の炉心の運転条件データが、オペレータ入力を介して指定される。段階４０２において、特定の原子炉プラントの設計基盤を形成する特定の運転制約条件が、収集されたオペレータ入力情報から識別され、このような設計基盤及び制約条件情報が、別の解答の相対品質を比較するために用いられる「目標関数」（後述する）の評価を助ける。更に、コンピュータオペレータは、２つ又はそれ以上の制御変数の運転値の変化が原子炉性能に及ぼす影響を組み合わせて考慮することができる、多項式最適化及び評価モジュール並びに図７に関して以下により詳細に説明する入力選択肢を選択することができる。
【００３０】
段階４０３において、最適化中に検討すべき特定の独立制御変数（炉心装荷状態、制御棒パターン、炉心流量、配列交換、バンドル特性等）が、収集されたオペレータ入力情報に基づいて識別される。段階４０４において、炉心内で用いることになる燃料バンドルが識別され、且つ反応度値に基づいてソートされる。次に、段階４０５において、中心点シミュレーションケースを作成するための炉心シミュレーション入力データファイルが生成され、常駐する（又は遠隔の）炉心シミュレーションプログラムに送られる。シミュレーションが終了すると、シミュレーションの結果はシミュレーション出力ファイルに戻される。段階４０６において、多次元アレイがシミュレーション「応答表面」としてメモリ内で生成され、シミュレーション出力ファイルからのデータが初期中心点ケースとして該アレイに格納される。
【００３１】
次に、１つ又はそれ以上の制御変数モジュール３０２が実行され、特定の制御変数の値の変動に対するシミュレーションケースデータが生成される。１つより多い制御変数モジュールの実行は任意選択的である。また、この開示内容から容易に明らかとなるように、追加の制御変数特有モジュール（本明細書には開示せず）を要求に応じて含むこともできる。前述のように、個々の制御変数モジュールを単一のプロセッサによって順次実行してもよく、或いはＬＡＮ又はＷＡＮ内の異なるコンピュータ上で同時に実行してもよい。各制御変数モジュールの実行によってより多くのシミュレーションケースデータが応答表面に追加されることになるので、本発明の方法の精度及び達成し得る可能性のある原子炉性能最適化が、これに応じて改善される。
【００３２】
図５Ａを参照しながら、燃料バンドル装荷における制御変数モジュールの一実施例によって実行される機能段階を最初に説明する。燃料バンドル装荷モジュールは、燃料バンドル位置又は装荷配列の変更によって生じる原子炉性能パラメータの変化を調べるものである。従来の殆どの原子炉炉心は対称的な八分円からなり、従って１つの八分円内におけるバンドル配列のみを考慮するだけでよい。しかしながら、対称的な八分円は、このプロセスの要件ではない。段階５０１に示すように、特定の原子炉に関する制約条件が事前に識別される場合、燃料バンドル装荷状態の変更が許容されるか否かが最初に判定される。バンドル装荷状態の変更が許容されない場合、プログラム制御は別のモジュールに移る。バンドル装荷状態の変更が許容される場合、ブロック５０２で示すように、各異なる位置に対して段階５０３〜５０７を繰り返すことによって全ての許容し得るバンドル位置が系統的に検討される。
【００３３】
段階５０３において、選択された位置におけるバンドルの既知の反応度値が、所定のより高い値に変更される。次いで、新しい炉心シミュレーション入力ファイルが生成され、これは燃料バンドルの反応度値の変更と、中心点に対するあらゆる反応度の差異を最小化するために残りの燃料のシャフリングとを反映するものである。この残りの燃料のシャフリングは、段階４０４によって生成された予めソートされたリストを参照することにより容易に達成され、これによりソートされたリスト内におけるバンドルの順位ポジションが、「カスケード」法で１ポジションだけずらされる。例えば、ソートされたリスト内で反応度順位１０から順位５に変更される位置は、順位５を順位６に、順位６を順位７になど、順位９を順位１０にするまで順位を変更するよう作用することになる。次いで、段階５０４に示すように、炉心シミュレーション入力ファイルは、シミュレーション処理のために利用可能なプロセッサ／コンピュータに送られる。（「制御棒減損」を反映する炉心シミュレーション入力ファイルが一般に意図されるが、非制御棒減損型のシミュレータ入力ファイルもまた、本方法と共に用いることができる。）送られた炉心シミュレーションの結果を待つことなく、段階５０５において、同じ位置に対するバンドルの反応度値が元の反応度値よりも低い値に変更される。様々な制御変数モジュールに関して本明細書に説明するように、特定の制御変数に対する値に要求される増加及び減少の合計量は、検討中の特定の制御変数に応じて予め決定されており、これが制御変数を調べる値の範囲又は「幅」を定める。
【００３４】
次に、段階５０６において、変更された反応度値を有する新しい炉心シミュレーション入力ファイルが再び生成され、別のシミュレーションを処理するために任意の利用可能なプロセッサ／コンピュータ１０に送られる。１つの運転上の実施例において、段階５０４及び５０６におけるシミュレーションケースが完了すると、各シミュレーションからの出力データパラメータは、例えば、炉心シミュレーションを実行する各プロセッサ／コンピュータにより、中心点に対して正規化し、多項式に当てはめ、且つ共通の応答表面２１９に格納することができる。他の位置における燃料バンドルに対する反応度値の変更が未だシミュレートされていない場合には、必ずしも前の段階の炉心シミュレーションが完了するのを待つことなく、段階５０７に示すように、全ての容認可能なバンドル位置の検討が完了するまで新しいバンドル位置が選択され、段階５０３〜５０６が再び繰り返される。最終的に燃料バンドルの反応度の変動に対する全ての独立制御変数ケースの検討が完了すると、別のモジュールの制御下で処理を続けることができる。
【００３５】
図５Ｂは、制御棒又は制御ブレードの様々な軸方向位置を探求するための制御変数モジュールの一実施例により実行されるプログラム制御段階を示す。図５Ａの燃料バンドル装荷モジュールと同様の方法で、各制御棒に関する２つのシミュレーションケースが作成され、このシミュレーション結果が共通の応答表面に追加される。段階５０９において、原子炉に関する制約条件が事前に識別される場合、制御棒パターンの変更が許容されるか否かが最初に判定される。制御棒パターンの変更が許容されない場合、プログラム制御は別のモジュールに移る。制御棒の変更が許容される場合、段階５１０に示すように、解析のために予め決定された制御棒が選択される。次に、段階５１１において、選択された制御棒の位置の初期値が、炉心の物理的境界又は指定されたユーザ限界を超えないような所定量だけ増加される。次いで、段階５１２に示すように、選択された制御棒の位置の値だけを変化させた新しい炉心シミュレーション入力ファイルが生成され、利用可能なプロセッサ／コンピュータ１０に送られて、シミュレーション処理が行われる。
【００３６】
段階５１３において、段階５１１で行われたように、同じ制御棒に関する制御棒位置の値が元の位置の値よりも低い値に変更される。次に、段階５１４において、変更された位置の値を有する新しい炉心シミュレーション入力ファイルが再び生成され、利用可能なプロセッサ／コンピュータ１０に送られて、第２のシミュレーションケースが処理される。段階５１５に示すように、他の制御棒に関する位置の値の変更をシミュレートすることになる場合、新しい制御棒が選択され、全ての制御棒の検討が完了するまで段階５１１〜５１４が再び繰り返される。燃料バンドル装荷モジュールと同様に、制御棒位置決めモジュールにおける各段階は、必ずしも前の段階の炉心シミュレーションが完了するのを待つことなく進行させることができる。最終的に、制御棒位置の変動に対する全ての独立制御変数ケースの検討が完了すると、別のモジュールの制御下で処理を続けることができる。
【００３７】
図５Ｃは、炉心流量の変化から応答表面を作成するための制御変数モジュールの一実施例によって実行されるプログラム制御段階を示す。図５Ａ及び図５Ｂの別の独立制御変数モジュールと同様の方法で、各炉心流量制御変数に対して２つのシミュレーションケースが作成され、共通の応答表面に追加される。段階５１９において、原子炉に関する制約条件が事前に識別される場合、炉心流量の変更が許容されるか否かが最初に判定される。炉心流量の変更が許容されない場合、プログラム制御は別のモジュールに移る。炉心流量の変更が許容される場合、段階５２０に示すように、解析のために特定の炉心流量変数が選択される。次に、段階５２１において、選択された炉心流量変数の初期中心点ケース値が所定量だけ増加される。次いで、段階５２２に示すように、選択された炉心流量変数値だけを変化させた新しい炉心シミュレーション入力ファイルが生成され、利用可能なプロセッサ／コンピュータ１０に送られてシミュレーション処理が行われる。
【００３８】
段階５２３において、段階５２１と同様に、同じ炉心流量変数に対する炉心流量値が元の値よりも低い値に変更される。次に、段階５２４において、変更された炉心流量値を有する新しい炉心シミュレーション入力ファイルが再び生成され、利用可能なプロセッサ／コンピュータに送られて第２のシミュレーションケースが処理される。段階５２５に示すように、他の炉心流量変数に関する炉心流量値の変更のシミュレートが未だ完了していない場合、次の独立炉心流量変数が選択され、全ての独立炉心流量変数の検討が完了するまで段階５２１〜５２４が再び繰り返される。上述の他の制御変数モジュールと同様に、このモジュールにおける各段階は、必ずしも前の段階の炉心シミュレーションが完了するのを待つことなく進行させることができる。最終的に、炉心流量変数に対する全ての独立制御変数ケースの検討が完了すると、別のモジュールの制御下で処理を続けることができる。
【００３９】
図５Ｄは、配列間隔の変化に基づいて応答表面を作成するための制御変数モジュールの一実施例によって実行されるプログラム制御段階を示す。他の制御変数モジュールと同様の方法で、運転サイクル中に発生する各制御ブレードの配列間隔に対して２つのシミュレーションケースが作成され、共通の応答表面２１９に追加される。段階５２９において、原子炉に関する制約条件が事前に識別される場合、配列間隔の変更が許容されるか否かが最初に判定される。変更が許容されない場合、プログラム制御は、別のモジュールに移る。変更が許容される場合、段階５３０に示すように、解析のために特定の配列間隔が選択される。次に、段階５３１において、選択された配列間隔の初期中心点ケースの配列間隔値がユーザ指定量だけ増加される。次いで、段階５３２に示すように、選択された配列間隔値だけを変化させた新しい炉心シミュレーション入力ファイルが生成され、利用可能なプロセッサ／コンピュータ１０に送られてシミュレーション処理が行われる。
【００４０】
段階５３３において、段階５３１と同様に、同じ制御ブレード配列間隔に対する配列間隔値が元の値よりも低い値に変更される。次に、段階５３４において、変更された位置の値を有する新しい炉心シミュレーション入力ファイルが再び生成され、利用可能なプロセッサ／コンピュータに送られて第２のシミュレーションケースが処理される。段階５３５に示すように、他の配列間隔変数に関する値の変更のシミュレートが完了していない場合、新しいバンドルが選択され、全ての他の関連する独立配列間隔変数の検討が完了するまで段階５３１〜５３４が再び繰り返される。他の制御変数モジュールと同様に、このモジュールにおける各段階は、必ずしも前の段階の炉心シミュレーションが完了するのを待つことなく進行させることができる。最終的に、配列間隔変数に対する全ての独立制御変数ケースの検討が完了すると、別のモジュールの制御下で処理を続けることができる。
【００４１】
図５Ａ〜図５Ｄに示すモジュールは共に、例えば装荷パラメータ、制御棒パターンパラメータ、流量パラメータ、及び配列置換パラメータ等のような、本質的に「連続的」であるとみなされる値を有することができる独立制御変数を検討する最適化方法の能力を実証するものであるが、本方法はまた、バンドル特性のような「離散」値制御変数の変化を検討するためにも用いることができる。離散値型制御変数を検討するための制御変数（ＣＶ）モジュールの一実施例が、図５Ｅに示す燃料バンドル特性関連を用いて提供される。
【００４２】
次に図５Ｅを参照しながら、バンドル特性の変化から原子炉シミュレーション応答データを作成するプログラム制御段階の実施例を説明する。この実施例において、燃料バンドル特性は、半径方向及び／又は軸方向ウラン２３５濃縮度の変動、並びに／若しくは半径方向及び／又は軸方向ガドリニウム変動に起因するもののような、燃料棒構成に差異を有する任意の燃料バンドルを表すことができる。前述のモジュールと同様に、各独立制御変数に対して炉心シミュレータケースが生成されて実行される。各燃料バンドル特性独立制御変数が完了すると、従属変数出力情報が相対的な中心点に対して正規化される。しかしながら、応答は多項式には写像されず、線形関数に写像される。全ての制御変数モジュール３０２及び対応するシミュレーションケースの実行が完了し、シミュレーション結果が相対的な中心点に対して正規化されると、次いで、シミュレーションケースデータが多項式及び／又は線形関数の何れかに写像され、その結果が応答表面２１９に格納される。
【００４３】
図６は、各独立変数ケースに対する３つのデータ値（即ち、より上の値、下の値及び中心点の値）に当てはまる多項式に各シミュレーションケースを写像するための多項式係数を生成する機能的プログラム制御段階の実施例を示す。機能的段階６０１において、全てのシミュレーションケースが完了し且つ応答表面が更新されるまで、これ以上の処理が遅延される。次に、段階６０２及び６０３において、応答表面にアクセスされ、制御変数モジュール３０２によって生成された全てのシミュレーションデータが中心点ケースデータに対して正規化される。次に、機能的段階６０４において、各独立制御変数に対する３つの正規化されたシミュレーションケース値に当てはまる一意的な二次多項式を定義するための係数が決定される。しかしながら、ある制御変数（例えば、燃料バンドルのロッド構成）の評価は離散的変化としてのみ評価することができるので、これらの種類の変数に対する炉心シミュレーション結果は、離散的な一次評価として応答表面内に格納され、多項式には写像されない。最終的に、段階６０５において、各多項式の係数が保存され、これ以上の処理が多項式最適化及び評価モジュールにより継続される。
【００４４】
図７は、多項式最適化及び評価モジュール３０４用の機能的プログラム制御段階の実施例を示す。このモジュールは、各制御変数に関連する二次多項式の各々によって予測された原子炉の性能パラメータ値を調べ、何れの制御変数及び値が原子炉性能に最も有意な改善をもたらすかを判定する。段階７００及び７０１において、制御変数シミュレーションケースの各々から生成された多項式が応答表面からアクセスされ、サブグループに分類され、該制御変数の許容可能な値の幅全体にわたって性能パラメータ（例えば、ＣＰＲ、ＭＦＬＰＤ、ＭＡＰＬＨＧＲ等）の定量値を予測するために用いられる。換言すれば、制御変数が選択され、該制御変数によって影響を受ける性能パラメータ（即ち、運転出力）の各々に関連する多項式を用いて、制御変数の幅（即ち、所定許容値の範囲）全体にわたる選択された制御変数の値の所定数の離散的増分変化の各々に対して、原子炉性能を表す１組の性能パラメータ値が予測される。このプロセスが全ての独立制御変数に対して繰り返される。
【００４５】
当該技術分野において一般に「重ね合わせ」として知られる原理に基づき、異なる変数に対して共に組み合わせて加えられた複数の変更の正味の効果は、個別に加えられた個々の制御変数の変更の効果を合計することにより求めることができる。従って、初期化及び入力段階（すなわち、例えば図４の初期化モジュールの段階４０１及び４０２に関して上述したサイクル特有の入力及び設計基盤の考慮事項を識別する際）において、本システムのユーザは、１つより多い独立変数の定量的運転値に対する変更を互いに組み合わせて評価することを可能にする入力選択肢として最適化「分解能」レベルを選択することができる。従って、この選択肢が予め選択されている場合には、次いで、段階７００において、選択された複数の独立制御変数のあらゆる組み合わせの個々の多項式から予測された効果を即座に組み合わせて、共に加えられた異なる制御変数に対する複数の変更が多くの原子炉の炉心性能パラメータの各々に及ぼすであろう正味の効果が定量的に求められる。選択された分解能レベルが高いほど、より多くの独立制御変数が共に組み合わされて評価され、従って、原子炉性能を向上させることになる組み合わせが検出される確率が高くなる。例えば、選択された最適化分解能レベルが「３」である場合、３つの異なる独立制御変数及び検討される制御変数の総数のうちの３つの制御変数のあらゆる組み合わせに対する定量値の変化が評価されることになる。特定の分解能の下で、複数の制御変数中の全ての離散的変化が、各制御変数に対して関連する多項式予測子を用いて調べられる。
【００４６】
高い方の分解能レベルは低い方の分解能レベルよりもやや長い処理時間を要求する可能性があるが、各ケースに対して原子炉の炉心の実際のコンピュータシミュレーションを実行する代わりに多項式予測子が適宜に使用及び組み合わされるので、全体の処理時間は、従来の方法よりも有意に短い。このようにして、本方法は、本質的に網羅的であり、且つ包括的な最適燃料サイクル設計を識別することがほぼ保証される。極めて高い分解能レベルは、長い処理時間を要求することから実際には実現可能ではない可能性があるが、特定の分解能レベルの選択を可能にするこの方法の能力により、システムユーザは、達成することが所望される真の絶対最適状態への「接近」度を選択的に定量化することが可能となる。
【００４７】
次に、段階７０２において、個々の制御変数又は制御変数の組み合わせ（すなわち、設計入力）に対して加えられた各定量値変更について、「目標関数」試験を用いて、性能パラメータ（即ち、「従属」変数）の改善効果の観点から当該変更の相対的な「価値」又は「強度」が定量化される。目標関数は、定められた設計限界に対する性能「違反」の統合によって主として決定され、エネルギの追加、熱マージンの増加等のような有益な結果に関連する任意の性能「信用」の統合によって補正される、各性能パラメータに対する特定の限界値を設定する。例えば高温過剰反応度、ＭＦＬＰＤ、ＭＡＰＬＨＧＲ等のような性能パラメータの各々の設計限界値に所定の乗数（即ち、数学的係数）が適用され、各パラメータの正規化及び相対的順位付けが行われる。基本的には、段階７０２において、当該技術分野における通常の知識及び手法に従って作成された目標関数を用いて各予測性能パラメータ値が試験され、炉心性能を最適化するための最良の組み合わせの制御変数多項式予測子が決定される。段階７０３において、制御変数の最良値が識別される。各多項式予測子は特定の制御変数に対応するので、段階７０２の目標関数によって順位付けされた多項式予測子が比較され、制御変数の最適値の識別が完了するまで、段階７００〜７０２が繰り返される。次に、段階７０４において、制御変数値が以前の繰り返し（存在する場合）から得られた値と比較され、何らかの改善（すなわち、目標関数によって与えられた性能指数の改善）が存在することが見出されるかどうかが判定される。改善が検出されない場合、図８に示す段階によって処理が継続される。幾らかの改善が存在することが見出された場合、１つ又はそれ以上の制御変数に対応する選択された最良の多項式予測子からの改善値を用いて炉心シミュレータ入力ケースが作成され、段階７０５に示すように、炉心シミュレーションが実行される。
【００４８】
多項式を使用することにより、どのような変化が原子炉性能の改善をなすことができるかについて迅速に予測することが可能となるが、段階７０５における炉心シミュレーションは、シミュレーションプロセスと応答表面内の多項式係数データとの間の較正を可能にする。本質的に、これは、改善された制御変数の下での炉心の運転を文書化した「実際の」（「予測」ではなく）炉心シミュレーションデータを提供することにより、予測された改善の検証を可能にする。段階７０６において、段階７０５の炉心シミュレーション結果が中心点ケースからの炉心シミュレーション結果（又は以前の最適化の結果）と比較され、炉心性能に対して何らかの改善が得られたかどうかが判定される。段階７０５からの結果が中心点ケースを上回る改善を示した場合、段階７０８に示すように、その改善が組み込まれ、そしてプロセスが再び繰り返される。段階７０５において炉心シミュレーションの結果が改善されていない場合、これに対応する制御変数は、「信頼できない」とみなされ、段階７０７においてそのように識別される。すなわち、段階７０７では、対応する制御変数値は、可能性のある解決策としてはみなされないことになる。段階７０９において試験されたときに、信頼できない制御変数が所定数を超えると、多項式最適化及び評価は停止され、図８に示す段階で処理が続けられる。
【００４９】
図８は、応答表面保存／変更モジュール３０５の機能的プログラム制御段階の実施例を示す。最初に、応答表面の現在の「幅」（すなわち、探索される制御変数値の範囲に関しての応答表面の幅）が段階８０１において調べられる。制御変数に関するシミュレーションケースを作成する際にＣＶモジュールによって用いられる値の所定範囲を縮小することが可能である場合、該範囲が縮小され、元の中心点ケースデータを用いて新しい応答表面の作成が開始される。これは、機能的段階８０２において応答表面の幅を縮小するものとして示されている。この時点において、最適化プロセスは、図４に入口点「Ｂ」で示すように、１つ又はそれ以上の様々な制御変数モジュールを用いてこの「新しい」応答表面の作成を再び最初から開始する。ＣＶモジュールによって用いられる制御変数値の「幅」の縮小が実行可能でない場合、段階８０３及び８０４によって示すように、現在の応答表面データが文書化（保存）され、最適化された制御変数値が出力される。
【００５０】
予測原子炉炉心シミュレーション
図９は、本発明による原子炉炉心シミュレーションの予測方法を用いた例示的なシステムのブロック図を示す。図示のように、サーバ９１０は、プロセッサ９１４に接続されたグラフィカル・ユーザインタフェース９１２を含む。プロセッサ９１４は、特に１つ又はそれ以上の応答表面を記憶するメモリ９１６に接続されている。サーバ９１０にはユーザ入力装置（例えば、ディスプレイ、キーボード、及びマウス）で直接アクセス可能である。サーバ９１０へはまた、イントラネット９２０及びインターネット９２４をそれぞれ介してコンピュータ９２２及び９２６でアクセス可能である。
【００５１】
システムのユーザは、入力装置９１８、コンピュータ９２２、及びコンピュータ９２６の内の１つを利用して直接的に、或いはイントラネット９２０又はインターネット９２４を介してシステムにアクセスする。ユーザがシステムにアクセスすると、プロセッサ９１４は、該プロセッサ９１４によって実行可能な予測原子炉シミュレーションツールのオプションをＧＵＩ９１２を介してユーザに提供する。ユーザがこのツールを使用するよう選択した場合、図１０に示す動作が実行される。
【００５２】
図１０は、本発明の例示的な実施形態による予測原子炉炉心シミュレーションの方法のフローチャートを示す。図示のように、段階Ｓ１０において、予測原子炉シミュレーションツールを用いてユーザはメモリ９１６内に記憶された応答表面と任意の関連情報とにアクセスする。例えば、段階Ｓ１０において、応答表面の一部としてアクセスされたデータは、１）応答表面の生成時に摂動される独立制御変数（すなわち、制御棒、燃料バンドル、照射段階、など）のセット、２）応答表面の生成時に各独立制御変数が摂動された幅又は範囲、３）「ゼロ」の摂動応答表面予測に対応する中心点解、及び４）応答表面多項式係数のセットを含む。理解されるように、メモリ９１６は１つ又はそれ以上の原子炉炉心に対して複数の応答表面を記憶することができる。
【００５３】
段階Ｓ１２において、ユーザはまた、目標関数を含む対応する問題制約条件及び重量と共に、目標関数にアクセスすることができ、アクセスされる応答表面と協働して用いて炉心設計を生成する。更に、或いはこれに替えて、ユーザは修正された問題制約条件及び重量を入力可能であり、従って「新規の」目標関数を得ることができる。
【００５４】
ユーザが応答表面及び任意選択的に目標関数にアクセスした後、段階Ｓ１４においてユーザは、１つ又はそれ以上の設計入力、１つ又はそれ以上の運転出力、設計入力及び／又は出力に関する１つ又はそれ以上の制約条件、及び／又は表示されることになるこの情報の要約の予め決定されたフォーマットを選択する。本発明はこれらの表示オプションに限定されることなく、多くの他の表示オプションが可能であることは理解されるであろう。
【００５５】
段階Ｓ１６において、ユーザは１つ又はそれ以上の設計入力値及び／又は設計入力に関する制約条件を変更する。次いで、Ｓ１８においてユーザは、変更された設計入力及び／又は制約条件を用いて新規の運転出力を生成するようプロセッサ９１４に要求する。応答表面を用いた運転出力値の生成は、応答表面の生成に関して上記で詳細に説明されたので、ここでは繰り返して説明しない。該応答表面が、該応答表面によって表される比較的簡単な多項式を用いて運転出力を生成するので、運転出力値はリアルタイムで生成される。これは、従来の原子炉シミュレータが行う、運転出力値を生成するための比較的冗長なプロセスとは対照的である。
【００５６】
段階２０において、ユーザは目標関数を指示して、選択された応答表面により表される元の解決策と段階Ｓ１８の結果により表される新規の解決策とに適用する。ユーザは、元の解決策と新規の解の両方に対して選択された応答表面を生成するのに使用された目標関数を用いるよう選択することができる。或いはユーザは、元の解決策と新規の解決策との両方に対して新規に入力された目標関数（Ｓ１２参照）を用いるよう選択することができる。更に別の方法として、ユーザは、元の解決策に対してある目標関数を用いて、新規の解決策に対して別の目標関数を用いるよう指定することができる。
【００５７】
次いで段階Ｓ２２において、ユーザは、予測原子炉シミュレーションによって生成された情報を供給する方法を指示する。例えばユーザはプロセッサ９１４に対して、１つ又はそれ以上の運転出力の最悪値、段階Ｓ２０で行われた選択に基づく元の解決策及び／又は新規の解決策の性能指数（例えば、目標関数値）、予め決定されたフォーマットで段階Ｓ１８で生成され且つ段階Ｓ１６で提供された情報、及び／又は上記の組み合わせを表示するよう命令ことができる。予測原子炉シミュレーションからの全ての出力結果はグラフィカルに表示することができ、１）時間に対する数量のグラフ、２）時間に対する１次元軸方向グラフ、３）時間に対する２次元半径方向炉心マップ、４）時間に対する軸方向切断面による３次元炉心マップ、及び５）時間に対する３次元炉心ビューを含むことができる。
【００５８】
理解されるように、予測原子炉シミュレーション方法は、原子炉炉心に対して生成される応答表面を一種のサイバーワークスペースとして使用して可能性のある設計変更を試験するのに提供される。更に、予測原子炉シミュレーション結果はリアルタイムで生成されて、迅速に理論を試験するため、或いは単に設計変更を試すためにこの実行可能な選択を行う。本発明の技術的効果は、コンピュータシステムによりリアルタイムの予測原子炉シミュレーション結果の生成を可能にすることである。
【００５９】
以上のように本発明を説明したが、本発明を多くの方法で変更可能であることは明らかであろう。例えば、沸騰水型原子炉設計への応用として本発明を説明してきたが、本発明は圧力型原子炉にも同様に適用可能である。こうした変更形態は、本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱するとみなされるべきではなく、当業者には明らかであるように全てのこのような修正は、特許請求の範囲内に含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１Ａ】原子炉用の多重運転制御変数を最適化するためのシステムを示すブロック図。
【図１Ｂ】本発明を具現化することができる独立したプロセッサのネットワーク構成の一実施例の概略図。
【図２】原子炉の炉心の多重制御変数最適化を実行するためのソフトウェアシステムの実施形態の一実施例におけるプロセス間の基礎データの流れを示すデータ流れ図。
【図３】原子炉の炉心の多重制御変数最適化方法を実行するためのソフトウェアシステムの実施形態の一実施例を示すブロック図。
【図４】応答表面初期化モジュールによって実行される例示的な機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図５Ａ】燃料バンドル装荷モジュールによって実行される機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図５Ｂ】制御棒軸方向位置決めモジュールによって実行される例示的な機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図５Ｃ】炉心流量モジュールによって実行される例示的な機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図５Ｄ】配列間隔モジュールによって実行される例示的な機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図５Ｅ】燃料バンドル特性モジュールによって実行される例示的な機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図６】多項式係数生成モジュールによって実行される例示的な機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図７】多項式使用モジュールによって実行される例示的な機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図８】応答表面結果を保存し且つ修正するための例示的な機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図９】本発明による運予測原子炉炉心シミュレーション方法を用いる例示的なシステムのブロック図。
【図１０】本発明の例示的な実施形態による予測原子炉炉心シミュレーション方法のフローチャート。
【符号の説明】
【００６１】
９１０  サーバ
９１２  グラフィカル・ユーザインタフェース
９１４  プロセッサ
９１６  メモリ
９１８  入力装置
９２０  イントラネット
９２２  コンピュータ
９２４  インターネット
９２６  コンピュータ
【図１Ａ】
2005114724.tif 000003
【図１Ｂ】
2005114724.tif 000004
【図２】
2005114724.tif 000005
【図３】
2005114724.tif 000006
【図４】
2005114724.tif 000007
【図５Ａ】
2005114724.tif 000008
【図５Ｂ】
2005114724.tif 000009
【図５Ｃ】
2005114724.tif 000010
【図５Ｄ】
2005114724.tif 000011
【図５Ｅ】
2005114724.tif 000012
【図６】
2005114724.tif 000013
【図７】
2005114724.tif 000014
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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