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JP7267189B2 - Analysis method of output limit value, safety evaluation method, reactor core design method and analysis device - Google Patents

Analysis method of output limit value, safety evaluation method, reactor core design method and analysis device Download PDF

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JP7267189B2
JP7267189B2 JP2019230899A JP2019230899A JP7267189B2 JP 7267189 B2 JP7267189 B2 JP 7267189B2 JP 2019230899 A JP2019230899 A JP 2019230899A JP 2019230899 A JP2019230899 A JP 2019230899A JP 7267189 B2 JP7267189 B2 JP 7267189B2
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Description

本開示は、出力制限値の解析方法、安全評価方法、炉心設計方法及び解析装置に関するものである。 The present disclosure relates to a power limit value analysis method, a safety evaluation method, a reactor core design method, and an analysis apparatus.

従来、原子炉の偶発的な過渡出力変化の発生をシミュレートして、燃料棒の被覆管の破損有無を識別し、燃料棒の被覆管の破損が起こらないように、原子炉の操作可能性を表すパラメータの値を決定する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, the occurrence of accidental transient power changes in a nuclear reactor is simulated to identify the presence or absence of fuel rod cladding failure, and to prevent fuel rod cladding failure, the operability of the reactor is determined. A method for determining the value of a parameter representing is known (see, for example, Patent Document 1).

特表2011-506920号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-506920

しかしながら、特許文献1では、原子炉出力の過渡変化時において、原子炉の操作が困難となる場合、燃料棒の被覆管の物理的破損が起こる可能性がある。また、原子炉冷却材喪失事故(Loss of Cooolant Accident:LOCA)が発生した場合、原子炉の操作による被覆管の物理的破損の抑止は困難である。ところで、燃料棒の内部に収容されている燃料ペレットが燃焼度の高いものである場合、LOCA時において、燃料ペレットが細粒化し、被覆管の物理的破損により燃料ペレットが外部に漏出する現象、いわゆるFFRD(Fuel Fragmentation, Relocation and Dispersal)現象が知られている。FFRD現象の発生を抑制すべく、LOCA時の燃料棒の被覆管の物理的破損の発生を抑制することが求められている。 However, in Patent Document 1, when the reactor becomes difficult to operate during a transient change in reactor power, there is a possibility of physical damage to the cladding of the fuel rods. Also, in the event of a loss of coolant accident (LOCA), it is difficult to prevent physical damage to the cladding due to reactor operation. By the way, when the fuel pellets stored inside the fuel rod have a high burnup, during LOCA, the fuel pellets become finer and the fuel pellets leak out due to physical damage to the cladding tube. A so-called FFRD (Fuel Fragmentation, Relocation and Dispersal) phenomenon is known. In order to suppress the occurrence of the FFRD phenomenon, it is required to suppress the occurrence of physical damage to the fuel rod cladding during LOCA.

そこで、本開示は、LOCA時においても燃料棒の被覆管の物理的破損の発生を抑制することができる出力制限値の解析方法、安全評価方法、炉心設計方法及び解析装置を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide a power limit value analysis method, a safety evaluation method, a reactor core design method, and an analysis apparatus that can suppress the occurrence of physical damage to the fuel rod cladding even in the event of a LOCA. and

本開示の出力制限値の解析方法は、燃料棒の局所の出力を制限するための出力制限値を、解析処理を実行して導出する出力制限値の解析方法であって、前記炉心に設けられる燃料棒は、燃料ペレットと、前記燃料ペレットを被覆する被覆管と、を有し、前記解析処理に入力される入力パラメータは、前記燃料棒の内圧、複数の前記燃料棒からなる燃料集合体の平均出力、前記燃料棒の平均出力、前記炉心の軸方向の出力分布を含み、前記入力パラメータに基づいて、所定の燃焼度における前記燃料棒の挙動を解析処理して、LOCA時における前記被覆管の物理的破損を解析する第1のステップと、前記燃焼度を変化させながら前記第1のステップを繰り返し行うことで、前記被覆管の物理的破損が発生する前記燃料棒の局所出力と、前記局所出力に対応する前記燃焼度とを導出する第2のステップと、導出された前記局所出力と前記燃焼度とに基づいて、前記各燃焼度に対応する前記被覆管の物理的破損が発生する前記局所出力を下回る前記出力制限値を導出する第3のステップと、を備える。 The power limit value analysis method of the present disclosure is a power limit value analysis method for deriving a power limit value for limiting the local power of a fuel rod by executing an analysis process, wherein the power limit value is provided in the core The fuel rod has a fuel pellet and a cladding tube that coats the fuel pellet, and the input parameters input to the analysis process are the internal pressure of the fuel rod and the fuel assembly consisting of the fuel rods. analyzing the behavior of the fuel rods at a given burnup based on the input parameters, including the average power, the average power of the fuel rods, and the axial power distribution of the core; a first step of analyzing the physical damage of the fuel rod, and repeating the first step while changing the burnup to obtain a local power of the fuel rod at which the physical damage of the cladding occurs; a second step of deriving the burnup corresponding to the local power; and based on the derived local power and the burnup, physical failure of the cladding corresponding to each burnup occurs. and a third step of deriving said power limit below said local power.

本開示の安全評価方法は、上記の出力制限値の解析方法によって導出された出力制限値に基づいて、炉心設計で設計される前記燃料棒の局所出力を評価することで、前記被覆管の物理的破損が発生しないか否かを判定する。 The safety evaluation method of the present disclosure evaluates the local power of the fuel rod designed in core design based on the power limit value derived by the power limit value analysis method described above. It is determined whether or not physical damage will occur.

本開示の炉心設計方法は、上記の出力制限値の解析方法によって導出された出力制限値以下となるように、炉心設計を行う。 In the core design method of the present disclosure, the core is designed so that the power limit is equal to or less than the power limit value derived by the power limit value analysis method described above.

本開示の解析装置は、燃料棒の局所の出力を制限するための出力制限値を、解析処理を実行して導出する演算部を有する解析装置であって、前記炉心に設けられる燃料棒は、燃料ペレットと、前記燃料ペレットを被覆する被覆管と、を有し、前記解析処理に入力される入力パラメータは、前記燃料棒の内圧、複数の前記燃料棒からなる燃料集合体の平均出力、前記燃料棒の平均出力、前記炉心の軸方向の出力分布を含み、前記演算部は、前記入力パラメータに基づいて、所定の燃焼度における前記燃料棒の挙動を解析処理して、LOCA時における前記被覆管の物理的破損を解析する第1のステップと、前記燃焼度を変化させながら前記第1のステップを繰り返し行うことで、前記被覆管の物理的破損が発生する前記燃料棒の局所出力と、前記局所出力に対応する燃焼度とを導出する第2のステップと、導出された前記局所出力と前記燃焼度とに基づいて、前記各燃焼度に対応する前記被覆管の物理的破損が発生する前記局所出力を下回る前記出力制限値を導出する第3のステップと、を実行する。 The analysis device of the present disclosure is an analysis device having a calculation unit that derives a power limit value for limiting the local power of a fuel rod by executing analysis processing, wherein the fuel rods provided in the core are: A fuel pellet and a cladding tube that coats the fuel pellet. The calculation unit analyzes the behavior of the fuel rods at a predetermined burnup based on the input parameters, including the average power of the fuel rods and the power distribution in the axial direction of the core, and analyzes the behavior of the fuel rods at the time of LOCA. a first step of analyzing physical tube failure; repeating said first step while varying said burnup to determine the local power of said fuel rod at which physical failure of said cladding occurs; a second step of deriving a burnup corresponding to the local power, and based on the derived local power and the burnup, physical failure of the cladding corresponding to each burnup occurs. and a third step of deriving said power limit below said local power.

本開示によれば、LOCA時においても燃料棒の被覆管の物理的破損の発生を抑制することができる。 According to the present disclosure, it is possible to suppress the occurrence of physical damage to the fuel rod cladding even during a LOCA.

図1は、本実施形態に係る解析装置を模式的に表したブロック図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing an analysis apparatus according to this embodiment. 図2は、本実施形態に係る出力制限値の解析方法に用いられる燃料棒の解析モデルを模式的に表した構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing a fuel rod analysis model used in the method for analyzing the output limit value according to the present embodiment. 図3は、本実施形態に係る出力制限値の解析方法に関するフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart relating to an output limit value analysis method according to this embodiment. 図4は、本実施形態に係る出力制限値の解析方法における解析処理に関するフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart relating to analysis processing in the output limit value analysis method according to the present embodiment. 図5は、炉心の軸方向の出力分布に関する説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of the power distribution in the axial direction of the core. 図6は、燃料棒の平均出力と燃料集合体の平均出力とを関連付けたデータに関する図である。FIG. 6 is a diagram relating data relating the average power of the fuel rods to the average power of the fuel assemblies. 図7は、出力制限値が設定された燃料棒の局所出力と局所燃焼度との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between local power and local burnup for fuel rods with power limits set. 図8は、本実施形態に係る炉心設計方法に関するフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart relating to the core design method according to this embodiment. 図9は、本実施形態に係る安全評価方法に関するフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart relating to the safety evaluation method according to this embodiment. 図10は、本実施形態に係る安全評価方法に関する説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram relating to the safety evaluation method according to this embodiment.

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、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ることも可能である。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, embodiment which concerns on this invention is described in detail based on drawing. In addition, this invention is not limited by this embodiment. In addition, components in the following embodiments include components that can be easily replaced by those skilled in the art, or components that are substantially the same. Furthermore, the components described below can be combined as appropriate, and when there are multiple embodiments, each embodiment can be combined.

[実施形態]
本実施形態に係る出力制限値の解析方法は、炉心に装荷される燃料集合体の燃料棒5の挙動を解析処理し、燃料棒5の局所出力を制限する出力制限値を導出する方法となっている。出力制限値の解析方法では、LOCA時における被覆管の物理的破損を抑制するための出力制限値を導出しており、特に、FFRD現象の発生を抑制するための出力制限値を導出している。なお、本実施形態の出力制限値の解析方法では、FFRD現象が発生する燃料棒5がサイクル中期(MOC:Middle of Cycle)またはサイクル末期(EOC:End of Cycle)の燃焼度となる条件において、すなわち、燃料の燃焼が進んだ状態となる条件において、解析処理を実行している。
[Embodiment]
The power limit value analysis method according to the present embodiment is a method of analyzing the behavior of the fuel rods 5 in the fuel assemblies loaded in the core and deriving the power limit value that limits the local power of the fuel rods 5. ing. The output limit value analysis method derives the output limit value for suppressing physical damage to the cladding tube during LOCA, and in particular, derives the output limit value for suppressing the occurrence of the FFRD phenomenon. . In addition, in the analysis method of the output limit value of the present embodiment, under the condition that the fuel rod 5 in which the FFRD phenomenon occurs has a burnup in the middle of the cycle (MOC: Middle of Cycle) or the end of the cycle (EOC: End of Cycle), That is, the analysis process is executed under the condition that the combustion of the fuel is advanced.

図1は、本実施形態に係る解析装置を模式的に表したブロック図である。図2は、本実施形態に係る出力制限値の解析方法に用いられる燃料棒の解析モデルを模式的に表した構成図である。 FIG. 1 is a block diagram schematically showing an analysis apparatus according to this embodiment. FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing a fuel rod analysis model used in the method for analyzing the output limit value according to the present embodiment.

(燃料棒)
先ず、図2を参照して、解析対象となる燃料棒5について説明する。図2に示すように、燃料棒5は、軸方向に並べて設けられる複数の燃料ペレット6と、複数の燃料ペレット6を被覆する被覆管7と、を備えている。燃料ペレット6は、軸方向を中心とする円柱形状に形成されており、核燃料を焼結して成形されたものとなっている。被覆管7は、軸方向を中心とする円筒形状に形成されており、金属材料を用いて形成されている。そして、燃料棒5は、被覆管7の内部に、複数の燃料ペレット6を軸方向に並べて配置されると共に、径方向において被覆管7と燃料ペレット6との間にギャップGが形成される。また、この燃料棒5は複数束ねられることで、燃料集合体として形成され、形成された燃料集合体は炉心に装荷される。
(fuel rod)
First, the fuel rod 5 to be analyzed will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2 , the fuel rod 5 includes a plurality of fuel pellets 6 arranged axially and a cladding tube 7 covering the plurality of fuel pellets 6 . The fuel pellet 6 is formed in a cylindrical shape centered on the axial direction, and is formed by sintering nuclear fuel. The cladding tube 7 is formed in a cylindrical shape centered on the axial direction, and is formed using a metal material. In the fuel rod 5, a plurality of fuel pellets 6 are arranged in the cladding tube 7 in the axial direction, and a gap G is formed between the cladding tube 7 and the fuel pellets 6 in the radial direction. A plurality of fuel rods 5 are bundled to form a fuel assembly, and the formed fuel assembly is loaded into the core.

(解析装置)
次に、図1を参照して、解析装置1について説明する。解析装置1は、LOCA時における燃料棒5の物理的破損を解析するものであり、LOCA時における燃料棒5のふるまい(挙動)を模擬する。具体的に、解析装置1は、炉心のLOCA解析を実行する。
(Analysis device)
Next, the analysis device 1 will be described with reference to FIG. The analysis device 1 analyzes the physical damage of the fuel rods 5 at the time of LOCA, and simulates the behavior of the fuel rods 5 at the time of LOCA. Specifically, the analysis device 1 executes a LOCA analysis of the core.

解析装置1は、演算部11と、記憶部12と、表示部13と、入力部14とを有している。 The analysis device 1 has an arithmetic unit 11 , a storage unit 12 , a display unit 13 and an input unit 14 .

演算部11は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の集積回路を含んでいる。演算部11は、入力情報に基づくLOCA解析に関する解析処理等を実行している。記憶部12は、半導体記憶デバイス及び磁気記憶デバイス等の任意の記憶デバイスである。この記憶部12には、各種処理を実行するための各種プログラム、及び処理に用いられる各種データが記憶されている。各種データとしては、例えば、LOCA解析に入力される入力情報(入力パラメータ)D1、解析結果として出力される出力情報D2等である。表示部13は、例えば、液晶ディスプレイ等の表示デバイスである。入力部14は、例えば、キーボード及びマウス等の入力デバイスである。なお、表示部13及び入力部14は、タッチパネル等の入力操作が可能な入力表示デバイスとして一体化されたものであってもよい。 The calculation unit 11 includes an integrated circuit such as a CPU (Central Processing Unit), for example. The calculation unit 11 executes analysis processing and the like related to LOCA analysis based on input information. The memory unit 12 is an arbitrary memory device such as a semiconductor memory device and a magnetic memory device. The storage unit 12 stores various programs for executing various processes and various data used for the processes. Examples of various data include input information (input parameters) D1 input to the LOCA analysis, output information D2 output as analysis results, and the like. The display unit 13 is, for example, a display device such as a liquid crystal display. The input unit 14 is, for example, an input device such as a keyboard and mouse. Note that the display unit 13 and the input unit 14 may be integrated as an input display device such as a touch panel capable of input operation.

(出力制限線の解析方法)
次に、図3から図7を参照して、解析装置1により実行される出力制限値の解析方法について説明する。図3は、本実施形態に係る出力制限値の解析方法に関するフローチャートである。図4は、本実施形態に係る出力制限値の解析方法における解析処理に関するフローチャートである。図5は、炉心の軸方向の出力分布に関する説明図である。図6は、燃料棒の平均出力と燃料集合体の平均出力とを関連付けたデータに関する図である。図7は、出力制限値が設定された燃料棒の局所出力と局所燃焼度との関係を示すグラフである。
(Analysis method of output limit line)
Next, with reference to FIGS. 3 to 7, the output limit value analysis method executed by the analysis device 1 will be described. FIG. 3 is a flowchart relating to an output limit value analysis method according to this embodiment. FIG. 4 is a flowchart relating to analysis processing in the output limit value analysis method according to the present embodiment. FIG. 5 is an explanatory diagram of the power distribution in the axial direction of the core. FIG. 6 is a diagram relating data relating the average power of the fuel rods to the average power of the fuel assemblies. FIG. 7 is a graph showing the relationship between local power and local burnup for fuel rods with power limits set.

出力制限値の解析方法では、解析装置1の演算部11が、LOCA解析を行うと共に、LOCA解析の解析結果から出力制限線L1を導出している。このとき、LOCA解析の入力条件として入力される入力パラメータとしては、燃料棒5の内圧、燃料集合体の平均出力FASS’Y、燃料棒5の平均出力FΔH 、炉心の軸方向の出力分布Fを含んでいる。なお、前記FASS’Y、FΔH 、Fは炉心の平均出力に対する相対値である。また、LOCA解析においては、所定の燃焼度となる燃料棒のLOCA時における挙動(ふるまい)を解析することで、LOCA時における燃料棒の被覆管7の物理的破損を解析している。 In the output limit value analysis method, the calculation unit 11 of the analysis device 1 performs LOCA analysis and derives the output limit line L1 from the analysis result of the LOCA analysis. At this time, the input parameters input as input conditions for the LOCA analysis are the internal pressure of the fuel rods 5, the average power F ASS'Y of the fuel assemblies, the average power F ΔH N of the fuel rods 5, the axial power of the core It contains the distribution FZ . The F ASS'Y , F ΔH N , and F Z are relative values to the average power of the core. In addition, in the LOCA analysis, by analyzing the behavior of fuel rods with a predetermined burnup during LOCA, the physical damage of the cladding tube 7 of the fuel rod during LOCA is analyzed.

図3に示すように、出力制限線の解析方法では、先ず、解析装置1の演算部11が、記憶部12に記憶された入力パラメータを取得し、取得した入力パラメータに基づいてLOCA解析含む解析処理を実行する(ステップS11:第1のステップ)。なお、ステップS11は、燃焼度を変化させながら解析処理を繰り返し実行する。 As shown in FIG. 3, in the output limit line analysis method, first, the calculation unit 11 of the analysis device 1 acquires the input parameters stored in the storage unit 12, and performs analysis including LOCA analysis based on the acquired input parameters. Processing is executed (step S11: first step). In step S11, the analysis process is repeatedly executed while changing the burnup.

具体的に、図4に示すように、ステップS11では、解析装置1に、入力パラメータとしての燃料棒5の内圧、燃料集合体の平均出力FASS’Y、燃料棒5の平均出力FΔH 、炉心の軸方向の出力分布Fが入力される。なお、ステップS11では、燃料棒5の内圧、燃料集合体の平均出力FASS’Y及び炉心の軸方向の出力分布Fを固定値とし、燃料棒5の平均出力FΔH を可変値としている。 Specifically, as shown in FIG. 4, in step S11, the analysis device 1 receives the internal pressure of the fuel rods 5 as input parameters, the average power F ASS'Y of the fuel assemblies, the average power F ΔH N of the fuel rods 5, and , the power distribution FZ in the axial direction of the core is input. In step S11, the internal pressure of the fuel rods 5, the average power F ASS'Y of the fuel assembly, and the power distribution F Z in the axial direction of the core are set as fixed values, and the average power F ΔH N of the fuel rods 5 is set as a variable value. there is

演算部11は、入力された燃料集合体の平均出力FASS’Yと燃料棒5の平均出力FΔH とに基づいて、冷却材の温度及び冷却材の流速等を算出する(ステップS21)。また、演算部11は、入力された燃料棒5の平均出力FΔH と炉心の軸方向の出力分布Fとに基づいて、燃料棒5の軸方向における局所出力の分布を算出する(ステップS22)。ステップS22では、燃料棒5の平均出力FΔH と炉心の軸方向の出力分布Fとを乗算することによって、燃料棒5の軸方向における局所出力の分布を算出する。そして、演算部11は、ステップS21で算出した冷却材の温度及び冷却材の流速等と、ステップS22で算出した、燃料棒5の軸方向における局所出力の分布とに基づいて、被覆管7の軸方向における温度の分布を算出する(ステップS23)。この後、演算部11は、燃料棒5の燃焼度を所定の燃焼度に設定すると共に、燃料棒5の内圧と、被覆管7の軸方向における温度の分布とに基づいて、燃料棒5の解析モデルに基づくLOCA解析を実行して、被覆管7の物理的破損に至るまでの挙動を解析する(ステップS24)。 The calculation unit 11 calculates the temperature of the coolant, the flow velocity of the coolant, etc. based on the input average power F ASS'Y of the fuel assemblies and the average power F ΔH N of the fuel rods 5 (step S21). . Further, the calculation unit 11 calculates the distribution of the local power in the axial direction of the fuel rods 5 based on the inputted average power F ΔH N of the fuel rods 5 and the power distribution F Z in the axial direction of the core (step S22). In step S22, the distribution of local power in the axial direction of the fuel rods 5 is calculated by multiplying the average power F ΔH N of the fuel rods 5 by the power distribution F Z in the axial direction of the core. Then, the calculation unit 11 calculates the temperature of the coolant and the flow velocity of the coolant calculated in step S21, and the distribution of the local power in the axial direction of the fuel rod 5 calculated in step S22. A temperature distribution in the axial direction is calculated (step S23). Thereafter, the calculation unit 11 sets the burnup of the fuel rods 5 to a predetermined burnup, and based on the internal pressure of the fuel rods 5 and the temperature distribution in the axial direction of the cladding tube 7, A LOCA analysis based on the analysis model is performed to analyze the behavior of the cladding tube 7 up to physical damage (step S24).

ステップS11の実行後、演算部11は、ステップS11を繰り返し実行することで得られた解析結果に基づいて、被覆管7の物理的破損が発生する燃料棒5の局所出力と、局所出力に対応する燃焼度とを導出する(ステップS12:第2のステップ)。具体的に、ステップS12では、所定の燃焼度において、被覆管7の物理的破損が発生する燃料棒5の局所出力を取得する。そして、ステップS12では、変化する燃焼度に亘って、被覆管7の物理的破損が発生する燃料棒5の局所出力を取得することで、複数の局所出力を取得する。これにより、例えば、図7に示すような複数の「〇(白丸)及び△(白三角)」のプロットを取得できる。図7は、燃料棒5の局所燃焼度によって変化する燃料棒5の局所出力のグラフである。図7は、その横軸が局所燃焼度となっており、その縦軸が局所出力となっている。なお、燃料棒5の燃焼度と燃料棒5の局所出力は、ステップS22で算出した燃料棒5の局所出力と、LOCA解析を行う時に設定される燃料棒5の燃焼度となっている。 After executing step S11, the calculation unit 11 corresponds to the local output of the fuel rod 5 where physical damage to the cladding tube 7 occurs and the local output based on the analysis results obtained by repeatedly executing step S11. The burnup to be applied is derived (step S12: second step). Specifically, in step S12, the local power of the fuel rod 5 at which physical damage to the cladding tube 7 occurs at a predetermined burnup is obtained. Then, in step S12, a plurality of local powers are obtained by obtaining the local power of the fuel rod 5 where physical damage to the cladding tube 7 occurs over the varying burnup. As a result, for example, it is possible to acquire a plurality of plots of “◯ (white circles) and Δ (white triangles)” as shown in FIG. FIG. 7 is a graph of fuel rod 5 local power as a function of fuel rod 5 local burnup. In FIG. 7, the horizontal axis is the local burnup, and the vertical axis is the local power. The burnup of the fuel rods 5 and the local power of the fuel rods 5 are the local power of the fuel rods 5 calculated in step S22 and the burnup of the fuel rods 5 set when performing the LOCA analysis.

ステップS12の実行後、演算部11は、導出された物理的破損が発生する局所出力の最小値と燃焼度とに基づいて、被覆管7の物理的破損が発生する局所出力を下回る値を出力制限値L1として導出する(ステップS13:第3のステップ)。ステップS13において、出力制限値L1は、ステップS12において導出した図7に示すような複数の「〇(白丸)」のプロットのような局所出力の最小値を下回るように、プロット同士を結んだ線(以下、出力制限線L1ともいう)として導出される。 After step S12 is executed, the calculation unit 11 outputs a value lower than the local output at which physical damage occurs in the cladding tube 7 based on the derived minimum value of the local output at which physical damage occurs and the burnup. It is derived as the limit value L1 (step S13: third step). In step S13, the output limit value L1 is set to the line connecting the plots so that it falls below the minimum value of the local outputs such as the plots of a plurality of "○ (white circles)" as shown in FIG. 7 derived in step S12. (hereinafter also referred to as output limit line L1).

ステップS13の実行後、演算部11は、ステップS13において導出した出力制限線L1(第1の出力制限値)を、炉心を設計する炉心設計において用いられる図7に示す出力制限マップに設定する(ステップS14:第4のステップ)。なお、出力制限線L1は、直線状となっているが、曲線であってもよく、特に限定されない。ここで、図7に示す出力制限マップには、炉心冷却可能形状を維持できる出力制限線L2(第2の出力制限値)が設定されている。出力制限線L2は、出力制限線L1よりも出力制限が緩和される側のラインとなっている。換言すれば、出力制限線L1は、出力制限線L2よりも出力制限が厳しいラインとなっている。また、出力制限線L1は、所定の燃焼度以上において設定されており、所定の燃焼度としては、サイクル中期またはサイクル末期の燃焼度となっている。具体的に、所定の燃焼度は、60GWd/t以上75GWd/t以下の範囲となっており、好適には、出力制限線L1は、60GWd/t以上において設定されている。このため、ステップS14では、所定の燃焼度未満において、出力制限線L2が設定され、所定の燃焼度以上において、出力制限線L1が設定される。 After executing step S13, the computing unit 11 sets the power limit line L1 (first power limit value) derived in step S13 in the power limit map shown in FIG. step S14: fourth step). Although the output limit line L1 is linear, it may be curved and is not particularly limited. Here, in the power limit map shown in FIG. 7, a power limit line L2 (second power limit value) that can maintain a core coolable shape is set. The output restriction line L2 is a line on the side where the output restriction is relaxed with respect to the output restriction line L1. In other words, the output restriction line L1 is a line with a stricter output restriction than the output restriction line L2. Further, the output limit line L1 is set at a predetermined burnup or more, and the predetermined burnup is the burnup in the middle of the cycle or the end of the cycle. Specifically, the predetermined burnup is in the range of 60 GWd/t or more and 75 GWd/t or less, and preferably the output limit line L1 is set at 60 GWd/t or more. Therefore, in step S14, the output limit line L2 is set when the burnup is less than the predetermined burnup, and the output limit line L1 is set when the burnup is greater than or equal to the predetermined burnup.

ここで、ステップS11では、LOCA解析の合理化を図るべく、入力パラメータとして入力される、炉心の軸方向の出力分布Fの合理化と、燃料集合体の平均出力FASS’Yの合理化とを図ってもよい。 Here, in step S11, in order to rationalize the LOCA analysis, rationalization of the power distribution FZ in the axial direction of the core and rationalization of the average power F ASS'Y of the fuel assemblies, which are input as input parameters, are attempted. may

図5を参照して、炉心の軸方向の出力分布Fの合理化について説明する。出力分布Fは、図5の左側のグラフに示すように、LOCA解析における安全側の値がコサイン分布(包括分布)となっている。図5の左側のグラフは、その縦軸が炉心高さとなっており、その横軸が炉心の軸方向における出力となっている。コサイン分布となる出力分布Fは、炉心の軸方向における中央部において、炉心出力が高く見積もられている。一方で、出力制限線L1は、FFRD現象の発生を抑制するためのラインとなっていることから、出力分布Fは、サイクル中期(MOC)またはサイクル末期(EOC)のものを採用することが現実的である。サイクル中期またはサイクル末期における出力分布Fは、炉心の軸方向における中央部において、コサイン分布よりも炉心出力が低くなっている。つまり、コサイン分布となる出力分布Fは、炉心出力が過剰に安全側(厳しい側)に設定される一方で、サイクル中期またはサイクル末期における出力分布Fは、炉心出力が現実的なものとして設定されている。 Rationalization of the power distribution FZ in the axial direction of the core will be described with reference to FIG. As shown in the graph on the left side of FIG. 5, the output distribution FZ has a cosine distribution (inclusive distribution) of values on the safe side in the LOCA analysis. In the graph on the left side of FIG. 5, the vertical axis represents the height of the core, and the horizontal axis represents the power in the axial direction of the core. In the power distribution FZ , which is a cosine distribution, the core power is estimated to be high at the central portion in the axial direction of the core. On the other hand, since the output limit line L1 is a line for suppressing the occurrence of the FFRD phenomenon, it is possible to adopt the output distribution FZ in the middle of the cycle (MOC) or the end of the cycle (EOC). Be realistic. The power distribution FZ at the middle of the cycle or the end of the cycle has a lower core power than the cosine distribution at the central portion in the axial direction of the core. In other words, the power distribution FZ , which is a cosine distribution, sets the core power excessively on the safe side (strict side), while the power distribution FZ in the middle of the cycle or at the end of the cycle assumes that the core power is realistic. is set.

ここで、入力パラメータとしての炉心の軸方向の出力分布Fとして、コサイン分布、サイクル中期、及びサイクル末期のそれぞれの出力分布Fを採用したときに導出される、出力制限線L1について説明する。図5の右側のグラフは、その縦軸が燃料棒の局所出力となっており、その横軸が炉心の軸方向における出力となっている。図5の右側のグラフにおいて、出力制限線L1aは、コサイン分布となる炉心の軸方向の出力分布Fを採用したときに導出される出力制限線L1である。出力制限線L1bは、サイクル中期における炉心の軸方向の出力分布Fを採用したときに導出される出力制限線L1である。出力制限線L1cは、サイクル末期における炉心の軸方向の出力分布Fを採用したときに導出される出力制限線L1である。出力制限線L1a、L1b、L1cを比較すると、出力制限線L1aが最も安全側のラインとなっており、出力制限線L1bが出力制限線L1aよりも緩和されたラインとなっており、出力制限線L1cが出力制限線L1bよりも緩和されたラインとなっている。このように、図4におけるステップS11において、炉心の軸方向の出力分布Fとしてサイクル中期またはサイクル末期における炉心の軸方向の出力分布を用いることにより、コサイン分布となる炉心の軸方向の出力分布Fを用いた場合に比べて、出力制限線L1を緩和する側に引き上げることができる。 Here, the power limiting line L1 derived when the cosine distribution, the mid-cycle power distribution, and the end-cycle power distribution FZ are adopted as the power distribution FZ in the axial direction of the core as an input parameter will be described. . In the graph on the right side of FIG. 5, the vertical axis represents the local power of the fuel rods, and the horizontal axis represents the power in the axial direction of the core. In the graph on the right side of FIG. 5, the power limit line L1a is the power limit line L1 derived when the power distribution FZ in the axial direction of the core, which is a cosine distribution, is adopted. The power limit line L1b is the power limit line L1 derived when the power distribution FZ in the axial direction of the core in the middle of the cycle is adopted. The power limit line L1c is the power limit line L1 derived when the power distribution FZ in the axial direction of the core at the end of the cycle is adopted. Comparing the output limit lines L1a, L1b, and L1c, the output limit line L1a is the line on the safest side, and the output limit line L1b is a line that is relaxed more than the output limit line L1a. L1c is a line that is more relaxed than the output restriction line L1b. In this way, in step S11 in FIG. 4, by using the axial power distribution of the core in the middle of the cycle or the end of the cycle as the axial power distribution FZ of the core, the axial power distribution of the core becomes a cosine distribution. Compared to the case of using FZ , the output limit line L1 can be pulled up to the relaxing side.

次に、図6を参照して、燃料集合体の平均出力FASS’Yの合理化について説明する。図6は、その縦軸が燃料集合体の平均出力FASS’Yとなっており、その横軸が燃料棒5の平均出力FΔH となっている。図6のグラフに示すように、平均出力FASS’Yは、燃料棒5の平均出力FΔH の変化に応じて変化する。また、図6に示すグラフは、燃料棒5の平均出力FΔH と、燃料集合体の平均出力FASS’Yと関連付けられたデータとなっており、入力情報D1に含まれるデータの一つとして記憶部12に記憶されている。図6に示すグラフは、燃料棒5の平均出力FΔH が増加するにつれて、燃料集合体の平均出力FASS’Yが増加する、一次関数のグラフとなっている。可変値となる燃料棒5の平均出力FΔH が入力パラメータとして入力されると、演算部11は、図6のデータに基づいて、入力される燃料棒5の平均出力FΔH に対応する燃料集合体の平均出力FASS’Yを取得する。そして、演算部11は、取得した燃料集合体の平均出力FASS’Yを入力パラメータとして入力する。このように、図4におけるステップS11において、燃料集合体の平均出力FASS’Yとして、一定値を用いる場合に比べ、図6のデータに基づく燃料棒5の平均出力FΔH に応じた可変値を用いることで、出力制限線L1を緩和する側に引き上げることができる。 Next, rationalization of the average power F ASS'Y of the fuel assembly will be described with reference to FIG. 6, the vertical axis represents the average power F ASS'Y of the fuel assembly, and the horizontal axis represents the average power F ΔH N of the fuel rods 5. In FIG. As shown in the graph of FIG. 6, the average power F ASS'Y varies with changes in the average power F ΔH N of the fuel rods 5 . Further, the graph shown in FIG. 6 is data associated with the average power F ΔH N of the fuel rods 5 and the average power F ASS'Y of the fuel assembly, and is one of the data included in the input information D1. is stored in the storage unit 12 as. The graph shown in FIG. 6 is a graph of a linear function in which the average power F ASS'Y of the fuel assembly increases as the average power F ΔH N of the fuel rods 5 increases. When the variable average power F ΔH N of the fuel rods 5 is input as an input parameter, the calculator 11 responds to the input average power F ΔH N of the fuel rods 5 based on the data in FIG. Obtain the average power F ASS'Y of the fuel assembly. Then, the calculation unit 11 inputs the acquired average output F ASS'Y of the fuel assembly as an input parameter. As described above, in step S11 in FIG. 4, compared to the case where a constant value is used as the average power F ASS'Y of the fuel assembly, the variable power F ΔH N of the fuel rods 5 based on the data of FIG. By using the value, the output limit line L1 can be raised to the relaxed side.

なお、炉心の軸方向の出力分布Fの合理化と、燃料集合体の平均出力FASS’Yの合理化とは、いずれか一方を適用してもよいし、両方を適用してもよいし、両方を適用しなくてもよい。炉心の軸方向の出力分布Fの合理化を図ったり、燃料集合体の平均出力FASS’Yの合理化を図ったりすることで、過度に燃料棒5の局所出力が制限されることを抑制することができる。 Note that either one of the rationalization of the core axial power distribution FZ and the rationalization of the fuel assembly average power F ASS'Y may be applied, or both may be applied. You don't have to apply both. By rationalizing the power distribution FZ in the axial direction of the core and by rationalizing the average power F ASS'Y of the fuel assemblies, excessive restriction of the local power of the fuel rods 5 is suppressed. be able to.

(炉心設計方法)
次に、図8を参照して、図7に示す出力制限マップを用いて、炉心設計を行う炉心設計方法について説明する。図8は、本実施形態に係る炉心設計方法に関するフローチャートである。炉心設計では、燃料棒5の局所出力が、出力制限線L1以下となるように炉心設計される。なお、図8に示す炉心設計方法は、図1に示す解析装置1と同じような解析装置により実行される。
(Reactor core design method)
Next, referring to FIG. 8, a core design method for designing the core using the power limitation map shown in FIG. 7 will be described. FIG. 8 is a flowchart relating to the core design method according to this embodiment. The core is designed so that the local power of the fuel rods 5 is below the power limit line L1. The core design method shown in FIG. 8 is executed by an analysis device similar to the analysis device 1 shown in FIG.

先ず、演算部11は、炉心設計の入力条件となる入力パラメータを取得する(ステップS31)。この後、演算部11は、炉心に装荷される燃料集合体の配置が作成されると、作成された炉心の燃料集合体の配置を取得する(ステップS32)。続いて、演算部11は、入力パラメータと燃料集合体との配置とに基づいて、炉心計算を行うことで、炉心特性を算出して評価する(ステップS33)。この後、演算部11は、評価した炉心特性が設計要件に合致しているか否かを評価することで、燃料集合体の配置の成立性を判断している(ステップS34)。ステップS34では、設計要件として、炉心に含まれる燃料棒5の局所出力が出力制限線L1,L2以下となる要件が含まれており、演算部11は、設計要件を満足せず、成立しないと判断した場合(ステップS34:No)、燃料集合体の配置を再検討する(ステップS35)。ステップS35の実行後、演算部11は、再びステップS32及びステップS33を実行する。一方で、ステップS34において、演算部11は、設計要件を満足し、成立すると判断した場合(ステップS34:Yes)、炉心の燃料集合体の配置が完成していると判断する(ステップS36)。これにより、図8に示す炉心設計によって設計された炉心は、LOCA時においても、燃料棒5の局所出力が、出力制限線L1,L2を超えることを抑制できる。 First, the calculation unit 11 acquires input parameters as input conditions for core design (step S31). After that, when the arrangement of the fuel assemblies to be loaded into the core is created, the calculation unit 11 acquires the created arrangement of the fuel assemblies in the core (step S32). Subsequently, the calculation unit 11 performs core calculation based on the input parameters and the arrangement of the fuel assemblies to calculate and evaluate the core characteristics (step S33). After that, the calculation unit 11 evaluates whether or not the evaluated core characteristics match the design requirements, thereby judging the feasibility of the arrangement of the fuel assemblies (step S34). In step S34, the design requirements include a requirement that the local power of the fuel rods 5 included in the core be equal to or lower than the power limit lines L1 and L2. If so (step S34: No), the arrangement of the fuel assemblies is reviewed again (step S35). After executing step S35, the calculation unit 11 executes steps S32 and S33 again. On the other hand, if the calculation unit 11 determines in step S34 that the design requirements are satisfied and established (step S34: Yes), it determines that the arrangement of the fuel assemblies in the core has been completed (step S36). As a result, the core designed according to the core design shown in FIG. 8 can suppress the local power of the fuel rods 5 from exceeding the power limit lines L1 and L2 even during LOCA.

(安全評価方法)
次に、図9及び図10を参照して、出力制限線の解析方法により導出した出力制限線L1を用いて、被覆管7の物理的破損、特にFFRD現象が発生するか否かを判定する安全評価方法について説明する。図9は、本実施形態に係る安全評価方法に関するフローチャートである。図10は、本実施形態に係る安全評価方法に関する説明図である。なお、図9に示す安全評価方法は、図1に示す解析装置1と同じような解析装置により実行される。また、この安全評価方法は、既存の炉心に対して、FFRD現象が発生するか否かを判定する手法となっている。
(Safety evaluation method)
Next, referring to FIGS. 9 and 10, using the output limit line L1 derived by the output limit line analysis method, it is determined whether physical damage to the cladding tube 7, particularly the FFRD phenomenon, occurs. The safety evaluation method will be explained. FIG. 9 is a flowchart relating to the safety evaluation method according to this embodiment. FIG. 10 is an explanatory diagram relating to the safety evaluation method according to this embodiment. The safety evaluation method shown in FIG. 9 is executed by an analysis device similar to the analysis device 1 shown in FIG. Moreover, this safety evaluation method is a method for determining whether or not the FFRD phenomenon occurs in an existing reactor core.

先ず、演算部11は、出力制限線の解析方法により導出した出力制限線L1を取得する(ステップS41)。演算部11は、既存の炉心を炉心計算することで得られる燃料棒5の局所出力が、出力制限線L1以下となっているか否かを判定する(ステップS42)。ここで、燃料棒5の燃焼度に応じて変化する局所出力として、例えば、図10に示すグラフがある。図10における△(白抜き三角)は、燃料棒5の局所出力の一例(パターン1)であり、図10における●(黒丸)は、燃料棒5の局所出力の他の一例(パターン2)である。演算部11は、燃料棒の局所出力が出力制限線L1以下となっていると判定すると(ステップS42:Yes)、安全であるとして良判定とする(ステップS43)。図10では、パターン2となる燃料棒5の局所出力が良判定となる。一方で、演算部11は、燃料棒の局所出力が出力制限線L1よりも大きいと判定すると(ステップS42:No)、安全でないとして否判定とする(ステップS44)。図10では、パターン1となる燃料棒5の局所出力が否判定となる。 First, the calculation unit 11 obtains the output limit line L1 derived by the output limit line analysis method (step S41). The calculation unit 11 determines whether or not the local power of the fuel rods 5 obtained by core calculation for the existing core is below the power limit line L1 (step S42). Here, for example, there is a graph shown in FIG. 10 as a local output that changes according to the burnup of the fuel rods 5. Δ (white triangle) in FIG. 10 is an example of the local output of the fuel rod 5 (pattern 1), and ● (black circle) in FIG. 10 is another example of the local output of the fuel rod 5 (pattern 2). be. When the calculation unit 11 determines that the local power of the fuel rod is below the power limit line L1 (step S42: Yes), it determines that the fuel is safe (step S43). In FIG. 10, the local power output of the fuel rod 5, which is pattern 2, is determined as good. On the other hand, if the calculation unit 11 determines that the local power of the fuel rod is greater than the power limit line L1 (step S42: No), it determines that it is not safe (step S44). In FIG. 10, the local power output of the fuel rod 5, which is pattern 1, is negative.

以上のように、本実施形態に記載の出力制限値の解析方法、安全評価方法、炉心設計方法及び解析装置1は、例えば、以下のように把握される。 As described above, the power limit value analysis method, the safety evaluation method, the core design method, and the analysis apparatus 1 described in the present embodiment are understood as follows, for example.

第1の態様に係る出力制限値の解析方法は、炉心に設けられる燃料棒の局所の出力を制限するための出力制限値L1を、解析処理を実行して導出する出力制限値L1の解析方法であって、前記燃料棒5は、燃料ペレット6と、前記燃料ペレット6を被覆する被覆管7と、を有し、前記解析処理に入力される入力パラメータは、前記燃料棒5の内圧、複数の前記燃料棒5からなる燃料集合体の平均出力FASS’Y、前記燃料棒5の平均出力FΔH 、前記炉心の軸方向の出力分布Fを含み、前記入力パラメータに基づいて、所定の燃焼度における前記燃料棒5の挙動を解析処理して、LOCA時における前記被覆管7の物理的破損を解析する第1のステップ(ステップS11)と、前記燃焼度を変化させながら前記第1のステップを繰り返し行うことで、前記被覆管7の物理的破損が発生する前記燃料棒5の局所出力と、前記局所出力に対応する前記燃焼度とを導出する第2のステップ(ステップS12)と、導出された前記局所出力と前記燃焼度とに基づいて、前記各燃焼度に対応する前記被覆管7の物理的破損が発生する前記局所出力を下回る前記出力制限値L1を導出する第3のステップ(ステップS13)と、を備える。 A method of analyzing a power limit value according to a first aspect is a method of analyzing a power limit value L1 for deriving a power limit value L1 for limiting the local power of fuel rods provided in a core by executing analysis processing. The fuel rod 5 has a fuel pellet 6 and a cladding tube 7 covering the fuel pellet 6, and the input parameters input to the analysis process are the internal pressure of the fuel rod 5, a plurality of of the fuel assembly consisting of the fuel rods 5, the average power F ΔH N of the fuel rods 5, the power distribution F Z in the axial direction of the core, and based on the input parameters, a predetermined A first step (step S11) of analyzing the behavior of the fuel rod 5 at the burnup of , and analyzing the physical damage of the cladding tube 7 at the time of LOCA (step S11), and the first step while changing the burnup a second step (step S12) of deriving the local power of the fuel rod 5 at which physical damage to the cladding tube 7 occurs and the burnup corresponding to the local power by repeating the step of , based on the derived local power and the burnup, the power limit value L1 below the local power at which physical damage to the cladding tube 7 corresponding to the burnup occurs is derived. and a step (step S13).

この構成によれば、被覆管7の物理的破損が発生しない出力制限線L1を導出することができる。このため、導出した出力制限線L1を用いることで、燃料棒5の局所出力を抑制することができるため、LOCA時においても燃料棒5の被覆管7の物理的破損の発生を抑制することができる。 According to this configuration, it is possible to derive the output limiting line L1 in which the cladding tube 7 is not physically damaged. Therefore, by using the derived power limit line L1, it is possible to suppress the local power of the fuel rods 5, so that physical damage to the cladding tubes 7 of the fuel rods 5 can be suppressed even during a LOCA. can.

第2の態様として、前記炉心を設計する炉心設計において、導出した前記出力制限値L1を設定する第4のステップ(ステップS14)を、さらに備え、前記出力制限値L1は、所定の燃焼度以上において設定される。 As a second aspect, the core design for designing the core further comprises a fourth step (step S14) of setting the derived power limit value L1, wherein the power limit value L1 is set to a predetermined burnup or more. is set in

この構成によれば、FFRD現象が発生する所定の燃焼度以上において、出力制限値L1を設定することができる。このため、FFRD現象の発生を抑制することができ、LOCA時においても燃料棒5の被覆管7の物理的破損の発生を抑制することができる。 According to this configuration, the output limit value L1 can be set at a predetermined burnup or higher at which the FFRD phenomenon occurs. Therefore, the occurrence of the FFRD phenomenon can be suppressed, and physical damage to the cladding tube 7 of the fuel rod 5 can be suppressed even during LOCA.

第3の態様として、前記第4のステップでは、前記所定の燃焼度以上において設定される前記出力制限値を第1の出力制限値L1とすると、前記所定の燃焼度未満において、前記第1の出力制限線L1よりも緩和される側で、炉心冷却可能形状を維持できる第2の出力制限値L2が設定される。 As a third aspect, in the fourth step, if the output limit value set at the predetermined burnup or more is set as a first output limit value L1, the first output limit value is set at less than the predetermined burnup. A second power limit value L2 is set on the side of the power limit line L1 that is relaxed so that the core coolable shape can be maintained.

この構成によれば、所定の燃焼度未満において、燃料棒5の局所出力が過度に制限されることを抑制することができる。このため、燃料棒5の使用効率の低下を抑制することができる。 According to this configuration, it is possible to suppress excessive restriction of the local power of the fuel rods 5 when the burnup is less than the predetermined burnup. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the usage efficiency of the fuel rods 5 .

第4の態様として、前記所定の燃焼度は、サイクル中期またはサイクル末期の燃焼度である。 As a fourth aspect, the predetermined burnup is the burnup at the middle of the cycle or at the end of the cycle.

この構成によれば、FFRD現象の発生し易いサイクル中期またはサイクル末期において、燃料棒5の局所出力を抑制することができる。 According to this configuration, the local power of the fuel rods 5 can be suppressed in the middle of the cycle or the end of the cycle when the FFRD phenomenon is likely to occur.

第5の態様として、前記所定の燃焼度は、60GWd/t以上である。 As a fifth aspect, the predetermined burnup is 60 GWd/t or more.

この構成によれば、FFRD現象の発生し易い60GWd/t以上の燃焼度において、燃料棒5の局所出力を抑制することができる。 According to this configuration, the local power output of the fuel rods 5 can be suppressed at a burnup of 60 GWd/t or higher where the FFRD phenomenon is likely to occur.

第6の態様として、前記第1のステップでは、前記入力パラメータの内、前記炉心の軸方向の出力分布が、サイクル中期またはサイクル末期のものである。 As a sixth mode, in the first step, among the input parameters, the power distribution in the axial direction of the core is that of the middle cycle or the end of the cycle.

この構成によれば、入力パラメータの炉心の軸方向の出力分布Fを合理的な値とすることができるため、過度に燃料棒5の局所出力が制限されることを抑制することができる。 According to this configuration, since the power distribution FZ in the axial direction of the core, which is an input parameter, can be set to a reasonable value, it is possible to prevent the local power of the fuel rods 5 from being excessively restricted.

第7の態様として、前記燃料棒の平均出力FΔH と、前記燃料集合体の平均出力FASS’Yと関連付けられたデータが予め用意され、前記第1のステップでは、前記入力パラメータとして入力される前記燃料集合体の平均出力が、前記データに基づいて、前記入力パラメータとして入力される前記燃料棒の平均出力に関連付けられた前記燃料集合体の平均出力である。 As a seventh aspect, data associated with the average power F ΔH N of the fuel rods and the average power F ASS'Y of the fuel assemblies are prepared in advance, and are input as the input parameters in the first step. The fuel bundle average power output is the fuel bundle average power associated with the fuel rod average power entered as the input parameter based on the data.

この構成によれば、入力パラメータの燃料集合体の平均出力FASS’Yを合理的な値とすることができるため、過度に燃料棒5の局所出力が制限されることを抑制することができる。 According to this configuration, the average power F ASS'Y of the fuel assembly, which is the input parameter, can be set to a reasonable value, so that excessive restriction of the local power of the fuel rods 5 can be suppressed. .

第8の態様に係る安全評価方法は、上記の出力制限線の解析方法によって導出された出力制限線L1に基づいて、炉心設計で設計される前記燃料棒5の局所出力を評価することで、前記被覆管7の物理的破損が発生しないか否かを判定する。 The safety evaluation method according to the eighth aspect evaluates the local power of the fuel rods 5 designed in the core design based on the power limit line L1 derived by the above power limit line analysis method, It is determined whether or not the cladding tube 7 is physically damaged.

この構成によれば、炉心設計された炉心の燃料棒5において、被覆管7の物理的破損が発生しないか否かを判定することができるため、LOCA時における燃料棒5の被覆管7の物理的破損の発生を抑制することができる。 According to this configuration, it is possible to determine whether or not physical damage to the cladding tubes 7 occurs in the core fuel rods 5 designed for the core. It is possible to suppress the occurrence of physical damage.

第9の態様に係る炉心設計方法は、前記燃料棒の局所出力が、上記の出力制限線の解析方法によって導出された出力制限線L1以下となるように、炉心設計を行う。 In the core design method according to the ninth aspect, the core is designed so that the local power of the fuel rods is equal to or less than the power limit line L1 derived by the power limit line analysis method described above.

この構成によれば、LOCA時における燃料棒5の被覆管7の物理的破損の発生を抑制することができる。 According to this configuration, it is possible to suppress the occurrence of physical damage to the cladding tube 7 of the fuel rod 5 at the time of LOCA.

第10の態様に係る解析装置1は、炉心に設けられる燃料棒の局所の出力を制限するための出力制限値L1を、解析処理を実行して導出する演算部11を有する解析装置1であって、前記燃料棒5は、燃料ペレット6と、前記燃料ペレット6を被覆する被覆管7と、を有し、前記解析処理に入力される入力パラメータは、前記燃料棒5の内圧、複数の前記燃料棒5からなる燃料集合体の平均出力FASS’Y、前記燃料棒5の平均出力FΔH 、前記炉心の軸方向の出力分布Fを含み、前記演算部11は、前記入力パラメータに基づいて、所定の燃焼度における前記燃料棒5の挙動を解析処理して、LOCA時における前記被覆管7の物理的破損を解析する第1のステップ(ステップS11)と、前記燃焼度を変化させながら前記第1のステップを繰り返し行うことで、前記被覆管7の物理的破損が発生する前記燃料棒5の局所出力と、前記局所出力に対応する燃焼度とを導出する第2のステップ(ステップS12)と、導出された前記局所出力と前記燃焼度とに基づいて、前記各燃焼度に対応する前記被覆管7の物理的破損が発生する前記局所出力を下回る前記出力制限値L1を導出する第3のステップ(ステップS13)と、を実行する。 An analysis device 1 according to a tenth aspect is the analysis device 1 having a calculation unit 11 that executes analysis processing and derives an output limit value L1 for limiting the local output of fuel rods provided in the core. The fuel rod 5 has a fuel pellet 6 and a cladding tube 7 covering the fuel pellet 6, and the input parameters input to the analysis process are the internal pressure of the fuel rod 5, the plurality of The input parameters include the average power F ASS'Y of the fuel assembly consisting of the fuel rods 5, the average power F ΔH N of the fuel rods 5, and the power distribution F Z in the axial direction of the core. Based on this, a first step (step S11) of analyzing the behavior of the fuel rod 5 at a predetermined burnup to analyze the physical damage of the cladding tube 7 at the time of LOCA (step S11), and changing the burnup While repeating the first step, the second step (step S12), and based on the derived local power and burnup, the power limit value L1 below the local power at which physical damage to the cladding tube 7 corresponding to each burnup occurs is derived. A third step (step S13) is executed.

この構成によれば、被覆管7の物理的破損が発生しない出力制限値L1を導出することができる。このため、導出した出力制限値L1を用いることで、燃料棒5の局所出力を抑制することができるため、LOCA時においても燃料棒5の被覆管7の物理的破損の発生を抑制することができる。 According to this configuration, it is possible to derive the output limit value L1 that does not cause physical damage to the cladding tube 7 . Therefore, by using the derived power limit value L1, it is possible to suppress the local power of the fuel rods 5, so that physical damage to the cladding tubes 7 of the fuel rods 5 can be suppressed even during a LOCA. can.

1 解析装置
5 燃料棒
6 燃料ペレット
7 被覆管
11 演算部
12 記憶部
13 表示部
14 入力部
D1 入力情報
D2 出力情報
1 analysis device 5 fuel rod 6 fuel pellet 7 cladding tube 11 calculation unit 12 storage unit 13 display unit 14 input unit D1 input information D2 output information

Claims (10)

炉心に設けられる燃料棒の局所の出力を制限するための出力制限値を、解析処理を実行して導出する出力制限値の解析方法であって、
前記燃料棒は、燃料ペレットと、前記燃料ペレットを被覆する被覆管と、を有し、
前記解析処理に入力される入力パラメータは、前記燃料棒の内圧、複数の前記燃料棒からなる燃料集合体の平均出力、前記燃料棒の平均出力、前記炉心の軸方向の出力分布を含み、
前記入力パラメータに基づいて、所定の燃焼度における前記燃料棒の挙動を解析処理して、LOCA時における前記被覆管の物理的破損を解析する第1のステップと、
前記燃焼度を変化させながら前記第1のステップを繰り返し行うことで、前記被覆管の物理的破損が発生する前記燃料棒の局所出力と、前記局所出力に対応する前記燃焼度とを導出する第2のステップと、
導出された前記局所出力と前記燃焼度とに基づいて、前記各燃焼度に対応する前記被覆管の物理的破損が発生する前記局所出力を下回る前記出力制限値を導出する第3のステップと、を備える出力制限値の解析方法。
A power limit value analysis method for deriving a power limit value for limiting the local power of fuel rods provided in a core by executing analysis processing, comprising:
The fuel rod has a fuel pellet and a cladding tube that coats the fuel pellet,
The input parameters input to the analysis process include the internal pressure of the fuel rods, the average power of a fuel assembly consisting of a plurality of the fuel rods, the average power of the fuel rods, and the power distribution in the axial direction of the core,
a first step of analyzing the behavior of the fuel rod at a given burnup based on the input parameters to analyze the physical failure of the cladding during a LOCA;
By repeating the first step while changing the burnup, the local power of the fuel rod at which physical damage to the cladding occurs and the burnup corresponding to the local power are derived. 2 steps;
a third step of deriving, based on the derived local power and the burnup, the power limit below the local power at which physical failure of the cladding corresponding to each burnup occurs; A method of parsing power limits comprising
前記炉心を設計する炉心設計において、導出した前記出力制限値を設定する第4のステップを、さらに備え、
前記出力制限値は、所定の燃焼度以上において設定される請求項1に記載の出力制限値の解析方法。
In the core design for designing the core, further comprising a fourth step of setting the derived power limit value,
2. The method of analyzing an output limit value according to claim 1, wherein the output limit value is set at a burnup equal to or higher than a predetermined burnup.
前記第4のステップでは、前記所定の燃焼度以上において設定される前記出力制限値を第1の出力制限値とすると、前記所定の燃焼度未満において、前記第1の出力制限値よりも緩和される側で、炉心冷却可能形状を維持できる第2の出力制限値が設定される請求項2に記載の出力制限値の解析方法。 In the fourth step, if the output limit value set at the predetermined burnup or more is set as a first output limit value, the output limit value is relaxed more than the first output limit value at less than the predetermined burnup. 3. The power limit value analysis method according to claim 2, wherein a second power limit value that can maintain a core coolable shape is set on the side where the core is to be cooled. 前記所定の燃焼度は、サイクル中期またはサイクル末期の燃焼度である請求項2または3に記載の出力制限値の解析方法。 4. The output limit value analysis method according to claim 2, wherein the predetermined burnup is a burnup in the middle of the cycle or the end of the cycle. 前記所定の燃焼度は、60GWd/t以上である請求項4に記載の出力制限値の解析方法。 5. The output limit value analysis method according to claim 4, wherein the predetermined burnup is 60 GWd/t or more. 前記第1のステップでは、前記入力パラメータの内、前記炉心の軸方向の出力分布が、サイクル中期またはサイクル末期のものである請求項1から5のいずれか1項に記載の出力制限値の解析方法。 6. The analysis of the power limit value according to any one of claims 1 to 5, wherein in the first step, among the input parameters, the power distribution in the axial direction of the core is that of the middle cycle or the end of the cycle. Method. 前記燃料棒の平均出力と、前記燃料集合体の平均出力と関連付けられたデータが予め用意され、
前記第1のステップでは、前記入力パラメータとして入力される前記燃料集合体の平均出力が、前記データに基づいて、前記入力パラメータとして入力される前記燃料棒の平均出力に関連付けられた前記燃料集合体の平均出力である請求項1から6のいずれか1項に記載の出力制限値の解析方法。
Data associated with the average power of the fuel rods and the average power of the fuel assemblies are prepared in advance,
In the first step, the average power of the fuel assembly input as the input parameter is associated with the average power of the fuel rod input as the input parameter based on the data. 7. The method for analyzing the output limit value according to any one of claims 1 to 6, wherein the average output of
請求項1から7のいずれか1項に記載の出力制限値の解析方法によって導出された出力制限値に基づいて、炉心設計で設計される前記燃料棒の局所出力を評価することで、前記被覆管の物理的破損が発生しないか否かを判定する安全評価方法。 By evaluating the local power of the fuel rod designed in core design based on the power limit value derived by the power limit value analysis method according to any one of claims 1 to 7, the coating A safety evaluation method for determining whether or not physical damage to pipes will occur. 前記燃料棒の局所出力が、請求項1から7のいずれか1項に記載の出力制限値の解析方法によって導出された出力制限値以下となるように、炉心設計を行う炉心設計方法。 A core design method for designing a core so that the local power of said fuel rods is equal to or less than the power limit value derived by the power limit value analysis method according to any one of claims 1 to 7. 炉心に設けられる燃料棒の局所の出力を制限するための出力制限値を、解析処理を実行して導出する演算部を有する解析装置であって、
前記燃料棒は、燃料ペレットと、前記燃料ペレットを被覆する被覆管と、を有し、
前記解析処理に入力される入力パラメータは、前記燃料棒の内圧、複数の前記燃料棒からなる燃料集合体の平均出力、前記燃料棒の平均出力、前記炉心の軸方向の出力分布を含み、
前記演算部は、
前記入力パラメータに基づいて、所定の燃焼度における前記燃料棒の挙動を解析処理して、LOCA時における前記被覆管の物理的破損を解析する第1のステップと、
前記燃焼度を変化させながら前記第1のステップを繰り返し行うことで、前記被覆管の物理的破損が発生する前記燃料棒の局所出力と、前記局所出力に対応する燃焼度とを導出する第2のステップと、
導出された前記局所出力と前記燃焼度とに基づいて、前記各燃焼度に対応する前記被覆管の物理的破損が発生する前記局所出力を下回る前記出力制限値を導出する第3のステップと、を実行する解析装置。
An analysis device having a calculation unit that executes analysis processing to derive a power limit value for limiting the local power of a fuel rod provided in a core,
The fuel rod has a fuel pellet and a cladding tube that coats the fuel pellet,
The input parameters input to the analysis process include the internal pressure of the fuel rods, the average power of a fuel assembly consisting of a plurality of the fuel rods, the average power of the fuel rods, and the power distribution in the axial direction of the core,
The calculation unit is
a first step of analyzing the behavior of the fuel rod at a given burnup based on the input parameters to analyze the physical failure of the cladding during a LOCA;
By repeating the first step while changing the burnup, the local power of the fuel rod at which physical damage to the cladding occurs and the burnup corresponding to the local power are derived. a step of
a third step of deriving, based on the derived local power and the burnup, the power limit below the local power at which physical failure of the cladding corresponding to each burnup occurs; An analysis device that performs
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