特許 6366243 核燃料の軸方向出力分布の解析装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6366243

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】核燃料の軸方向出力分布の解析装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   G21C 17/108 20060101AFI20180723BHJP

   G21C 17/00 20060101ALI20180723BHJP

【ＦＩ】

   G21C17/10 G

   G21C17/00 S

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-185321(P2013-185321)

(22)【出願日】2013年9月6日

(65)【公開番号】特開2015-52518(P2015-52518A)

(43)【公開日】2015年3月19日

【審査請求日】2016年8月10日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小池 啓基

(72)【発明者】

【氏名】桐村 一生

(72)【発明者】

【氏名】小坂 進矢

(72)【発明者】

【氏名】松本 英樹

【審査官】 道祖土 新吾

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５７−０５０６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６２３６６９８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開平１１−２６４８８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ２１Ｃ １７／１０８

Ｇ２１Ｃ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の燃料棒が複数のグリッドにより格子状に束ねられて構成された核燃料における軸方向出力分布を解析する核燃料の軸方向出力分布の解析装置において、
前記核燃料の出力実測値に基づいた前記核燃料の軸方向詳細出力分布と前記グリッドを均質化して作成した前記核燃料の軸方向ホモ出力分布に基づいて前記グリッドに対応した複数の歪みデータを切り出して規格化する歪みデータ規格化部と、
前記規格化された複数の歪みデータに基づいて前記複数のグリッドごとのグリッド歪み形状表現の係数データを算出する係数データ算出部と、
前記グリッドを均質化して作成した前記核燃料の軸方向ホモ出力分布と前記複数のグリッドごとの係数データに基づいて前記核燃料の軸方向出力分布を算出する軸方向出力分布算出部と、
を有し、
前記歪みデータ規格化部は、前記核燃料の出力実測値に基づいた前記核燃料の軸方向詳細出力分布を作成する軸方向詳細出力分布作成部と、前記グリッドを均質化して前記核燃料の軸方向ホモ出力分布を作成する軸方向ホモ出力分布作成部と、前記軸方向詳細出力分布と前記軸方向ホモ出力分布に基づいて規格化された軸方向出力分布から複数の歪みデータを切り出して集約する歪みデータ規格化集約部とを有し、
前記歪みデータ規格化集約部は、前記軸方向ホモ出力分布を前記軸方向詳細出力分布により補正することで軸方向補正ホモ出力分布を作成し、前記軸方向詳細出力分布と前記軸方向補正ホモ出力分布に基づいて規格化された軸方向出力分布から複数の歪みデータを切り出して集約する、
ことを特徴とする核燃料の軸方向出力分布の解析装置。

【請求項2】

複数の燃料棒が複数のグリッドにより格子状に束ねられて構成された核燃料における軸方向出力分布を解析する核燃料の軸方向出力分布の解析装置において、
前記核燃料の出力実測値に基づいた前記核燃料の軸方向詳細出力分布と前記グリッドを均質化して作成した前記核燃料の軸方向ホモ出力分布に基づいて前記グリッドに対応した複数の歪みデータを切り出して規格化する歪みデータ規格化部と、
前記規格化された複数の歪みデータに基づいて前記複数のグリッドごとのグリッド歪み形状表現の係数データを算出する係数データ算出部と、
前記グリッドを均質化して作成した前記核燃料の軸方向ホモ出力分布と前記複数のグリッドごとの係数データに基づいて前記核燃料の軸方向出力分布を算出する軸方向出力分布算出部と、
を有し、
前記係数データ算出部は、所定のフォームファンクション基本式を用いて前記規格化された燃料タイプ別の全ての歪みデータを一括でフィッティングしてグリッド歪み基本形状を表現するための第１係数データを算出する第１係数データ算出部と、所定のフォームファンクション基本式を用いて前記規格化された歪みデータから前記グリッドの位置ごとのグリッド歪み深さ形状を表現するための第２係数データを算出する第２係数データ算出部と、を有する、
ことを特徴とする核燃料の軸方向出力分布の解析装置。

【請求項3】

前記第２係数データ算出部は、前記第１係数データを固定した状態で前記規格化された歪みデータにおける前記グリッドの位置の歪みの深さを用いて前記第２係数データを算出することを特徴とする請求項２に記載の核燃料の軸方向出力分布の解析装置。

【請求項4】

複数の燃料棒が複数のグリッドにより格子状に束ねられて構成された核燃料における軸方向出力分布を解析する核燃料の軸方向出力分布の解析方法において、
前記核燃料の出力実測値に基づいた前記核燃料の軸方向詳細出力分布と前記グリッドを均質化して作成した前記核燃料の軸方向ホモ出力分布に基づいて前記グリッドに対応した複数の歪みデータを切り出して規格化するステップと、
前記規格化された複数の歪みデータに基づいて前記複数のグリッドごとのグリッド歪み形状表現の係数データを算出するステップと、
前記グリッドを均質化して作成した前記核燃料の軸方向ホモ出力分布と前記複数のグリッドごとの係数データに基づいて前記核燃料の軸方向出力分布を算出するステップと、
を有し、
前記核燃料の出力実測値に基づいた前記核燃料の軸方向詳細出力分布を作成し、前記グリッドを均質化して前記核燃料の軸方向ホモ出力分布を作成し、前記軸方向詳細出力分布と前記軸方向ホモ出力分布に基づいて規格化された軸方向出力分布から複数の歪みデータを切り出して集約し、
前記軸方向ホモ出力分布を前記軸方向詳細出力分布により補正することで軸方向補正ホモ出力分布を作成し、前記軸方向詳細出力分布と前記軸方向補正ホモ出力分布に基づいて規格化された軸方向出力分布から複数の歪みデータを切り出して集約する、
ことを特徴とする核燃料の軸方向出力分布の解析方法。

【請求項5】

複数の燃料棒が複数のグリッドにより格子状に束ねられて構成された核燃料における軸方向出力分布を解析する核燃料の軸方向出力分布の解析方法において、
前記核燃料の出力実測値に基づいた前記核燃料の軸方向詳細出力分布と前記グリッドを均質化して作成した前記核燃料の軸方向ホモ出力分布に基づいて前記グリッドに対応した複数の歪みデータを切り出して規格化するステップと、
前記規格化された複数の歪みデータに基づいて前記複数のグリッドごとのグリッド歪み形状表現の係数データを算出するステップと、
前記グリッドを均質化して作成した前記核燃料の軸方向ホモ出力分布と前記複数のグリッドごとの係数データに基づいて前記核燃料の軸方向出力分布を算出するステップと、
を有し、
所定のフォームファンクション基本式を用いて前記規格化された燃料タイプ別の全ての歪みデータを一括でフィッティングしてグリッド歪み基本形状を表現するための第１係数データを算出し、所定のフォームファンクション基本式を用いて前記規格化された歪みデータから前記グリッドの位置ごとのグリッド歪み深さ形状を表現するための第２係数データを算出する、
ことを特徴とする核燃料の軸方向出力分布の解析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炉心内の核特性を評価する炉心解析プログラムにおいて、核燃料の軸方向出力分布を解析する核燃料の軸方向出力分布の解析装置及び方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、炉心内の核特性を評価する方法として、炉心内の中性子束分布及び集合体内の燃料棒出力分布を計算する原子炉の炉心性能計算方法が知られており、例えば、下記特許文献１に記載されている。また、炉心の運転条件に応じた核定数を簡単に計算することができ、計算した核定数を用いて炉心内の核特性を精度良く評価することができる炉心解析プログラムとして、例えば、下記特許文献２に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０８−０７５８９１号公報

【特許文献2】特開２０１１−２３７２２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、燃料集合体は、複数の燃料ペレットと、各燃料ペレットを覆う複数の被覆管と、複数の被覆管を束ねるグリッド（支持格子）とで構成されている。従来、核燃料の軸方向出力分布の解析を行う場合、燃料集合体のグリッドを減速材領域に均質化する取り扱いとしている。そのため、炉心内における燃料集合体の３次元出力分布を算出するとき、グリッドによる局所的な出力歪みの効果を考慮することができない。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決するものであり、グリッドによる局所的な出力歪みの効果を考慮することで高精度に核燃料の軸方向出力分布を求めることができる核燃料の軸方向出力分布の解析装置及び方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するための本発明の核燃料の軸方向出力分布の解析装置は、複数の燃料棒が複数のグリッドにより格子状に束ねられて構成された核燃料における軸方向出力分布を解析する核燃料の軸方向出力分布の解析装置において、前記核燃料の出力実測値に基づいた前記核燃料の軸方向詳細出力分布と前記グリッドを均質化して作成した前記核燃料の軸方向ホモ出力分布に基づいて前記グリッドに対応した複数の歪みデータを切り出して規格化する歪みデータ規格化部と、前記規格化された複数の歪みデータに基づいて前記複数のグリッドごとのグリッド歪み形状表現の係数データを算出する係数データ算出部と、前記グリッドを均質化して作成した前記核燃料の軸方向ホモ出力分布と前記複数のグリッドごとの係数データに基づいて前記核燃料の軸方向出力分布を算出する軸方向出力分布算出部と、を有することを特徴とするものである。

【0007】

従って、核燃料の出力実測値に基づいた軸方向詳細出力分布と軸方向ホモ出力分布に基づいて複数の歪みデータを規格化し、複数の歪みデータに基づいてグリッド歪み形状表現の係数データを算出し、軸方向ホモ出力分布と係数データとから核燃料の軸方向出力分布を算出する。そのため、グリッドの影響を考慮した核燃料の軸方向出力分布を得ることができ、高精度な核燃料の軸方向出力分布を求めることができる。

【0008】

本発明の核燃料の軸方向出力分布の解析装置では、前記歪みデータ規格化部は、前記核燃料の出力実測値に基づいた前記核燃料の軸方向詳細出力分布を作成する軸方向詳細出力分布作成部と、前記グリッドを均質化して前記核燃料の軸方向ホモ出力分布を作成する軸方向ホモ出力分布作成部と、前記軸方向詳細出力分布と前記軸方向ホモ出力分布に基づいて規格化された軸方向出力分布から複数の歪みデータを切り出して集約する歪みデータ規格化集約部とを有することを特徴としている。

【0009】

従って、グリッドの影響を考慮した核燃料の軸方向出力分布を容易に得ることができる。

【0010】

本発明の核燃料の軸方向出力分布の解析装置では、前記歪みデータ規格化集約部は、前記軸方向ホモ出力分布を前記軸方向詳細出力分布により補正することで軸方向補正ホモ出力分布を作成し、前記軸方向詳細出力分布と前記軸方向補正ホモ出力分布に基づいて規格化された軸方向出力分布から複数の歪みデータを切り出して集約することを特徴としている。

【0011】

従って、軸方向ホモ出力分布を実測値に基づいて補正することで、高精度な軸方向補正ホモ出力分布を作成することができる。

【0012】

本発明の核燃料の軸方向出力分布の解析装置では、前記係数データ算出部は、所定のフォームファンクション基本式を用いて前記規格化された全ての歪みデータを一括でフィッティングしてグリッド歪み基本形状を表現するための第１係数データを算出する第１係数データ算出部と、所定のフォームファンクション基本式を用いて前記規格化された歪みデータを前記グリッドの位置ごとのグリッド歪み深さ形状を表現するための第２係数データを算出する第２係数データ算出部と、を有することを特徴としている。

【0013】

従って、グリッド歪み基本形状を表現するための第１係数データと、グリッド歪み深さ形状を表現するための第２係数データを算出することで、グリッドの影響を考慮した核燃料の軸方向出力分布を容易に得ることができる。

【0014】

本発明の核燃料の軸方向出力分布の解析装置では、前記第２係数データ算出部は、前記第１係数データを固定した状態で前記規格化された歪みデータにおける前記グリッドの位置の歪みの深さを用いて前記第２係数データを算出することを特徴としている。

【0015】

従って、高精度な第２係数データを算出することができる。

【0016】

また、本発明の核燃料の軸方向出力分布の解析方法は、複数の燃料棒が複数のグリッドにより格子状に束ねられて構成された核燃料における軸方向出力分布を解析する核燃料の軸方向出力分布の解析方法において、前記核燃料の出力実測値に基づいた前記核燃料の軸方向詳細出力分布と前記グリッドを均質化して作成した前記核燃料の軸方向ホモ出力分布に基づいて前記グリッドに対応した複数の歪みデータを切り出して規格化するステップと、前記規格化された複数の歪みデータに基づいて前記複数のグリッドごとのグリッド歪み形状表現の係数データを算出するステップと、前記グリッドを均質化して作成した前記核燃料の軸方向ホモ出力分布と前記複数のグリッドごとの係数データに基づいて前記核燃料の軸方向出力分布を算出するステップと、を有することを特徴とするものである。

【0017】

従って、グリッドの影響を考慮した核燃料の軸方向出力分布を得ることができ、高精度な核燃料の軸方向出力分布を求めることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明の核燃料の軸方向出力分布の解析装置及び方法によれば、核燃料の出力実測値に基づいた軸方向詳細出力分布と軸方向ホモ出力分布に基づいて複数の歪みデータを規格化し、複数の歪みデータに基づいてグリッド歪み形状表現の係数データを算出し、軸方向ホモ出力分布と係数データとから核燃料の軸方向出力分布を算出するので、グリッドによる局所的な出力歪みの効果を考慮することで高精度に核燃料の軸方向出力分布を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、本実施形態の核燃料の軸方向出力分布の解析装置を表す概略構成図である。

【図2】図２は、グリッド歪みデータの作成処理を表すフローチャートである。

【図3】図３は、係数データの算出処理を表すフローチャートである。

【図4】図４は、核燃料の軸方向出力分布の算出処理を表すフローチャートである。

【図5】図５は、炉心高さに対する相対出力を表すグラフである。

【図6】図６は、加圧水型原子炉を表す縦断面図である。

【図7】図７は、燃料集合体を表す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に添付図面を参照して、本発明に係る核燃料の軸方向出力分布の解析装置及び方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

【0021】

図６は、加圧水型原子炉を表す縦断面図、図７は、燃料集合体を表す概略図である。

【0022】

本実施形態の原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させる加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。そして、この加圧水型原子炉を有する原子力プラントは、原子炉で生成した蒸気をタービン発電機へ送って発電することができる。

【0023】

この加圧水型原子炉１０において、図６に示すように、原子炉容器１１は、その内部に炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体１２とその上部に装着される原子炉容器蓋（上鏡）１３により構成されており、この原子炉容器本体１２に対して原子炉容器蓋１３が複数のスタッドボルト１４及びナット１５により開閉可能に固定されている。

【0024】

この原子炉容器本体１２は、原子炉容器蓋１３を取り外すことで上部が開口可能であり、下部が半球形状をなす下鏡１６により閉塞された円筒形状をなしている。そして、原子炉容器本体１２は、上部に一次冷却水としての軽水（冷却材）を供給する入口ノズル（入口管台）１７と、軽水を排出する出口ノズル（出口管台）１８が形成されている。また、原子炉容器本体１２は、２ループのプラントの場合、入口ノズル１７及び出口ノズル１８とは別に、図示しない注水ノズル（注水管台）が形成されている。

【0025】

原子炉容器本体１２は、内部にて、入口ノズル１７及び出口ノズル１８より上方に上部炉心支持板１９が固定される一方、下方の下鏡１６の近傍に位置して下部炉心支持板２０が固定されている。この上部炉心支持板１９及び下部炉心支持板２０は、円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成されている。そして、上部炉心支持板１９は、複数の炉心支持ロッド２１を介して下方に図示しない多数の連通孔が形成された上部炉心板２２が連結されている。

【0026】

原子炉容器本体１２は、内部に円筒形状をなす炉心槽２３が内壁面と所定の隙間をもって配置されており、この炉心槽２３は、上部が上部炉心板２２に連結され、下部に円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成された下部炉心板２４が連結されている。そして、この下部炉心板２４は、下部炉心支持板２０に支持されている。即ち、炉心槽２３は、原子炉容器本体１２の下部炉心支持板２０に吊り下げ支持されることとなる。

【0027】

炉心２５は、上部炉心板２２と炉心槽２３と下部炉心板２４により形成されており、この炉心２５は、内部に多数の燃料集合体２６が配置されている。この燃料集合体２６は、後述する多数の燃料棒が束ねられて構成されている。また、炉心２５は、内部に多数の制御棒２７が配置されている。この多数の制御棒２７は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ２８となり、燃料集合体２６内に挿入可能となっている。上部炉心支持板１９は、この上部炉心支持板１９を貫通して多数の制御棒クラスタ案内管２９が固定されており、各制御棒クラスタ案内管２９は、下端部が燃料集合体２６内の制御棒クラスタ２８まで延出されている。

【0028】

原子炉容器１１を構成する原子炉容器蓋１３は、上部が半球形状をなして磁気式ジャッキの制御棒駆動装置３０が設けられており、原子炉容器蓋１３と一体をなすハウジング３１内に収容されている。多数の制御棒クラスタ案内管２９は、上端部が制御棒駆動装置３０まで延出され、この制御棒駆動装置３０から延出されて制御棒クラスタ駆動軸３２が、制御棒クラスタ案内管２９内を通って燃料集合体２６まで延出され、制御棒クラスタ２８を把持可能となっている。

【0029】

この制御棒駆動装置３０は、上下方向に延設されて制御棒クラスタ２８に連結されると共に、その表面に複数の周溝を長手方向に等ピッチで配設してなる制御棒クラスタ駆動軸３２を磁気式ジャッキで上下動させることで、原子炉の出力を制御している。

【0030】

また、原子炉容器本体１２は、下鏡１６を貫通する多数の計装管台３３が設けられ、この各計装管台３３は、炉内側の上端部に炉内計装案内管３４が連結される一方、炉外側の下端部にコンジットチューブ３５が連結されている。各炉内計装案内管３４は、上端部が下部炉心支持板２０に連結されており、振動を抑制するための上下の連接板３６，３７が取付けられている。シンブルチューブ３８は、中性子束を計測可能な中性子束検出器（図示略）が装着されており、コンジットチューブ３５から計装管台３３及び炉内計装案内管３４を通り、下部炉心板２４を貫通して燃料集合体２６まで挿入可能となっている。

【0031】

従って、制御棒駆動装置３０により制御棒クラスタ駆動軸３２を移動して燃料集合体２６から制御棒２７を所定量引き抜くことで、炉心２５内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギにより原子炉容器１１内に充填された軽水が加熱され、高温の軽水が出口ノズル１８から排出され、蒸気発生器に送られる。即ち、燃料集合体２６を構成する原子燃料が核分裂することで中性子を放出し、減速材及び一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギを低下させて熱中性子とし、新たな核分裂を起こしやすくすると共に、発生した熱を奪って冷却する。一方、制御棒２７を燃料集合体２６に挿入することで、炉心２５内で生成される中性子数を調整し、また、制御棒２７を燃料集合体２６に全て挿入することで、原子炉を緊急に停止することができる。

【0032】

また、原子炉容器１１は、炉心２５に対して、その上方に出口ノズル１８に連通する上部プレナム３９が形成されると共に、下方に下部プレナム４０が形成されている。そして、原子炉容器１１と炉心槽２３との間に入口ノズル１７及び下部プレナム４０に連通するダウンカマー部４１が形成されている。従って、軽水は、入口ノズル１７から原子炉容器本体１２内に流入し、ダウンカマー部４１を下向きに流れ落ちて下部プレナム４０に至り、この下部プレナム４０の球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心支持板２０及び下部炉心板２４を通過した後、炉心２５に流入する。この炉心２５に流入した軽水は、炉心２５を構成する燃料集合体２６から発生する熱エネルギを吸収することで、この燃料集合体２６を冷却する一方、高温となって上部炉心板２２を通過して上部プレナム３９まで上昇し、出口ノズル１８を通って排出される。

【0033】

そして、燃料集合体２６は、図７に示すように、複数の燃料棒５１が複数のグリッド（支持格子）５２により格子状に束ねられて構成され、上端部に上部ノズル５３が固定される一方、下端部に下部ノズル５４が固定されている。また、燃料集合体２６は、図示しないが、複数の燃料棒５１に対して、制御棒２７が挿入される複数の制御棒案内シンブルと、炉内計装用検出器が挿入される炉内計装用案内シンブルとが設けられている。そして、複数の制御棒２７は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ２８となる。

【0034】

本実施形態の核燃料の軸方向出力分布の解析装置及び方法は、炉心内の中性子束分布を解析するための炉心解析プログラムで使用されるものであり、炉心内の核反応を媒介する中性子の分布や挙動を予測、評価するときに用いられる。そして、この炉心解析プログラムによって得られた解析結果に基づいて炉心設計が行われる。

【0035】

この炉心解析プログラムは、ハードウェア上において実行可能なプログラムであり、炉心に装荷される燃料集合体（核燃料）２６の核定数を算出する核定数計算コードと、算出された核定数に基づいて炉心２５内の核特性を算出する炉心計算コードとを有している。

【0036】

核定数計算コードは、燃料集合体２６を長手方向に直交する面で切った断面となる四角形の幾何形状を２次元の解析対象領域としており、この解析対象領域における核定数を算出可能なコードとなっている。なお、核定数は、炉心計算に用いられる入力データとなっており、核定数としては、拡散係数、吸収断面積、除去断面積および生成断面積などがある。つまり、核定数計算コードを用いて核定数計算を行うことにより、炉心計算用の入力データである核定数を生成している。

【0037】

炉心計算コードは、複数の燃料ノードに、算出された核定数をそれぞれ設定して炉心計算を行うことにより、臨界ホウ素濃度、出力分布、反応度係数等の炉心内の核特性を評価可能なコードとなっている。燃料ノードは、炉心２５を複数に分割した直方体形状の小体積である。

【0038】

炉心解析プログラムをハードウェア上において実行させると、ハードウェアは、核定数計算コードを用いて、燃料集合体２６の解析対象領域における核定数を算出し、炉心計算コードを用いて、算出された核定数を各燃料ノードに設定して炉心計算を行うことにより、炉心２５の核特性を評価する。

【0039】

本実施形態の核燃料の軸方向出力分布の解析装置及び方法は、炉心計算コードが燃料集合体２６の軸方向出力分布を評価するためのものである。即ち、燃料集合体２６は、複数の燃料棒５１が複数のグリッド５２により格子状に束ねられて構成されている。このグリッド５２は、インコネルやジルカロイなどの材料により製造されることから、燃料集合体２６は、熱中性子吸収効果によりグリッド５２の部分での出力が歪んでしまう。従来、燃料集合体２６の軸方向出力分布を求めるとき、グリッド５２による出力低下の影響が軸方向全体にわたって均質に考慮している。

【0040】

例えば、図５に示すように、燃料集合体２６の軸方向出力分布は、実測値Ａと推定値（計算値）Ｂとで相違する。そのため、燃料集合体２６の軸方向出力分布は、グリッド５２の部分で過大に評価され、グリッド５２がない部分で過小に評価されてしまい、計算値と実測値が相違してしまう。そこで、本実施形態の核燃料の軸方向出力分布の解析装置及び方法は、グリッド５２による局所的な出力歪みの効果を考慮することで、高精度に燃料集合体２６の軸方向出力分布を求めるものである。

【0041】

本実施形態の核燃料の軸方向出力分布の解析装置は、図１に示すように、複数の燃料棒５１が複数のグリッド５２により格子状に束ねられて構成された燃料集合体２６における軸方向出力分布を解析するものであって、歪みデータ規格化部１０１と、係数データ算出部１０２と、軸方向出力分布算出部１０３とを有している。

【0042】

歪みデータ規格化部１０１は、燃料集合体２６の出力実測値に基づいた燃料集合体２６の軸方向出力分布とグリッド５２を均質化して作成した燃料集合体２６の軸方向ホモ出力分布に基づいてグリッド５２に対応した複数の歪みデータを切り出して規格化するものである。係数データ算出部１０２は、規格化された複数の歪みデータに基づいて複数のグリッド５２ごとのグリッド歪み形状表現の係数データを算出するものである。軸方向出力分布算出部１０３は、グリッド５２を均質化して作成した燃料集合体２６の軸方向ホモ出力分布と複数のグリッド５２ごとの係数データに基づいて燃料集合体２６の軸方向出力分布を算出するものである。

【0043】

そして、歪みデータ規格化部１０１は、燃料集合体２６の出力実測値に基づいた燃料集合体２６の軸方向詳細出力分布を作成する軸方向詳細出力分布作成部１１１と、グリッド５２を均質化して作成した燃料集合体２６の軸方向ホモ出力分布を作成する軸方向ホモ出力分布作成部１１２と、軸方向詳細出力分布と軸方向ホモ出力分布に基づいて規格化された軸方向出力分布から複数の歪みデータを切り出して集約する歪みデータ規格化集約部１１３と、複数の歪みデータを燃料集合体の２６のタイプごとに格納する歪みデータ格納部１１４とを有している。

【0044】

そして、この歪みデータ規格化集約部１１３は、軸方向ホモ出力分布を軸方向詳細出力分布により補正することで軸方向補正ホモ出力分布を作成し、軸方向詳細出力分布と軸方向補正ホモ出力分布に基づいて規格化された軸方向出力分布から複数の歪みデータを切り出して集約する。

【0045】

係数データ算出部１０２は、所定のフォームファンクション基本式を用いて規格化された全ての歪みデータを一括でフィッティングしてグリッド歪み基本形状を表現するための第１係数データを算出する第１係数データ算出部１２１と、所定のフォームファンクション基本式を用いて規格化された歪みデータをグリッド５２の位置ごとのグリッド歪み深さ形状を表現するための第２係数データを算出する第２係数データ算出部１２２と、第１係数データと第２係数データを格納する係数データ格納部１２３とを有している。そして、この第２係数データ算出部１２２は、第１係数データを固定した状態で規格化された歪みデータにおけるグリッド５２の位置の歪みの深さを用いて第２係数データを算出するものである。

【0046】

また、核燃料の軸方向出力分布の解析方法は、燃料集合体２６の出力実測値に基づいた燃料集合体２６の軸方向出力分布とグリッド５２を均質化して作成した燃料集合体２６の軸方向ホモ出力分布に基づいてグリッド５２に対応した複数の歪みデータを切り出して規格化するステップと、規格化された複数の歪みデータに基づいて複数のグリッド５２ごとのグリッド歪み形状表現の係数データを算出するステップと、グリッド５２を均質化して作成した核燃料の軸方向ホモ出力分布と複数のグリッド５２ごとの係数データに基づいて燃料集合体２６の軸方向出力分布を算出するステップとを有している。

【0047】

以下、本実施形態の核燃料の軸方向出力分布の解析装置による解析方法について、図２から図４のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

【0048】

まず、歪みデータ規格化部１０１による処理において、図１及び図２に示すように、ステップＳ１１にて、軸方向詳細出力分布作成部１１１は、検出器（中性子束検出器）が検出した燃料集合体２６の出力実測値から燃料集合体２６の軸方向詳細出力分布を作成する。この場合、複数の原子力発電プラントにおける加圧水型原子炉の燃料集合体２６の出力実測値を用いる。そのため、作成される軸方向詳細出力分布は、多数のデータとなる。

【0049】

ステップＳ１２にて、軸方向ホモ出力分布作成部１１２は、炉心計算コードによりグリッド５２を均質化して燃料集合体２６の軸方向ホモ出力分布を作成する。この軸方向ホモ出力分布は、グリッド５２による出力低下の影響を軸方向全体にわたって均質に考慮したものである。ステップＳ１３にて、歪みデータ規格化集約部１１３は、軸方向ホモ出力分布を軸方向詳細出力分布により補正することで軸方向補正ホモ出力分布を作成する。

【0050】

即ち、下記数式１により軸方向アダプション手法を用いて軸方向補正ホモ出力分布ＡＰ（ｚ）を算出する。

【数1】

【0051】

ステップＳ１４にて、歪みデータ規格化集約部１１３は、軸方向詳細出力分布と軸方向補正ホモ出力分布に基づいて軸方向出力分布を規格化し、この規格化された軸方向出力分布から複数の歪みデータを切り出して集約する。即ち、軸方向詳細出力分布ＭＰ、軸方向ホモ出力分布ＡＰとするとき、軸方向詳細出力分布ＭＰ／軸方向ホモ出力分布ＡＰにより軸方向ホモ出力分布ＡＰで規格化された軸方向出力分布を求めることができる。そして、この軸方向出力分布（ＭＰ／ＡＰ）から各グリッドに対応した位置での軸方向出力分布における歪みデータＧＤ（ｚ_１）を下記数式２により算出する。

【0052】

【数2】

【0053】

そして、ステップＳ１５にて、歪みデータ格納部１１４は、算出した複数の歪みデータを燃料集合体２６のタイプ別に格納する。燃料集合体２６のタイプとして、ウラン燃料、ガドリニア入りウラン燃料、ＭＯＸ燃料などがあり、歪みデータ格納部１１４は、核燃料別に複数の歪みデータをデータベースに格納する。この場合、例えば、複数の歪みデータを平均値が一致するように規格化し、歪みが最も深い点を原点として集約することが望ましい。

【0054】

次に、係数データ算出部１０２による処理において、図１及び図３に示すように、ステップＳ２１にて、第１係数データ算出部１２１は、歪みデータ規格化部１０１で規格化された全ての歪みデータを読み込む。ステップＳ２２にて、第１係数データ算出部１２１は、所定のフォームファンクション基本式を用いて全ての歪みデータを一括でフィッティングすることで、グリッド歪み基本形状を表現するための第１係数Σ、ｗを算出する。

【0055】

グリッド５２による出力降下は指数関数的な傾向を示すため、歪みデータをトレースする関数表現式を下記数式３で表す指数関数（グリッドフォームファンクション）で表現する。

【数3】

【0056】

ここで、軸方向座標（傾き）ｚ＝０とするため、下記数式４の条件を付与する。

【数4】

また、指数関数の重ね合わせを２項（ｎ＝１，２）まで考慮し、このとき、数式４は、下記数式５に書き換えられる。

【数5】

【0057】

複数の歪みデータを定量化するため、燃料タイプ別に対して全ての歪みデータを数式３でフィッティングすることで、第１係数ＦＦ_∞、Σ_ｎ、ｗ_ｎを算出する。

【0058】

ステップＳ２３にて、第２係数データ算出部１２２は、歪みデータ規格化部１０１で規格化された全ての歪みデータから、燃料集合体２６の燃焼度レベル別の歪みデータ、グリッド別の歪みデータを読み込む。ステップＳ２４にて、所定のフォームファンクション基本式を用いて、燃焼度レベル別及びグリッド別の歪みデータの深さを算出する。

【0059】

燃料集合体２６の燃焼の進行に伴う歪みの深さは、各グリッド５２に対して燃料集合体燃焼度依存で与えられる係数ｖを用いて下記数式６で考慮することができる。

【数6】

【0060】

ここで、ｖは、グリッドによる出力歪みの深さを表す係数であり、第１係数Σ_ｎ、ｗ_ｎを固定した状態で、各燃焼範囲に属する歪みデータを数式６でフィッティングした結果、燃焼に伴って係数ｖが指数関数的に増加することがわかり、各数式７で表現される。

【数7】

【0061】

ステップＳ２５にて、第２係数データ算出部１２２は、グリッド歪み降下をホモグリッド計算による軸方向出力分布に対して考慮する際は、規格化係数を排除し、各数式８で表現することができる。

【数8】

【0062】

このように第２係数データ算出部１２２は、第１係数Σ_ｎ、ｗ_ｎを固定した状態で、歪みデータにおけるグリッド５２の位置の出力歪みの深さｖを用いて第２係数ω、ＢＵ_０を算出することができる。そして、ステップＳ２６にて、第１係数Σ_ｎ、ｗ_ｎ及び第２係数ω、ＢＵ_０を係数データ格納部１２３に格納する。

【0063】

そして、軸方向出力分布算出部１０３による処理において、図１及び図４に示すように、ステップＳ３１にて、軸方向出力分布算出部１０３は、グリッド５２を均質化して燃料集合体２６の軸方向ホモ出力分布を算出する。即ち、軸方向出力分布算出部１０３は、ホモグリッド計算による軸方向ホモ出力分布を算出する。

【0064】

軸方向ノードｋ内の燃料集合体２６の軸方向出力分布は、軸方向ホモ出力分布作成部１１２が、ステップＳ１２にて、炉心計算コードによりグリッド５２を均質化して求めた燃料集合体２６の軸方向ホモ出力分布であり、下記数式９で表すことができる。

【数9】

【0065】

ここで、数式９を絶対座標に変換すると、ｒとｚ（燃料有効長の下端からの距離Ｚ_ｋ≦ｚ＜ｚ_ｋ＋１）の線形性を考慮すると、下記数式１０を得ることができる。

【数10】

【0066】

ステップＳ３２にて、軸方向出力分布算出部１０３は、ノード内出力モーメント（軸方向ホモ出力分布）と、グリッド歪み形状を表現するための係数データとを用いて、グリッド歪みを考慮した燃料集合体２６の軸方向出力分布（軸方向ヘテロ出力分布）を算出する。

【0067】

軸方向ノードｋの燃料集合体２６の軸方向平均出力は、ノード内出力分布Ｐ_ｋ^ｈｏｍ（ｚ）とグリッドフォームファンクションΦ（第１係数Σ_ｎ、ｗ_ｎ及び第２係数ω、ＢＵ_０）を用いて下記数式１１により算出する。

【数11】

【0068】

最終的に算出する軸方向ノードｋの軸方向出力分布（軸方向ヘテロ出力分布）Ｐ_ｋ^ｈｅｔは、ホモグリッド計算による軸方向平均出力を保存するように下記数式１２により規格化され、ノード内出力モーメントＰ_ｋ^ｈｏｍとグリッドフォームファンクションΦは、下記数式１３で表される。

【数12】

【数13】

【0069】

そして、数式１１は、数式１３を代入して整理することで、下記数式１４となり、グリッドによる出力歪みの効果を考慮した軸方向ノードｋの平均出力Ｐ_ｋ^ｈｅｔを求めることができる。

【数14】

【0070】

そして、数式１４におけるＩ_ｋ^ｍｎは、下記数式１５で表される。

【数15】

【0071】

このように本実施形態の核燃料の軸方向出力分布の解析装置及び方法にあっては、燃料集合体２６の出力実測値に基づいた軸方向詳細出力分布とグリッド５２を均質化して作成した燃料集合体２６の軸方向ホモ出力分布に基づいてグリッド５２に対応した複数の歪みデータを切り出して規格化する歪みデータ規格化部１０１と、規格化された複数の歪みデータに基づいて複数のグリッド５２ごとのグリッド歪み形状表現の係数データを算出する係数データ算出部１０２と、グリッド５２を均質化して作成した燃料集合体２６の軸方向ホモ出力分布と複数のグリッド５２ごとの係数データに基づいて燃料集合体２６の軸方向出力分布を算出する軸方向出力分布算出部１０３とを設けている。

【0072】

従って、燃料集合体２６の出力実測値に基づいた軸方向詳細出力分布と軸方向ホモ出力分布に基づいて複数の歪みデータを規格化し、複数の歪みデータに基づいてグリッド歪み形状表現の係数データを算出し、軸方向ホモ出力分布と係数データとから燃料集合体２６の軸方向出力分布を算出する。そのため、グリッド５２の影響を考慮した燃料集合体２６の軸方向出力分布を得ることができ、高精度な燃料集合体２６の軸方向出力分布を求めることができる。

【符号の説明】

【0073】

１０ 加圧水型原子炉
２５ 炉心
２６ 燃料集合体（核燃料）
５１ 燃料棒
５２ グリッド
１０１ 歪みデータ規格化部
１０２ 係数データ算出部
１０３ 軸方向出力分布算出部
１１１ 軸方向詳細出力分布作成部
１１２ 軸方向ホモ出力分布作成部
１１３ 歪みデータ規格化集約部
１１４ 歪みデータ格納部
１２１ 第１係数データ算出部
１２２ 第２係数データ算出部
１２３ 係数データ格納部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】