(57)【要約】【課題】  炉心デザインを判定することに適用可能である限界のセットが定義され、定義された限界に基づいて基準炉心デザインが生成される方法を提供する。【解決手段】  基準炉心デザインが反復改善プロセスを実行されている間に、評価のために独自の未照射燃料バンドルのサブセットが選択される。反復プロセスは、燃料場所ごとに、現在未照射燃料バンドルのうちの少なくとも１つを選択された未照射燃料バンドルのうちの少なくとも１つと置き換えることと、複数の出力を得るために基準炉心デザインについて原子炉動作をシミュレートすることとを含む。出力は限界の定義されたセットに基づいてランク付けされても良く、最高ランクの出力が原子炉に関して受け入れられる炉心デザインとして選択されても良い。【選択図】  図２
2005010140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の炉心デザインを判定する方法において、
炉心デザインを判定することに適用可能である限界のセットを定義する過程と、
定義された限界に基づいて基準炉心デザインを生成する過程であって、基準炉心デザインは、基準炉心デザイン内における複数の燃料場所に配置される現在未照射燃料バンドルの初期ローディングパターンを含む過程と、
基準炉心デザインで評価されるべき未照射燃料バンドルの独自のサブセットを選択する過程と、
受け入れ炉心デザインを判定するために第１回目の反復を実行する過程とから成り、第１回目の反復は、
燃料場所ごとに、現在未照射燃料バンドルのうちの少なくとも１つを選択された未照射燃料バンドルのうちの少なくとも１つと置き換えることと、
各々が選択された未照射燃料バンドルのうちの１つ以上を含む基準炉心デザインに対応する複数の出力を生成するために、基準炉心デザインについて原子炉動作をシミュレートすることと、
限界の定義されたセットに基づいて出力をランク付けすることとを含み、最高ランクの出力は原子炉の受け入れ炉心デザインを表現する方法。
【請求項２】
最高ランクの出力が基準炉心デザインと比較して改善されている場合、対応する未照射燃料ローディングパターンによって新たな基準炉心デザインとして受け入れ炉心デザインを設定することと、
改訂受け入れ炉心デザインを判定するために、置き換える過程、シミュレートする過程及びランク付けする過程の第２回目の反復を実行することと、
最高ランクの出力が基準炉心デザインと比較して改善されていない場合、シミュレーション中に違反された限界に関連するデータを提供する過程とを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
定義された限界は新たな基準炉心デザインに適用可能である請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記第２回目の反復からの最高ランクの出力は、限界の定義されたセットに基づいて、第１回目の反復の最高ランクの出力と比較して性能の最大の改善を示す出力を表現する請求項２記載の方法。
【請求項５】
性能は定義された限界のうちの少なくとも１つ以上に関連する請求項４記載の方法。
【請求項６】
連続する反復の最高ランクの出力の間にそれ以上の性能の改善が存在しなくなるまで、Ｎ回の反復にわたり設定する過程、置き換える過程、シミュレートする過程及びランク付けする過程を繰り返し反復することを更に含み、性能は定義された限界のうちの少なくとも１つ以上に関連する請求項４記載の方法。
【請求項７】
定義された限界はＮ回の反復の各々において基準炉心デザインに適用可能である請求項６記載の方法。
【請求項８】
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な限界を定義することと、
シミュレートする過程からの出力に適用可能な限界を定義することとを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
シミュレートする過程を実行するために入力される変数に適用可能な限界は所望の炉心性能制約に関連する請求項８記載の方法。
【請求項１０】
シミュレートする過程からの出力に適用可能な限界は、原子炉動作の動作限界及び安全度限界、並びにそれらの動作限界及び安全度限界に対するマージンに関連する請求項８記載の方法。
【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、特に原子炉の炉心デザインを判定することに関する。
【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（燃料アセンブリ）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、炉心デザインは、炉心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炉心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炉心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、炉心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、炉心デザインを行うときには初期炉心デザインが識別された。当初に識別されたデザインは、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炉心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が必要な独立手動操作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、申し分ない炉心ローディング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が困難であり、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炉心ローディングパター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炉心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】
原子炉の炉心において燃料サイクルで使用されるべき炉心デザインを判定するための方法及び装置を説明する。方法において、炉心デザインを判定することに適用可能である限界のセットが定義され、定義された限界に基づいて基準炉心デザインが生成される。基準炉心デザインは、複数の燃料場所に配置された現在未照射燃料バンドルの初期ローディングパターンを含む。未照射燃料バンドルの独自のサブセットが選択されて、基準炉心デザインにおいて評価され、第１回目の反復改善プロセスが実行される。第１回目の反復は、燃料場所ごとに、現在未照射燃料バンドルのうちの少なくとも１つを選択された未照射燃料バンドルのうちの少なくとも１つと置き換えることと、複数の出力を生成するために基準炉心デザインについて原子炉動作をシミュレートすることとを含む。各々の出力は、選択された未照射燃料バンドルのうちの１つ以上を含む基準炉心デザインに対応する。出力は限界の定義されたセットに基づいてランク付けされても良く、最高ランクの出力が原子炉に関して受け入れられる炉心デザインとして選択されても良い。
【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】
原子炉の炉心デザインを判定するための方法及び装置を説明する。ここで使用される語句「炉心デザイン」は、例えば、次に予定されている運転停止時に原子炉の炉心にローディングされるべき未照射燃料アセンブリについて指定されたローディングパターンを含む燃料アセンブリの炉心構成を意味している。
【００１２】
１つの面においては、装置は、ユーザと通信し、コンピュータベースシステム及び／又は処理媒体（例えば、ソフトウェア駆動コンピュータプログラム、プロセッサ、アプリケーションサーバにより駆動されるアプリケーションなど）と対話するインタフェースを含んでいても良い。これにより、ユーザは、例えば、原子炉プラントで次に予定されている運転停止時に特定の炉心において実現される所望の燃料アセンブリ構成を判定するために、炉心デザインを仮想作成し、仮想評価することが可能になる。本発明の方法及び装置により、炉心デザインがユーザ入力制約にどれほど密接に適合しているかに基づいてユーザにフィードバックを提供することができる。炉心デザインは１つ以上の未照射燃料アセンブリ、並びに炉心におけるそれらのアセンブリの配置、照射済み燃料の配置、制御ブレードパターンなどに関連する情報により特徴づけられていても良い。
【００１３】
本発明の方法及び装置はいくつかの利点を提供する。方法は、バンドルの複雑さ又は未照射燃料バンドルデザインの数とは関係なく、原子炉の炉心デザイン内における未照射燃料バンドルの型及び配置を判定することを可能にする。通常は１つ又は２つの未照射燃料型（すなわち、１つ又は２つのストリーム解）を利用する現在の炉心デザインとは対照的に、配置すべき所望の燃料バンドルを判定するために任意の数の又は任意の組み合わせの未照射燃料バンドルデザイン（例えば、「Ｎ個のストリーム」）を利用できる。本発明の方法及び装置によれば、安全度マージンを改善しつつ、炉心デザインの効率を向上させることができる。方法は、未照射燃料バンドルデザインのパレットの中から、基準炉心デザインで評価されるべきＮ個の候補未照射燃料バンドルを選択し、それに続いて、未照射燃料バンドル「ローディング」パターン（例えば、次の運転停止中に原子炉に未照射燃料をどのようにローディングすべきかに関するパターン）を連続して繰り返し改善することができる。
【００１４】
更に、方法及び装置は、原子炉の所望の炉心デザインを作成するために必要とされる時間の量を相当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、計算された目標関数値が０に等しくない場合、特定の炉心デザインにはまだ改善の余地があると考えられる）。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、炉心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対してより大きな動作上の融通性を提供する。更に、手動操作による反復プロセスに関して説明したような、シミュレータ入力ファイルを生成しようと試みる中で誤りをおかすという事態は全く見られなくなる。
【００１５】
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。
【００１６】
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に接続すれば良い。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炉心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、ユーザは原子炉の炉心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炉心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。
【００１７】
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。
【００１８】
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１００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トし、表示する責務を負う。
【００１９】
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。
【００２０】
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、棒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。
【００２１】
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、特定の炉心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）。
【００２２】
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炉心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。また、以前に作成され、モデル化されていた多種多様な未照射燃料バンドルデザイン（「Ｎ個のストリーム」）のパレットを含む未照射燃料デザインデータベース２５２があってもよい。
【００２３】
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炉心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と、定義された限界と最も良く一致する基準炉心デザインを生成する際に選択されて良い履歴炉心デザインを含む履歴炉心ローディングパターンデザインデータベース２５４と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）は、特定の炉心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制御ブレードの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。
【００２４】
図４は、沸騰水型原子炉を例として炉心ローディング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。図８から図１４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。
【００２５】
一般に、この方法においては、全ての限界（顧客、設計担当者又はユーザが特定の所望の炉心デザインにとって重大であると指示するどのようなものを含んでいても良い）を理解し、それを基準炉心デザインに取り入れるべきである。例えば、類似の履歴サイクルからの推定に基づいて、基準炉心デザインの初期未照射燃料型及びローディングパターンを判定しても良い。その後、基準炉心デザインについて改善の反復プロセスを実行する。各々の反復の結果が必要に応じて表示されても良く、ユーザは限界に適合したか否か及び最大エネルギー出力が得られたか否かを判定できる。反復改善プロセスの結果が満足できるものであれば、レポートが生成され、顧客に対して提供されても良い。結果が不満足である（例えば、反復プロセスが実行された後でも、受け入れ可能な炉心デザイン解が判定されなかった）場合には、設計担当者又はユーザは基準炉心デザインに対して実行されるべき修正（すなわち、追加未照射バンドルの導入などを含めた新たな未照射燃料ローディングパターン）を判定すれば良い。以下に更に詳細に説明するが、この後、反復改善プロセスは満足できる結果が得られるまで繰り返される。１つの面において、方法及び装置は、各プロセスステップで、リレーショナルデータベースサーバ２５０の１つ以上のデータベースに格納され、そこから検索される結果を迅速に見ることを可能にするＧＵＩを利用する。
【００２６】
そこで図４を参照すると、まず、基準炉心デザイン及び初期未照射燃料ローディングパター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。
【００２７】
選択されたプラントの炉心デザインのシミュレーションにおいて使用されるべき限界が定義される（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、基準炉心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（例えば出力）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（例えば、エネルギー含量）に関連していても良い。シミュレーションからの出力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。
【００２８】
図８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８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。
【００２９】
選択された原子炉に関して、初期未照射燃料ローディングパターンを伴う基準炉心デザインが生成される（ステップＳ１５）。例えば、定義された限界と最も良く一致する履歴炉心デザインを発見するために、履歴炉心ローディングパターンデザインデータベース２５４がアクセスされても良い。履歴炉心デザインは、選択された原子炉プラントに対して開発中である炉心デザインと類似する炉心の大きさ及びパワー出力定格であり、同様のサイクルエネルギーを有し、且つ同様の動作性能特性を有する場合に一致するといえるであろう。基礎として類似する履歴デザインを使用して、履歴炉心の総エネルギー含量が計算され、要求されているエネルギー含量（例えば、顧客の要求に基づく、判定された炉心デザインからの所望のエネルギー出力）との差が定義される。履歴炉心と所望のエネルギー含量とのエネルギーの差は未照射燃料アセンブリのローディングにより埋め合わせされれば良い。
【００３０】
従って、基準炉心デザインを生成するために、ユーザは基準炉心デザインに対して、開発されるべき炉心デザインのエネルギー要求条件（限界に含まれる）に最も良く適合することができる未照射燃料バンドル型を選択すべきである（ステップＳ２０）。バンドルデザインは、以前に作成され、モデル化されていた多様な未照射燃料バンドルデザイン（又はＮ個のストリーム）を提供する未照射燃料バンドルデザインデータベース２５２から選択されれば良い。
【００３１】
図９は、バンドル選択ウェブページ９００の画面図である。「Ｎストリーミング(N-Streaming)」という名称が付けられており、ユーザはモデム、キーボード、ポインタなどの適切な入力装置を使用してＧＵＩ２３０を介してページ９００を立ち上げる。複数の選択可能な未照射燃料バンドル型９０５が表示されるが、それらのバンドル型９０５は以前にモデル化されているので、それらのバンドル型９０５の性能に関連する情報をユーザは容易に利用できる。そこで、ユーザは、ボックス９１０をチェックすることにより、基準炉心デザインのローディングパターンで使用されるべき所望のバンドル型を選択すれば良い。
【００３２】
新鮮バンドル型が選択されたならば、炉心ローディング対称を考慮すべきであり、プラントの中には八分円、四分円又は半円炉心ローディング対称を要求するものがある。これは、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実行されても良い。「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。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概して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。このように、炉心は対称性及び定義された限界を考慮しつつローディングされる。
【００３３】
次に、基準炉心デザインの１つ以上の現在未照射燃料バンドルが反復改善プロセスの間に選択可能未照射燃料バンドル９０５のうちの１つ以上と置き換えられても良い（ステップＳ２５）。この選択は、各バンドルの性能特性の概要をユーザに提供するもので、ＧＵＩ２３０を介して実行されても良い。「Ｎストリーミング」（選択された未照射燃料バンドル）が定義されたならば、ステップＳ２５及びＳ３０に関して説明されるルーピングが開始され、それにより、未照射燃料バンドルの置き換え及び解析の系統的プロセスが実行される。
【００３４】
最も外側のレベル（「外ループ」）で、現在基準炉心デザインにおける各々の未照射燃料場所が順次検査される。「検査される」とは、原子炉の炉心動作が各々の特定のローディングパターンによって基準炉心デザインに対してシミュレートされ（ステップＳ３０）、炉心デザインのエネルギー要求条件（限界に含まれても良い）に最も良く適合することができる基準炉心デザインが開発されるべきか否かを判定するためにバンドルの性能特性が検討されることを表している。最も内側のレベルでは、ページ９００から選択された各々の「置き換え」未照射燃料バンドル９０５が各燃料場所で検査される。このプロセスの間、基準炉心デザインの現在未照射燃料バンドルは新たな「Ｎストリーミング」未照射燃料バンドル９０５の各々と置き換えられる。
【００３５】
複数のシミュレーション結果、又は出力を生成するために、選択された未照射燃料バンドルの１つ以上を含む基準炉心デザインについて炉心動作がシミュレートされても良い（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する。
【００３６】
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。置き換えとシミュレーションの反復ステップは、各々の燃料場所の全ての選択された未照射燃料バンドルが挿入され且つ各「派生」基準炉心デザインがシミュレートされ終わるまで（例えば、ステップＳ３５の出力がＹＥＳである）繰り返される（ステップＳ３５の出力がＮＯ）。従って、各々の未照射燃料場所への全ての選択された未照射燃料バンドル９０５の置き換えは、内ループ及び外ループが励起されるときに完了する。
【００３７】
以上説明した反復改善プロセスは、ユーザが炉心デザインを微調整することを可能にし、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実行できていたより更に多くのエネルギーを受け入れ可能炉心デザインから取り出すことを可能にするという意味で有益である。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４で説明したような反復改善プロセスは、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従来の手動操作による反復プロセスを使用する場合の数週間と比較して、極めて短い期間内で実行できるであろう。
【００３８】
シミュレーションからの出力は限界に基づいてランク付けされる（ステップＳ４０）。ユーザは、希望に応じて各々の出力に関連するデータを表示しても良い。これにより、ユーザは、何らかの改善があったか否かを判定するために基準炉心デザインとの比較を実行することができる。改善は、例えば、定義された限界を越えないこと、又はいくつかのエネルギー要求条件に適合することとして定義されても良い。
【００３９】
最高ランクの出力が改善である（ステップＳ５０の出力がＹＥＳである）場合、その最高ランクの出力に対応する炉心デザインが新たな基準炉心デザインとして設定され（ステップＳ７０）、結果はシミュレータ結果データベース２５５などのリレーショナルデータベースサーバ２５０に格納される（ステップＳ８０）。これで反復改善プロセスの１回の反復が完了する。ステップＳ２５、Ｓ２７、Ｓ３０、Ｓ４０及びＳ５０が繰り返され（例えば、Ｎ回の反復）、それぞれの「改善」が後続する反復の新たな基準炉心デザインになる。定義された限界はＮ回の反復の各々において基準炉心デザインに適用可能である。所定の反復に関して、最高ランクの出力に改善がなければ、反復プロセスは完了し、その時点で最高ランクのデザインである基準炉心デザインに関連するデータがユーザにより表示、解釈される（ステップＳ６０）。データは、シミュレートされた炉心のどの場所が限界違反の最大の違反原因又は最大の寄与原因であるかを示す標識をユーザに更に提供しても良い。ステップＳ６０で、修正サブルーチン（ステップＳ９０）を開始することを促される。これは、通常は上記の反復改善プロセスがユーザにとって受け入れ可能である炉心デザインを判定できなかった場合に限り要求されるオプションのステップである。修正サブルーチンに関しては以下に更に詳細に説明する。
【００４０】
図５は、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である。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。まず、炉心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、炉心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。
【００４１】
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、試験棒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。
【００４２】
図６は、図４のランク付けステップを更に詳細に示す流れ図である。出力をランク付けする場合、シミュレートされた炉心デザインが限界又は制約にどれほど密接に適合するかを比較するために、目標関数が計算される。目標関数は、制約又は限界を取り入れ、炉心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、例えば、炉心設計担当者、技術者又はプラント管理者などであるユーザは、ある特定のデザインがユーザの限界要求に適合するか（すなわち、最大サイクルエネルギー要求に適合するか）否かを判定することが可能である。
【００４３】
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）。
【００４４】
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。
【００４５】
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棒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。
【００４６】
OBJpar = MULTpar*(RESULTpar - CONSpar)    （１）
式中、「par」は図８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）
【００４７】
数式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、炉心は識別された照射線量ステップでのみ修正される。
【００４８】
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、炉心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。
【００４９】
目標関数値は炉心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、炉心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。
【００５０】
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炉心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、炉心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。
【００５１】
目標関数の計算が完了すると、評価される炉心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１０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。このデータは希望に応じてそれぞれの反復の後にユーザにより表示されても良い。図１０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１０は、例えば、チェックされたボックス１００５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(Contribution)及び百分率（％）寄与(％Contribution)（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炉心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。
【００５２】
あるいは、個別の炉心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３つのカテゴリ、すなわち、エネルギーに有益な移動、エネルギーに不利益な移動及び（熱源界からの）過剰マージンの追加エネルギーへの変換の３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。炉心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。
【００５３】
エネルギーに有益な移動
臨界パワー比（Critical Power Ratio、ＣＰＲ）マージンが炉心周囲に向かって低すぎる場合、より反応性の高い燃料を炉心中心に向かって移動させる
サイクル終了（ＥＯＣ）時にＮＥＸＲＡＴ（Nodal Exposure Ratio（節点照射線量比）、熱マージン制約）問題がある場合、より反応性の高い（例えば、照射のより少ない）燃料を問題の場所へ移動させる
サイクル開始（ＢＯＣ）時に炉心の周囲に運転停止マージン（ShutDown MarginＳＤＭ）問題がある場合、より反応性の低い燃料を周囲に向かって配置する
エネルギーに不利益な移動
ＥＯＣ時にＣＰＲマージンが低すぎる場合、より反応性の低い燃料を問題の場所へ移動させる
ＥＯＣ時にｋＷ／ｆｔマージンが低すぎる場合、より反応性の低い燃料を問題の場所へ移動させる
過剰マージンの追加エネルギーへの変換
ＥＯＣ時に炉心の中心に余分なＣＰＲマージンがある場合、より反応性の高い燃料を周囲の場所から炉心中心へ移動させる
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。
【００５４】
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１０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。
【００５５】
【表１】
2005010140.tif 000003
【００５６】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明に従ってユーザが利用可能である図表画面を示す。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。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(Exposure)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、違反は概して図１１Ａの１１３０及び１１３５で示されている。
【００５７】
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、ユーザは炉心デザインがどこで修正を必要としているかを知ることができる。
【００５８】
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の一実施例に従った修正サブルーチン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思う（ステップＳ９０）。そのような場合、実際に、元来の基準炉心デザインは受け入れ可能なデザインではなく、違反されるべきでないいくつかの限界が反復ごとに依然として違反されている場合のように、反復改善プロセスがユーザに受け入れられる炉心デザインを提供できなかったならば、修正サブルーチンが要求されるであろう。
【００５９】
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、何回かの炉心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。
【００６０】
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Ｓ９１）。限界の違反がなければ、ユーザが、炉心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ように燃料を移動させる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。燃料サイクルに対して使用されるべき炉心デザインに関して最小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、エネルギー要求に適合したと示されても良い。炉心デザインから最大エネルギーが得られたとの指示があった（ステップＳ９２の出力がＹＥＳである）場合、受け入れ可能な炉心デザインが判定されたことになり、ユーザはその炉心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Ｓ９３）。
【００６１】
限界が違反された（ステップＳ９１の出力がＹＥＳである）か、又は限界の違反はないが、炉心デザインから最大エネルギーが得られなかったという指示がある（ステップＳ９２の出力がＮＯである）場合には、ユーザは、現在基準炉心デザインに対して未照射燃料ローディングパターン修正を実行すべきかを判定する（ステップＳ９４）。これは、ユーザが個別の炉心修正を実行するか、あるいは、例えば、プルダウンメニューをアクセスすることにより、先に説明したシステム提供手続き勧告（エネルギーに有益な移動、エネルギーに不利益な移動及び（熱源界からの）過剰マージンを追加エネルギーに変換すること）を使用する場合である。更に、炉心デザイン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、これは異なる未照射燃料ローディングパターンを伴う代替炉心デザイン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。
【００６２】
未照射燃料ローディングパターンの修正を実行するとき、先に挙げた勧告に基づいて、ユーザはＧＵＩを介して未照射バンドルローディングを変更すれば良い。例えば、適切な入力装置及びＧＵＩ２３０を使用して、設計担当者は移動させるべき基準炉心デザイン中の可能な未照射燃料バンドルのバンドル対称性オプションを識別し、「目標」未照射燃料バンドルと、その目標バンドルを移動させるべき目的場所を選択する。その後、識別された目標バンドルは要求される対称性（鏡像、回転など）に従って「シャッフル」される。このプロセスは、所望のように炉心基準パターンを再ローディングするために要求される未照射バンドルシャッフルごとに繰り返される。
【００６３】
図１２は、本発明の一実施例に従った修正ステップを更に詳細に示す画面図である。図１２は、基準炉心デザインに対して迅速なデザイン修正を実行するようにユーザが利用可能な機能性を示す。ユーザは燃料シャッフリング(Fuel Shuffle)ページ１２０５を選択し、基準炉心デザインの一部の画面１２１５を表示するために「バンドルシャッフル(Bundle Shuffle)」タスクバー１２１０を選択すれば良い。図１２において、１２２０で示される未照射燃料バンドルは１つの未照射燃料バンドル型（ＩＡＴ型１１）から別の型（ＩＡＴ型１２）へ変更されつつある。炉心デザインの１つの未照射燃料バンドル、照射済み燃料バンドルを選択し、「ＳＷＡＰ」ボタン１２３０を選択することにより、照射済みバンドルを未照射燃料バンドルと交換しても良い（図７ＡのステップＳ９４）。各々の燃料バンドルの様々な照射線量（ＧＷＤ／ｓｔ）を示すために、画面１２１５に示されている基準炉心の部分はカラーコード化されても良い。そのようなカラーコード化のキーは、例えば、１２２７に指示するように表示されても良い。図１２の項目の選択は、周知のように、マウス、キーボード、タッチスクリーンなどの適切な入力装置を使用して実行されても良い。
【００６４】
それらの基準炉心デザイン修正は、例えば、３Ｄシミュレータ入力パラメータデータベース２５９などのリレーショナルデータベース２５０にセーブされても良い。ユーザはデザイン修正を取り入れつつステップＳ３０からＳ５０を繰り返す（ステップＳ９５）。その結果得られる最高ランクの出力は新たな基準炉心デザインを確定し、そこから図４の反復改善プロセスが繰り返されれば良い。言い換えれば、派生炉心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Ｓ９５）。これは先に説明したように反復プロセスになるであろう。
【００６５】
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ステップＳ９５の修正サブルーチンからの派生炉心デザインごとに、ユーザは、ランク付けステップＳ４０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炉心デザインを開発したことになり、受け入れ可能な炉心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Ｓ１９３）。
【００６６】
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Ｓ９０の修正サブルーチンが繰り返し反復される（ステップＳ１９０）。この反復プロセスは、ユーザが炉心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炉心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。
【００６７】
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基準炉心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４、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炉心デザインに対して、原子炉の炉心で使用されるべき最適の炉心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４、図７Ａ及び図７Ｂのステップを繰り返す。
【００６８】
図１３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、プラント及び基準炉心パターンを選択した後、ユーザは最適化構成画面(Optimization Configuration)１３０５を表示しても良い。ユーザは、例えば、燃料ローディング最適化(Optimized Fuel Loading)、棒パターン最適化(Optimize Rod Pattern)、炉心流量最適化(Optimize Core Flow)、シーケンス間隔最適化(Optimize Sequence Intervals)及びバンドル選択最適化(Optimize Bundle selection)の最適化パラメータ１３４０を選択しても良い。
【００６９】
バンドル選択最適化は、基準炉心デザインの中で未照射バンドル型を最適に判定することを意味している。最適化の結果、各未照射燃料場所はいくつかの未照射バンドル型のうちの１つ（例えば、図１２に示すようなＩＡＴ型）を含むことになるであろう。これらの型は、先に説明したように、制約を満足させつつエネルギーを最大にするように選択されれば良い。棒パターン最適化は、制御ブレード（ＰＷＲの場合は制御棒）の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。
【００７０】
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１３４２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１３４２にチェックマークが現れる。その選択ボックス１３４２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。例えば、最適化を実行するためには、ユーザは、図１３に示すように、燃料ローディング最適化及びバンドル選択最適化のボックス１３４２を選択すれば良いであろう。
【００７１】
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。
【００７２】
図１４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リストアップ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１４５０は関連する１つの設計値１４５２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際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１４５０と関連する選択ボックス１４５４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、選択された最適化制約１４５０の選択ボックス１４５４にチェックマークが現れる。選択ボックス１４５４を再度クリックすると、最適化制約の選択は解除される。
【００７３】
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１４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１４の実施例により、ユーザは最適化制約１３５０ごとの重要度１４５６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１４５８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。
【００７４】
上記の選択が完了したならば、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。
【００７５】
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、特願2003-325370号に開示されている。
【００７６】
目標関数を使用する最適化
図１５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、特願2003-325370号に開示されている。
【００７７】
説明の便宜上、図１５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Ｓ１５１０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Ｓ１５１２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原子炉内部における未照射燃料バンドル及び照射済み燃料バンドルを判定すること、及び／又は特定の原子炉プラントの次の燃料サイクルに関する初期未照射燃料ローディングパターンを伴う炉心デザイ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、棒グループ（シーケンス）の選択及びサイクル中の時間の関数としての制御棒位置の配置、原子炉冷却剤入口圧力なども考えられるであろう。
【００７８】
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。
【００７９】
次に、ステップＳ１５１４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Ｓ１５１６で、計算プロセッサ４００は、ステップＳ１５１４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Ｓ１５１８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Ｓ１５１２に戻る。ステップＳ１５１２、Ｓ１５１６及びＳ１５１８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棒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Ｓ９３／Ｓ１９３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。
【００８０】
この方法及び装置はいくつかの利点を提供する。先に説明したように、１つのデザインの中における独自の未照射燃料バンドルの数はストリームの数を表す。従って、単一ストリームデザインは１つのカスタム化バンドルを利用し、２ストリームデザインは２つのカスタム化バンドルを利用し、それ以降も同様である。先に説明したように、可能なストリームの数をＮ個のストリームに増加させることは、燃料サイクルのコストと安全度のマージンを改善することに相関する。カスタム化が大きいほど、最高の炉心効率を維持すると同時に、設計担当者が局所的な問題に対処する能力も大きくなる。
【００８１】
従って、本発明によれば、ユーザは、１つの炉心デザイン解の中で１つ又はいくつかの未照射燃料バンドルを摂動させることにより、１つの燃料サイクルに対して炉心デザインにおける特定の「問題」場所に目標を定めることができる。例えば、運転停止マージンの問題を「矯正」するときには、単純に問題場所の未照射燃料バンドルをよりガドリニウムの含有量が多い未照射燃料バンドルと交換するだけで良いであろう。「矯正」するとは、炉心における制限のある場所がある制約限界に対する何らかのレベルのマージンによってひ制限的にされることを示唆している。例えば、ＭＦＬＰＤ問題を矯正するときには、軸方向パワープロファイルを局所的にシフトさせるために、問題の場所を軸方向ゾーニング変更を含む未照射燃料バンドルによって標的にすれば良いであろう。
【００８２】
特定の問題場所を標的とし、矯正することにより、サイクルエネルギーを目標とする炉心デザインへの全体的変更を実行できるであろう（例えば、新たな未照射燃料ローディングパターン）。そのような全体的変更の大きさは、新たな局所的問題が発生するようなものである場合もある。そこで、本発明の方法及び装置を使用して、局所的変更と全体的変更のプロセスを繰り返すことができる。局所的／全体的変更が繰り返されるたびに、更に多くの数の局所的問題場所が発生して、デザインはエネルギー改善に向かって「推し進められて」行く。それ以上の局所的変更が不可能になった時点で、炉心デザイン解は完成する。
【００８３】
本発明の技術的効果は、原子炉の炉心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、並びに次に予定されている運転停止時に原子炉の炉心にローディングされるべき未照射燃料アセンブリの指定ローディングパターンによって原子炉の炉心デザインを迅速に開発し、シミュレートし、修正し、完成する能力を内部ユーザ及び外部ユーザに与えるコンピュータベース方法である。
【００８４】
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。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】
【００８５】
【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のランク付けステップを更に詳細に示すフローチャート。
【図７】本発明の一実施例に従った受け入れ炉心デザインの修正を示すフローチャート。
【図８】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１５】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】
【００８６】
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、２５２…未照射燃料バンドルデザインデータベース、２５３…待ち行列データベース、２５４…履歴炉心ローディングパターンデザインデータベース、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】
2005010140.tif 000004
【図２】
2005010140.tif 000005
【図３】
2005010140.tif 000006
【図４】
2005010140.tif 000007
【図５】
2005010140.tif 000008
【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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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年2月10日(2004.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図６は、図４のランク付けステップを更に詳細に示す流れ図である。各々の燃料場所でのすべての選択された燃料バンドルがシミュレートされると（Ｓ３５）、ステップＳ４０で出力のランク付けが行われる。出力をランク付けする場合、シミュレートされた炉心デザインが限界又は制約にどれほど密接に適合するかを比較するために、目標関数が計算される。目標関数は、制約又は限界を取り入れ、炉心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、例えば、炉心設計担当者、技術者又はプラント管理者などであるユーザは、ある特定のデザインがユーザの限界要求に適合するか（すなわち、最大サイクルエネルギー要求に適合するか）否かを判定することが可能である。
【外国語明細書】
2005010140000001.pdf