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原子炉燃料再処理方法、処理順序決定方法、処理計画装置並びにプログラム - 株式会社東芝
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発明の名称 原子炉燃料再処理方法、処理順序決定方法、処理計画装置並びにプログラム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−35795(P2003−35795A)
公開日 平成15年2月7日(2003.2.7)
出願番号 特願2001−219235(P2001−219235)
出願日 平成13年7月19日(2001.7.19)
代理人 【識別番号】100087332
【弁理士】
【氏名又は名称】猪股 祥晃 (外2名)
発明者 荒川 秋雄 / 三橋 偉司 / 吉本 篤史
要約 課題
制約条件を予測し運転計画を立てることにより運転の安全を確保し、信頼性を向上した使用済み原子炉燃料再処理方法を提供する。

解決手段
燃料集合体を集合体ごとに順次処理する順次工程と、順次工程の後に複数の集合体分をまとめてバッチ処理するバッチ工程とを含む原子炉燃料再処理方法において、順次工程の集合体処理順序の決定にあたって、燃料集合体1体ごとに評価指標を評価して、相対的に安全性の厳しい集合体が連続しないように集合体処理順序を仮に決定するステップ(S3)と、期間内制約値を超えるかどうかを判断し、期間内制約値を超える場合は、期間内制約値を超えないように集合体処理順序を変更するステップ(S5−1)と、バッチ工程でのバッチ内制約値を超えるかどうかを判断し、バッチ内制約値を超える場合は、バッチ内制約値を超えないように集合体処理順序を変更するステップ(S5−2)と、を有する。
特許請求の範囲
【請求項1】 原子炉で使用された複数の使用済み燃料集合体を集合体ごとに順次処理する順次工程と、前記順次工程の後に複数の集合体分をまとめてバッチ処理するバッチ工程とを含む原子炉燃料再処理方法において、前記順次工程の集合体処理順序の決定にあたって、前記燃料集合体1体ごとに、各燃料集合体が処理されるときの安全性の観点から規定される集合体評価指標を評価して、相対的に安全性の厳しい集合体が連続しないように集合体処理順序を仮に決定する仮決定ステップと、前記集合体処理順序で処理した場合に、所定期間ごとに処理する複数の燃料集合体について安全性の観点から規定される期間内制約値を超えるかどうかを判断し、前記期間内制約値を超える場合は、該期間内制約値を超えないように前記集合体処理順序を変更する期間内制約調整ステップと、前記集合体処理順序で処理した場合に、前記バッチ工程での1バッチ当たりに処理する複数の燃料集合体について安全性の観点から規定されるバッチ内制約値を超えるかどうかを判断し、前記バッチ内制約値を超える場合は、該バッチ内制約値を超えないように前記集合体処理順序を変更するバッチ内制約調整ステップと、を有すること、を特徴とする原子炉燃料再処理方法。
【請求項2】 請求項1に記載の原子炉燃料再処理方法において、前記原子炉は複数あって、前記集合体評価指標の所定の基準値を超える集合体を要注意集合体として、前記各原子炉の中で前記要注意集合体の数が多い原子炉から集合体処理順序を決定し、当該原子炉の集合体だけで処理順序を決定できない場合に次の原子炉の集合体を混ぜて集合体処理順序を決定すること、を特徴とする原子炉燃料再処理方法。
【請求項3】 請求項1または2に記載の原子炉燃料再処理方法において、前記仮決定ステップで、前記集合体評価指標に基づいて、相対的に安全性の厳しい集合体が所定期間内でほぼ等間隔に並ぶように集合体処理順序を仮に決定すること、を特徴とする原子炉燃料再処理方法。
【請求項4】 請求項1、2または3に記載の原子炉燃料再処理方法において、前記仮決定ステップで、前記集合体評価指標の最も高い集合体と最も低い集合体を交互に抽出して集合体処理順序を仮に決定すること、を特徴とする原子炉燃料再処理方法。
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかに記載の原子炉燃料再処理方法において、前記集合体評価指標が、燃焼度、ウラン235の残留濃縮度、核分裂生成物量のうちの少なくとも一つを含むこと、を特徴とする原子炉燃料再処理方法。
【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかに記載の原子炉燃料再処理方法において、前記集合体評価指標が、少なくとも、集合体中のプルトニウム240の全プルトニウムの重量に対する組成比を含むこと、を特徴とする原子炉燃料再処理方法。
【請求項7】 請求項1ないし6のいずれかに記載の原子炉燃料再処理方法において、前記集合体評価指標が、少なくとも、中性子モニタの検出値を含むこと、を特徴とする原子炉燃料再処理方法。
【請求項8】 原子炉で使用された複数の使用済み燃料集合体を集合体ごとに順次処理する順次工程と、前記順次工程の後に複数の集合体分をまとめてバッチ処理するバッチ工程とを含む原子炉燃料再処理における前記順次工程の集合体処理順序の決定方法において、前記燃料集合体1体ごとに、各燃料集合体が処理されるときの安全性の観点から規定される集合体評価指標を評価して、相対的に安全性の厳しい集合体が連続しないように集合体処理順序を仮に決定する仮決定ステップと、前記集合体処理順序で処理した場合に、所定期間ごとに処理する複数の燃料集合体について安全性の観点から規定される期間内制約値を超えるかどうかを判断し、前記期間内制約値を超える場合は、該期間内制約値を超えないように前記集合体処理順序を変更する期間内制約調整ステップと、前記集合体処理順序で処理した場合に、前記バッチ工程での1バッチ当たりに処理する複数の燃料集合体について安全性の観点から規定されるバッチ内制約値を超えるかどうかを判断し、前記バッチ内制約値を超える場合は、該バッチ内制約値を超えないように前記集合体処理順序を変更するバッチ内制約調整ステップと、を有すること、を特徴とする集合体処理順序決定方法。
【請求項9】 請求項8に記載の集合体処理順序決定方法において、前記原子炉は複数あって、前記集合体評価指標の所定の基準値を超える集合体を要注意集合体として、前記各原子炉の中で前記要注意集合体の数が多い原子炉から集合体処理順序を決定し、当該原子炉の集合体だけで処理順序を決定できない場合に次の原子炉の集合体を混ぜて集合体処理順序を決定すること、を特徴とする集合体処理順序決定方法。
【請求項10】 原子炉で使用された複数の使用済み燃料集合体を集合体ごとに順次処理する順次工程と、前記順次工程の後に複数の集合体分をまとめてバッチ処理するバッチ工程とを含む原子炉燃料再処理方法における前記順次工程の集合体処理順序を決定するために、コンピュータを、前記燃料集合体1体ごとに、各燃料集合体が処理されるときの安全性の観点から規定される集合体評価指標を評価して、相対的に安全性の厳しい集合体が連続しないように集合体処理順序を仮に決定する仮決定手段と、前記集合体処理順序で処理した場合に、所定期間ごとに処理する複数の燃料集合体について安全性の観点から規定される期間内制約値を超えるかどうかを判断し、前記期間内制約値を超える場合は、該期間内制約値を超えないように前記集合体処理順序を変更する期間内制約調整手段と、前記集合体処理順序で処理した場合に、前記バッチ工程での1バッチ当たりに処理する複数の燃料集合体について安全性の観点から規定されるバッチ内制約値を超えるかどうかを判断し、前記バッチ内制約値を超える場合は、該バッチ内制約値を超えないように前記集合体処理順序を変更するバッチ内制約調整手段と、として機能させるための集合体処理順序決定プログラム。
【請求項11】 原子炉で使用した各燃料集合体の燃料特性データと、燃料処理の制限値となる制限値データと、燃料処理の制限値からの余裕を含む燃料処理の目標データとを入力するデータ入力装置と、これらデータを表示する表示装置と、データの選択信号を入力する選択信号入力装置と、これら表示装置および選択信号入力装置を制御する表示入力制御装置と、燃料特性データと選択信号入力装置からの選択データを入力してデータを選択するデータ選択装置と、基準値を超える燃料集合体の有無を判定する要注意集合体判定装置と、要注意集合体がある場合に集合体処理順序を並べ替える集合体処理順序並べ替え装置と、計画された燃料が処理可能かを確認し表示する確認装置と、を有することを特徴とする燃料処理計画装置。
【請求項12】 請求項11に記載の燃料処理計画装置において、目標値データに基づき燃料集合体の処理順序を変更する集合体処理順序並び替え前処理装置をさらに有すること、を特徴とする燃料処理計画装置。
【請求項13】 請求項11または12記載の燃料処理計画装置において、前記燃料特性データは対象とする燃料集合体の所有者および燃料集合体が所属していた原子炉の名称および炉型からなる所属原子炉データと、燃料集合体の燃焼度、燃料集合体内のウラン235の残留濃縮度、燃料集合体内の核分裂生成物の組成データ、核分裂生成物量を含むこと、を特徴とする燃料処理計画装置。
【請求項14】 請求項11から13記載の燃料処理計画装置において、データ選択装置は、燃料が使用された原子炉ごとに区別し同一原子炉に所属する燃料のデータを選択すること、を特徴とする燃料処理計画装置。
【請求項15】 燃料処理順序を計画するために、コンピュータを、原子炉で使用した各燃料集合体の燃料特性データと、燃料処理の制限値となる制限値データと、燃料処理の制限値からの余裕を含む燃料処理の目標データとを入力するデータ入力手段と、これらデータを表示する表示手段と、データの選択信号を入力する選択信号入力手段と、これら表示装置および選択信号入力装置を制御する表示入力制御手段と、燃料特性データと選択信号入力装置からの選択データを入力してデータを選択するデータ選択手段と、基準値を超える燃料の有無を判定する要注意燃料判定手段と、要注意燃料がある場合燃料処理順序を並べ替える燃料処理順序並べ替え手段と、計画された燃料が処理可能かを確認し表示する確認手段と、として機能させるための燃料処理計画プログラム。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉燃料再処理方法に係り、特に、再処理方法、処理順序決定方法、処理順序決定プログラム、処理計画装置および処理計画プログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】図15は再処理施設における使用済み燃料の処理の流れを示すフローである。加圧水型原子炉(PWR)および沸騰水型原子炉(BWR)など原子力発電プラントより受け入れられた使用済み燃料は貯蔵され(S81)、せん断(S82)、溶解(S83)、清澄(S84)、計量・調整(S85)の各工程を経て、共除染・分配工程(S86)でプルトニウム(Pu)溶液とウラン溶液に分配される。これらウラン、Pu溶液はそれぞれ、精製(S87、S88)、濃縮され(S89、S90)、転換工程を経てウランおよびMOX製品として貯蔵される(S91)。
【0003】この再処理で、せん断工程(S82)までは、燃料は燃料集合体(例えば燃料棒の束、バンドル)の形態であり、この集合体単位で順次処理される。また、計量・調整工程(S85)では、計量槽に、例えば5tUの燃料が入れられて、バッチ処理される。
【0004】この処理は通常、年間を2〜3に分けた期間および月間に計画され、これらはそれぞれキャンペーン、サブキャンペーンと呼ばれている。サブキャンペーンでは、(1日当たりの処理量)×(月間の稼動日数)の処理がなされる。
【0005】この再処理工程ではPWRやBWRなど種々の燃料が受け入れられる。このとき燃料を所有している電力会社のどの原子炉で燃焼した燃料か、あるいは燃料の長さ・サイズが異なることからこれらをせん断する治具について区別して処理する必要がある。
【0006】さらに再処理施設で処理される使用済み燃料には、これまでの燃焼経歴により種々の燃焼度、ウラン235残留濃縮度、Pu組成のものがある。しかし、処理施設の発熱の抑制および臨界の防止による安全確保のため、これら燃焼度、ウラン235残留濃縮度、Pu組成等には制限があり、これを守った再処理計画を立てることが必要とされている。
【0007】例えば、再処理施設内の機器の温度は、処理する燃料からの崩壊熱が高いほど上昇することになり、崩壊熱は燃料の燃焼度が高いほど大きいという特徴がある。すなわち、燃焼度の高い崩壊熱が大きい燃料を処理する場合は、発熱量を抑えるため、次に、発熱の小さい、燃焼度の低い燃料を処理する必要がある。
【0008】さらに、処理途中に核的に臨界にならないことの制限からウランの残留濃縮度、240Puの組成およびPuの総量について制限がある。残留濃縮度が大きいほどその体系は臨界になりやすく、Puの中でも240Pu以外の239Puなどの割合が大きいほど臨界になりやすいことがある。また、燃料に含まれるPuの量が大きいほど核反応の確率が増え体系は臨界になりやすい。これらについては再処理事業指定申請書により制限が示されており、これらの主要な制限値をまとめると以下のようになる。
【0009】[制限1] 1日当たり再処理する使用済み燃料の平均燃焼度≦45,000MWd/tU。ここで、tUは照射前金属ウラン重量換算値である。
[制限2] 1日当たり再処理するPu量≦54kg[制限3] 計量槽1バッチ当たりのウラン残留濃縮度≦1.6wt%。ここで、計量槽1バッチは通常5 tU程度の容量がある。計量槽1バッチは例えば5tUとしたとき沸騰水型燃料では1バンドル当たり 0.2tU程度あるため計量槽1バッチは25から30体の燃料バンドルに相当する。
[制限4] 計量槽1バッチ当たりの240Pu組成≧17wt%【0010】ここで、[制限1]と[制限2]の制限は1日当たりの処理量に対するものであるため、1日当たりに平均化した場合の平均値が制約の対象になる。[制限3]と[制限4]は計量槽1バッチ当たりについてであり、計量槽1バッチ当たり、例えば沸騰水型原子炉用燃料の場合、25から30体の燃料バンドルについての平均値が制約の対象になる。
【0011】また、臨界の監視は、特開2001−91686号公報「再処理施設の運転計画方法および運転管理方法」に記載されているように、対象とする機器のPu濃度を中性子計数率で監視し警報を発生する。ただし、対象燃料により計数率は変動し、全ての条件でPu濃度を監視することになる場合、再処理施設の設備利用率は低下する。この設備利用率の低下を防ぐためには、初期の処理計画から計数率を予測し処理計画を修正し、計数率の表示から対象機器のPu濃度を求めPu濃度および計数率の時間変化も予測し適切な運転管理が必要となる。すなわち、中性子モニタの読み値を運転計画の段階で把握、予測する必要があり中性子モニタの読み値は運転上の制限となる。
【0012】したがって、[制限5] 中性子モニタの読み値が制限以内を考慮する必要がある。
【0013】これら燃料の再処理工程の計画管理のシステムとしては例えば、杉山俊英ほか「再処理工場運転支援システムの開発」動燃技報 No.76, pp.86-95,1990.12などが知られている。このシステムではプロセスを管理するコンピュータにより各工程のデータを入力し運転状況の把握をするものである。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来、運転計画を立案するにあたって処理燃料組成や溶液に関する種々の制限を考慮して計画を事前に立てるようなシステムはなかった。本発明はこのような事情に対してなされたもので、上述のような種々の安全上の制約条件を事前に予測し運転計画を立てることにより運転の安全を確保し、経済性および信頼性を向上した再処理施設の運転方法、計画立案方法およびそのための装置等を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成するものであって、請求項1の発明は、原子炉で使用された複数の使用済み燃料集合体を集合体ごとに順次処理する順次工程と、前記順次工程の後に複数の集合体分をまとめてバッチ処理するバッチ工程とを含む原子炉燃料再処理方法において、前記順次工程の集合体処理順序の決定にあたって、前記燃料集合体1体ごとに、各燃料集合体が処理されるときの安全性の観点から規定される集合体評価指標を評価して、相対的に安全性の厳しい集合体が連続しないように集合体処理順序を仮に決定する仮決定ステップと、前記集合体処理順序で処理した場合に、所定期間ごとに処理する複数の燃料集合体について安全性の観点から規定される期間内制約値を超えるかどうかを判断し、前記期間内制約値を超える場合は、該期間内制約値を超えないように前記集合体処理順序を変更する期間内制約調整ステップと、前記集合体処理順序で処理した場合に、前記バッチ工程での1バッチ当たりに処理する複数の燃料集合体について安全性の観点から規定されるバッチ内制約値を超えるかどうかを判断し、前記バッチ内制約値を超える場合は、該バッチ内制約値を超えないように前記集合体処理順序を変更するバッチ内制約調整ステップと、を有すること、を特徴とする。
【0016】請求項1の発明によれば、燃料の再処理時に安全上の各種の制約条件に対しての余裕の厳しい燃料も平均的な安全余裕を緩和することができ、安全性・経済性を向上させることができる。
【0017】また、請求項2の発明は、請求項1に記載の原子炉燃料再処理方法において、前記原子炉は複数あって、前記集合体評価指標の所定の基準値を超える集合体を要注意集合体として、前記各原子炉の中で前記要注意集合体の数が多い原子炉から集合体処理順序を決定し、当該原子炉の集合体だけで処理順序を決定できない場合に次の原子炉の集合体を混ぜて集合体処理順序を決定すること、を特徴とする。請求項2の発明によれば、請求項1の発明の作用・効果を得られるほか、複数の原子炉で使用された燃料を効率よく再処理することができる。
【0018】また、請求項3の発明は、請求項1または2に記載の原子炉燃料再処理方法において、前記仮決定ステップで、前記集合体評価指標に基づいて、相対的に安全性の厳しい集合体が所定期間内でほぼ等間隔に並ぶように集合体処理順序を仮に決定すること、を特徴とする。請求項3の発明によれば、請求項1または2の発明の作用・効果を得られるほか、処理される燃料の特性の平均化を図ることができる。
【0019】また、請求項4の発明は、請求項1、2または3に記載の原子炉燃料再処理方法において、前記仮決定ステップで、前記集合体評価指標の最も高い集合体と最も低い集合体を交互に抽出して集合体処理順序を仮に決定すること、を特徴とする。請求項4の発明によれば、請求項1、2または3の発明の作用・効果を得られるほか、簡単な作業で、処理される燃料の特性の平均化を図ることができる。
【0020】また、請求項5の発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の原子炉燃料再処理方法において、前記集合体評価指標が、燃焼度、ウラン235の残留濃縮度、核分裂生成物量のうちの少なくとも一つを含むこと、を特徴とする。また、請求項6の発明は、請求項1ないし5のいずれかに記載の原子炉燃料再処理方法において、前記集合体評価指標が、少なくとも、集合体中のプルトニウム240の全プルトニウムの重量に対する組成比を含むこと、を特徴とする。請求項5または6の発明によれば、請求項1ないし4のいずれかの発明の作用・効果を得られるほか、再処理の安全性を確実に図ることができる。
【0021】また、請求項7の発明は、請求項1ないし6のいずれかに記載の原子炉燃料再処理方法において、前記集合体評価指標が、少なくとも、中性子モニタの検出値を含むこと、を特徴とする。請求項7の発明によれば、請求項1ないし6のいずれかの発明の作用・効果を得られるほか、中性子束の異常上昇を確実に回避できる。
【0022】また、請求項8の発明は、原子炉で使用された複数の使用済み燃料集合体を集合体ごとに順次処理する順次工程と、前記順次工程の後に複数の集合体分をまとめてバッチ処理するバッチ工程とを含む原子炉燃料再処理における前記順次工程の集合体処理順序の決定方法において、前記燃料集合体1体ごとに、各燃料集合体が処理されるときの安全性の観点から規定される集合体評価指標を評価して、相対的に安全性の厳しい集合体が連続しないように集合体処理順序を仮に決定する仮決定ステップと、前記集合体処理順序で処理した場合に、所定期間ごとに処理する複数の燃料集合体について安全性の観点から規定される期間内制約値を超えるかどうかを判断し、前記期間内制約値を超える場合は、該期間内制約値を超えないように前記集合体処理順序を変更する期間内制約調整ステップと、前記集合体処理順序で処理した場合に、前記バッチ工程での1バッチ当たりに処理する複数の燃料集合体について安全性の観点から規定されるバッチ内制約値を超えるかどうかを判断し、前記バッチ内制約値を超える場合は、該バッチ内制約値を超えないように前記集合体処理順序を変更するバッチ内制約調整ステップと、を有すること、を特徴とする。
【0023】請求項8の発明によれば、燃料の再処理時に安全上の各種の制約条件に対しての余裕の厳しい燃料も平均的な安全余裕を緩和することができ、安全性・経済性を向上させることができる。
【0024】また、請求項9の発明は、請求項8に記載の集合体処理順序決定方法において、前記原子炉は複数あって、前記集合体評価指標の所定の基準値を超える集合体を要注意集合体として、前記各原子炉の中で前記要注意集合体の数が多い原子炉から集合体処理順序を決定し、当該原子炉の集合体だけで処理順序を決定できない場合に次の原子炉の集合体を混ぜて集合体処理順序を決定すること、を特徴とする。請求項9の発明によれば、請求項8の発明の作用・効果を得られるほか、複数の原子炉で使用された燃料を効率よく再処理することができる。
【0025】また、請求項10の発明は、原子炉で使用された複数の使用済み燃料集合体を集合体ごとに順次処理する順次工程と、前記順次工程の後に複数の集合体分をまとめてバッチ処理するバッチ工程とを含む原子炉燃料再処理方法における前記順次工程の集合体処理順序を決定するために、コンピュータを、前記燃料集合体1体ごとに、各燃料集合体が処理されるときの安全性の観点から規定される集合体評価指標を評価して、相対的に安全性の厳しい集合体が連続しないように集合体処理順序を仮に決定する仮決定手段と、前記集合体処理順序で処理した場合に、所定期間ごとに処理する複数の燃料集合体について安全性の観点から規定される期間内制約値を超えるかどうかを判断し、前記期間内制約値を超える場合は、該期間内制約値を超えないように前記集合体処理順序を変更する期間内制約調整手段と、前記集合体処理順序で処理した場合に、前記バッチ工程での1バッチ当たりに処理する複数の燃料集合体について安全性の観点から規定されるバッチ内制約値を超えるかどうかを判断し、前記バッチ内制約値を超える場合は、該バッチ内制約値を超えないように前記集合体処理順序を変更するバッチ内制約調整手段と、として機能させるための集合体処理順序決定プログラムである。
【0026】請求項10の発明によれば、燃料の再処理時に安全上の各種の制約条件に対しての余裕の厳しい燃料も平均的な安全余裕を緩和することができ、安全性・経済性を向上させることができる。
【0027】また、請求項11の発明は、原子炉で使用した各燃料集合体の燃料特性データと、燃料処理の制限値となる制限値データと、燃料処理の制限値からの余裕を含む燃料処理の目標データとを入力するデータ入力装置と、これらデータを表示する表示装置と、データの選択信号を入力する選択信号入力装置と、これら表示装置および選択信号入力装置を制御する表示入力制御装置と、燃料特性データと選択信号入力装置からの選択データを入力してデータを選択するデータ選択装置と、基準値を超える燃料集合体の有無を判定する要注意集合体判定装置と、要注意集合体がある場合に集合体処理順序を並べ替える集合体処理順序並べ替え装置と、計画された燃料が処理可能かを確認し表示する確認装置と、を有することを特徴とする燃料処理計画装置である。
【0028】請求項11の発明によれば、燃料の再処理時に安全上の各種の制約条件に対しての余裕の厳しい燃料も平均的な安全余裕を緩和することができ、安全性・経済性を向上させることができる。
【0029】また、請求項12の発明は、請求項11に記載の燃料処理計画装置において、目標値データに基づき燃料集合体の処理順序を変更する集合体処理順序並び替え前処理装置をさらに有すること、を特徴とする。請求項12の発明によれば、請求項11の発明の作用・効果を得られるほか、目標値を用いることによって、安全余裕を高めることができる。
【0030】また、請求項13の発明は、請求項11または12記載の燃料処理計画装置において、前記燃料特性データは対象とする燃料集合体の所有者および燃料集合体が所属していた原子炉の名称および炉型からなる所属原子炉データと、燃料集合体の燃焼度、燃料集合体内のウラン235の残留濃縮度、燃料集合体内の核分裂生成物の組成データ、核分裂生成物量を含むこと、を特徴とする。
【0031】請求項13の発明によれば、請求項11または12の発明の作用・効果を得られるほか、処理対象となる燃料の使用されていた状況に応じて効率的な処理を行うことができる。
【0032】また、請求項14の発明は、請求項11から13記載の燃料処理計画装置において、データ選択装置は、燃料が使用された原子炉ごとに区別し同一原子炉に所属する燃料のデータを選択すること、を特徴とする。請求項14の発明によれば、請求項11、12または13の発明の作用・効果を得られるほか、さらに効率的な処理を行うことができる。
【0033】また、請求項15の発明は、燃料処理順序を計画するために、コンピュータを、原子炉で使用した各燃料集合体の燃料特性データと、燃料処理の制限値となる制限値データと、燃料処理の制限値からの余裕を含む燃料処理の目標データとを入力するデータ入力手段と、これらデータを表示する表示手段と、データの選択信号を入力する選択信号入力手段と、これら表示装置および選択信号入力装置を制御する表示入力制御手段と、燃料特性データと選択信号入力装置からの選択データを入力してデータを選択するデータ選択手段と、基準値を超える燃料の有無を判定する要注意燃料判定手段と、要注意燃料がある場合燃料処理順序を並べ替える燃料処理順序並べ替え手段と、計画された燃料が処理可能かを確認し表示する確認手段と、として機能させるための燃料処理計画プログラムである。
【0034】請求項15の発明によれば、燃料の再処理時に安全上の各種の制約条件に対しての余裕の厳しい燃料も平均的な安全余裕を緩和することができ、安全性・経済性を向上させることができる。
【0035】
【発明の実施の形態】<第1の実施の形態>初めに、本発明による原子炉燃料再処理計画装置の一実施形態を説明する。図1において、データ読込み装置1は、各燃料バンドルの燃料特性に関する燃料特性データ2と、燃料処理の制限値(基準値)となる制限値(基準値)データ3と、燃料処理の制限値(基準値)からの余裕を含む燃料処理の目標データ4とを読み込む。データ読込み装置1に入力された内容は、表示入力装置10を介して表示装置11に表示される。
【0036】燃料特性データ2には、図2に示すように所属していた原子炉のデータと、燃料バンドルの燃焼度、残留濃縮度、240Pu組成(240Puの全プルトニウムに対する重量割合)、Pu量、核分裂生成物組成、核分裂生成物量などが含まれている。
【0037】次に、データ選択装置5で、読み込まれたデータから燃料の種別と量を集計し、リストアップし、処理すべき燃料を選択する。ここで、選択信号入力装置12を介して選択信号が入力される。そして、燃料処理順序並べ替え前処理装置6で、選択した燃料について制約値が平均的になるよう並べ替える。
【0038】次に、要注意燃料判定装置7で、各燃料について基準値を超える燃料があるかどうかを判定する。ここで、基準値を超えると判定された燃料は、その処理の順序や方法などに注意を要する。そのため、このような要注意燃料がある場合には、燃料処理順序並べ替え装置8で、制約条件を確認して並べ替え、制約条件を満足するよう再配列する。最後に処理することが適当であるかどうかを確認装置9で確認して、この確認結果を、表示入力装置10を介して表示装置11に表示する。
【0039】これらの計画立案手順は燃料処理の例えば半年間の計画(キャンペーン計画)とキャンペーン計画を構成する例えば1箇月ごとのサブ計画(サブキャンペーン計画)から成っており、それぞれについて以下に示す。
【0040】初めに、年間処理計画の立案のため、図3に示すような在庫燃料表示画面を表示装置11(図1)に示す。例えば、冷却4年以上の燃料在庫量が表示される。この在庫量の表示画面では電力会社名ごとに炉単位で可燃性毒物としてのガドリニア(Gd)の注入の必要な燃料とGd注入の不要な燃料について在庫がtU単位で表示されている。燃料の種類はPWRとBWRの2種類である。PWRの場合は燃料のタイプにより燃料横転クレーン治具が3種類あり、これにより処理の単位が分かれるためこれらを区別して表示する。また、所有者でPWRとBWRの両者を持っている場合はこれらを区別して表示している。
【0041】次に、図4のように、各社のそれぞれの炉についての処理目標値を入力して処理対象とする燃料種類を入力する。このとき処理目標値の合計は年間の処理量となるようにする。これらの入力は選択信号入力装置12から行う。入力された信号はデータ選択装置5に送られ、どの炉の燃料を処理するかが判断されデータが選択される。年間の処理計画が決まった後はせん断治具の交換などのタイミングにより、これを部分的な計画に分け部分計画(サブキャンペーン計画)の立案をする。
【0042】部分計画のロジックを示すと以下のようになる。ここで、サブキャンペーンの量をXSUBtUとする。初めに、データ選択装置5で選択された処理すべき燃料について、燃料処理順序並べ替え前処理装置6において、燃焼度の制限を考慮して平均の燃焼度が平坦になるよう燃料の組み合わせを行う。在庫の燃料より燃焼度の低いバンドルと高いバンドルを一つずつ持ってきて交互に組み合わせ平均燃焼度の平坦化をする。この組み合わせによっても制限を満足しない場合には、各制限値ごとについてバンドルを入れ替えて制限値を満足する組み合わせを求める。
【0043】このとき制限値の代わりに制限値の誤差などを考慮して制限値に余裕を含めた目標値データを組み合わせて、余裕のある計画を立案するようにしても良い。1日平均燃焼度の制限条件に注目した場合のサブキャンペーン計画ロジックは、図5のフローに示す流れをとる。
【0044】[ステップ1] 初めに、全在庫の個別燃料について、安全余裕が比較的小さく要注意燃料を含む炉をリストアップする。すなわち、図6に示すフローのように、要注意燃料判定装置7で判定された、個別の燃料単位で安全評価指標の基準値を超えている要注意燃料を探し出し、その燃料が含まれている炉をリストアップし、要注意燃料の数を記録して処理する炉の順序に優先度を付ける(S1−2)。このとき、優先度の付け方は残留濃縮度や240Pu組成の基準値を優先することにしても良い。[ステップ2] 次に、一つの炉でXSUBtU以上確保可能か判定する(S2)。
【0045】[ステップ3] 一つの炉でXSUBtU以上確保可能な場合には対象とする炉の在庫燃料から燃焼度の低いバンドルと高いバンドルから1体ずつ順に選びXSUBtUで区切り並べる(S3)。
【0046】[ステップ4] これらXSUBtU単位に対して、個別燃料ごとに基準条件の評価をする(S4)。基準条件は、(1)燃焼度≦45,000MWd/tU、(2)ウラン残留濃縮度≦1.6wt%、(3)240Pu組成≧17wt%、(4)安全系中性子モニタの制限、(5)1バンドル当たりのPu量≦54/4(Kg/tU)、である。ここで、(5)については、各バンドルが(5)の条件を満たせば、1日当たりの処理量4tUの燃料に対するPu量の制限を満たすこととなる。このXSUBtUの中の全ての燃料が制限条件を満足している場合にはこのままの組み合わせでサブキャンペーンを構成する。
【0047】[ステップ5] この基準条件を満足しないいわゆる要注意燃料がある場合には基準条件を確認し、燃料処理順序並べ替え装置8にて燃料を並べ替える(S5)。この燃料の並べ替えのロジックを図7、8に示す。このロジックでは、以下の実際の制限条件により評価する。すなわち制限条件は、(1)1日当たり処理する燃料の平均燃焼度≦45,000MWd/tU、(2)計量槽1バッチ当たりのウラン残留濃縮度≦1.6wt%、(3)計量槽1バッチ当たり240Pu組成≧17wt%、(4)安全系中性子モニタの制限、(5)1日当たり処理するPu量≦54Kg、である。
【0048】[ステップ5−1] ここで、上記制限条件の(1)に示した1日平均燃焼度に注目すると、初めに燃焼度の低いバンドルと高いバンドルから1バンドルずつ持ってきて組み合わせるため、図9の(2)に示すように2バンドルのユニットを作り、2バンドル平均が制限値を満足すれば、1日平均の燃焼度の制限も満足することになる。2バンドルのユニットで制限値を満足しない場合には、図9の(3)のように3、4、…、Nバンドルのユニットを作り、Nバンドル平均が制限条件を満足すればよい(S5−1)。ここで、Nは1日に処理するバンドル数以下とする。このときのバンドル数は、1日の処理量をX1tU、1バンドルのウラン重量をXB1tUとすると、X1 /XB1で与えられる。
【0049】この組み合わせによっても1日平均燃焼度の制限を満足しない場合にはステップ2に戻り、対象燃料の範囲を広げ再計画をする。例えば、これまでXSUBtUの中の在庫で検索していたものをXSUB+10tU中で検索して再計画する。
【0050】[ステップ5−2] 次に、上記制限条件の(2)に示したウラン残留濃縮度の制限については、図7に示すように計量槽1バッチ当たりの残留濃縮度が1.6wt%以上である場合にはその原因となる残留濃縮度の高いバンドルを探し出し、図10に示すように、燃焼度の制限を満足する組み合わせの中で残留濃縮度が平坦となるよう残留濃縮度の低いバンドルと高いバンドルを組み合わせる。平均燃焼度を満足させかつ、残留濃縮度の制限を満足させることが困難な場合は、ステップ5−1と同様に対象燃料の範囲を広げて再計画をする。
【0051】[ステップ5−3〜ステップ5−5] 次に、ステップ5−3〜ステップ5−5(S5−3〜5)として、上記制限条件の(3)〜(5)に示した、計量槽1バッチ当たりの240Pu組成、および安全系中性子モニタの制限1日当たりのPu量についても同様に処理することになる。安全系中性子モニタの制限については計量槽1バッチごとの中性子発生率Nbを求め、これを中性子モニタ読み値に変換し評価する。
【0052】平均燃焼度を満足させ、かつ、残留濃縮度の制限、計量槽1バッチ当たりの240Pu組成の制限、安全系中性子モニタの制限、1日当たりのPu量の各制限についてもこれらを満足させることが困難な場合は、ステップ5−1と同様に対象燃料の範囲を広げて再計画をする。
【0053】[ステップ6] このXSUBtU内で確保できる場合には、サブキャンペーンの燃料処理順序を表示し、人間系による確認をする。確認の結果、特に問題がなければ次のサブキャンペーンの計画に移る(図5、S6)。このとき対象とする炉の在庫量の残りがXSUBtU以下である場合には新たに炉を選択する。XSUBtU以上である場合には同一の炉で次のサブキャンペーンの計画をすることになる。
【0054】また、次の炉の選択において一つの炉でXSUBtU確保可能でない場合には、同じ電力会社で同治具のもう一つの炉を選択してXSUBtU以上確保可能か判定する。二つの炉でXSUBtU確保可能な場合には、一つの炉でXSUBtU確保可能な場合と同じようにサブキャンペーンの計画をする。
【0055】このとき、組み合わせる炉の数は2以下とする。余りを組み合わせてもXSUBtU以上にならない場合にはサブキャンペーンと残り燃料を表示してキャンペーン計画を終了する。
【0056】処理対象燃料を燃焼度順に並べたグラフを図11に示す。横軸はバンドルの番号である。各縦棒は、図11(a)では各バンドルの燃焼度、図11(b)では各バンドルの残留濃縮度を示している。折れ線は、それぞれ、1日当たりの平均燃焼度および計量槽1バッチ当たりの残留濃縮度である。
【0057】ここに、図11(a)の1日当たりの平均燃焼度は、1日の処理量4tUすなわち約11体の燃料バンドルの平均を表し、グラフは、対象バンドルより約11体前からの平均値を表したものである。また、図11(b)の計量槽1バッチ当たりの残留濃縮度は、1バッチの処理量5tUすなわち約13体の燃料バンドルの平均を表し、グラフは、対象バンドルより約13体前からの平均値を表したものである。図11(a)では、最後の数十体が制限値45GWd/tU 以上となっている。
【0058】燃焼度について、最小側および最大側から順次一体ずつ取り出して並べ替えた結果を図12に示す。横軸は処理順序を示している。また、図12には、この並べ替えた燃料について、1日平均燃焼度と計量槽1バッチ当たりの残留濃縮度を折れ線で示してある。図12(a)に示すように,燃焼度については、最小側および最大側から一体ずつ取り出して並べ替えたことで、燃焼度の制限を満足していることがわかる。
【0059】<第2の実施の形態>次に、本発明による原子炉燃料再処理方法の第2の実施の形態を説明する。ただし,上記第1の実施の形態と同様の部分は説明を省略する。この再処理方法は、制約条件が厳しいと考えられる残留濃縮度と240Pu組成の制限を考慮して平均の残留濃縮度の平坦化を行い、次に燃焼度の制限を考慮して平均燃焼度の平坦化を行うものである。
【0060】在庫の燃料より残留濃縮度および240Pu組成の高い燃料を選び出しこれがサブキャンペーン内に均等に分布するよう配置する。そして燃焼度の低いバンドルと高いバンドルを順次一つずつ持ってきて交互に組み合わせ、平均燃焼度の平坦化をする。残留濃縮度について均等に分配する方法を図13に示す。この組み合わせによっても制限を満足しない場合には各制限値ごとについてバンドルの入替え制限値を満足する組み合わせを求める。
【0061】この残留濃縮度および240Pu組成の大きいバンドルを初めに注目し処理するロジックのフローを図14に示す。制約条件が厳しいと考えられる残留濃縮度と240Pu組成の制限を考慮して平均の残留濃縮度の平坦化を行い、次に燃焼度の制限を考慮して平均燃焼度の平坦化を行う。初めのステップで残留濃縮度と240Pu組成の制限を考慮して並び替えをするロジックの処理手順を以下に示す。
【0062】[ステップ1] 第1の実施の形態と同様に、初めに全在庫の個別燃料について安全性の面で条件の厳しい燃料を含む炉をリストアップする。
[ステップ2] 次に一つの炉でXSUBtU以上確保可能か判定する。
[ステップ3−1] 一つの炉でXSUBtU以上確保可能な場合には、在庫の燃料より残留濃縮度および240Pu組成の高い燃料を選び出し、これがサブキャンペーン内に均等に分布するよう配置する。
【0063】すなわち、残留濃縮度の大きいバンドル数は多くないことから、残留濃縮度の大きいバンドルを初めに選び出し、これを計量槽1バッチの単位(XBATCHtU)ごとにばらまき残留濃縮度の大きなバンドルが全体に平均して分布するように並べ替える。これによって初めに残留濃縮度の制限を緩和しておく。
[ステップ3−2] 燃焼度の低いバンドルと高いバンドルを一つずつ持ってきて交互に組み合わせ、平均燃焼度の平坦化をする。
【0064】[ステップ4〜ステップ6] 第1の実施の形態のステップ4〜ステップ6と同様の処理を行うことにより、他の制約条件も満足化する。これらは、[制限1]から[制限5]に示すような安全上の制限値を満足するように計画されるが、データの精度などを考慮して安全制限値よりも厳しい管理目標値を導入して、安全制限値の代わりに管理目標値で計画を立てることも考えられる。この場合、より安全が確保できる。
【0065】また、燃焼度、ウラン235の残留濃縮度、プルトニウム240の全プルトニウムの重量に対する組成比およびプルトニウム重量として各運転された原子炉で管理された値だけでなく、燃焼度のモニタあるいはせん断溶解された溶液からの計測データを用いることも考えられる。
【0066】
【発明の効果】本発明によれば、燃料の再処理時に安全上の各種の制約条件に対しての余裕の厳しい燃料も適切に混合・組み合わせることで平均的な安全余裕を緩和することができ、安全性・経済性を向上させることができる。




 

 


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