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JP7446960B2 - Prediction model building device and prediction device - Google Patents
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JP7446960B2 - Prediction model building device and prediction device - Google Patents

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Description

本発明は、原子力発電プラントの炉水水質の予測モデル構築装置および予測装置に関する。 The present invention relates to a prediction model construction device and a prediction device for reactor water quality in a nuclear power plant.

原子力発電プラント(単にプラントとも記す)として、例えば、沸騰水型原子力発電プラント(BWR、Boiling Water Reactor)や加圧水型原子力発電プラント(PWR、Pressurized Water Reactor)が知られている。これらのプラントにおいて、原子炉圧力容器などの主要な構成部材は、腐食を抑制するために、水が接触する接水部にステンレス鋼やニッケル基合金などが用いられている。これらの構造材料は、水質、材料および応力が、ある特定の条件を満たすと応力腐食割れ(SCC、Stress Corrosion Cracking)が発生進展する。このため、応力腐食割れの防止策が、原子炉の健全性を維持するために適用されている。また、近年では原子炉の設備利用率向上や、長寿命化のような経済性向上の観点からも応力腐食割れの予防策が適用される。 As nuclear power plants (also simply referred to as plants), for example, boiling water nuclear power plants (BWR, Boiling Water Reactor) and pressurized water nuclear power plants (PWR, Pressurized Water Reactor) are known. In these plants, stainless steel, nickel-based alloys, and the like are used in the water-contact parts of major structural members such as reactor pressure vessels to suppress corrosion. In these structural materials, stress corrosion cracking (SCC) occurs and progresses when water quality, material, and stress meet certain conditions. Therefore, measures to prevent stress corrosion cracking are being applied to maintain the integrity of nuclear reactors. In addition, in recent years, preventive measures against stress corrosion cracking have been applied from the viewpoint of improving economic efficiency such as improving the capacity utilization rate of nuclear reactors and extending their service life.

応力腐食割れ対策として、耐応力腐食割れの高い組成に設計したステンレス鋼やニッケル基合金を使用するとともに、溶接部に生じた残留引っ張り応力を緩和するための種々の応力緩和技術が適用されている。例えば、表面研磨、ピーニング、あるいは高周波残留応力改善法などがある。上記のような材料、応力面での応力腐食割れ対策に加えて、炉水中に僅かに存在する応力腐食割れを促進する有害イオン(塩化物イオン、硫酸イオン、クロム酸イオンなど)を、炉水浄化系を用いて積極的に除去する純水管理がなされている。 As a countermeasure against stress corrosion cracking, stainless steel and nickel-based alloys designed with compositions that are highly resistant to stress corrosion cracking are used, and various stress relaxation techniques are applied to alleviate residual tensile stress generated in welds. . Examples include surface polishing, peening, and high frequency residual stress improvement methods. In addition to the stress corrosion cracking countermeasures mentioned above in terms of materials and stress, we also remove harmful ions (chloride ions, sulfate ions, chromate ions, etc.) that promote stress corrosion cracking that exist in the reactor water in small amounts. Pure water management is carried out by actively removing waste using a purification system.

原子力プラントの運転中に水の放射線分解で生じる酸素や過酸化水素などの酸化性化学種が炉水中に存在すると腐食電位(ECP、Electrochemical Corrosion Potential)が上昇する。材料の耐食性の低下および残留引っ張り応力の存在と同時に、腐食電位の上昇により応力腐食割れが発生進展することから、炉水中に水素を添加して酸化性化学種を再結合反応により水に戻して腐食電位を低下させる水素注入が適用される。水素注入は、PWRでは全てのプラントで、BWRでは多くのプラントに適用されている(特許文献1,2参照)。 When oxidizing chemical species such as oxygen and hydrogen peroxide generated by radiolysis of water during operation of a nuclear power plant are present in reactor water, the electrochemical corrosion potential (ECP) increases. At the same time as the corrosion resistance of the material decreases and the presence of residual tensile stress increases, stress corrosion cracking occurs and progresses due to the increase in corrosion potential. Therefore, hydrogen is added to the reactor water and oxidizing species are returned to water through a recombination reaction. Hydrogen injection is applied to reduce the corrosion potential. Hydrogen injection is applied to all PWR plants and to many BWR plants (see Patent Documents 1 and 2).

腐食電位は応力腐食割れの環境指標として用いられており、腐食電位が-300~-200 mV vs. SHE程度の値よりも低くなると応力腐食割れの発生が抑制されることが知られている(R.L.Cowan, et al., "Experience with hydrogen water chemistry in boiling water reactors," Water chemistry of nuclear reactor systems 4, 1, P29, BNES (1986)参照)。 Corrosion potential is used as an environmental indicator of stress corrosion cracking, and it is known that the occurrence of stress corrosion cracking is suppressed when the corrosion potential is lower than a value of -300 to -200 mV vs. SHE ( See R.L.Cowan, et al., "Experience with hydrogen water chemistry in boiling water reactors," Water chemistry of nuclear reactor systems 4, 1, P29, BNES (1986)).

さらに近年ではBWRにおいて白金族貴金属を炉水に添加してステンレス鋼やニッケル基合金の表面に付着させ、白金族貴金属の有する酸素と水素の反応に関する電気化学触媒性を付与する貴金属注入という技術(特許文献3参照)が、米国内のBWRを中心に適用されている。貴金属注入の適用によって、腐食電位を目標値以下に低下させるために必要な水素量が大幅に低減でき、さらに腐食電位の低下する範囲も未適用の場合に比べて拡げることが可能となる。 Furthermore, in recent years, a technology called noble metal injection has been introduced in BWR, in which platinum group noble metals are added to the reactor water and deposited on the surfaces of stainless steel and nickel-based alloys, giving the platinum group noble metals electrochemical catalytic properties for the reaction between oxygen and hydrogen. (see Patent Document 3) is mainly applied to BWRs in the United States. By applying noble metal injection, the amount of hydrogen required to reduce the corrosion potential below the target value can be significantly reduced, and the range in which the corrosion potential can be reduced can also be expanded compared to the case where it is not applied.

これらの従来技術では、応力腐食割れの影響を評価するために構造材料の腐食電位を精度よく知る必要がある。そこで、従来プラントでは、原子炉圧力容器内あるいは原子炉圧力容器に接続された配管に腐食電位センサを設置し、構造材料の腐食電位を測定している。
応力腐食割れおよび腐食疲労による亀裂進展を予測する原子炉一次系構造物の寿命予測が知られている(特許文献4参照)。この寿命予測は、測定した腐食電位および構造材料の亀裂進展特性データを用いて行われる。また、原子力プラントの構造部材の予寿命を推定する他の方法が知られている(特許文献5参照)。
In these conventional techniques, it is necessary to accurately know the corrosion potential of structural materials in order to evaluate the effects of stress corrosion cracking. Therefore, in conventional plants, corrosion potential sensors are installed inside the reactor pressure vessel or on piping connected to the reactor pressure vessel to measure the corrosion potential of structural materials.
Life prediction of nuclear reactor primary system structures that predicts crack propagation due to stress corrosion cracking and corrosion fatigue is known (see Patent Document 4). This life prediction is performed using the measured corrosion potential and crack growth characteristic data of the structural material. Furthermore, another method for estimating the pre-life of structural members of a nuclear power plant is known (see Patent Document 5).

構造材料の腐食電位は設置したセンサによって測定されるが、センサ設置位置以外の腐食電位を計算で求めることができる。以下、腐食電位の計算手法について説明する。
腐食電位に影響を与える因子としては、溶存酸素濃度、過酸化水素濃度、および溶存水素濃度に加え、構造材料表面へのこれらの化学種の物質移動速度に関与する流速や水力等価直径がある。流速や水力等価直径は、炉心流量と各部位での流路面積および濡れ縁長さによって決まる。溶存酸素、溶存水素、および過酸化水素濃度は、水の放射線分解反応によって生成されるため、炉心から放出されるガンマ線および中性子の線量率の影響を受ける。これらの圧力容器内の線量率と線量率分布とは、炉心の運転状態、すなわち燃料の出力、軸方向および径方向の出力分布の影響を受ける。
The corrosion potential of structural materials is measured by installed sensors, but the corrosion potential at locations other than the sensor installation location can be calculated. The method for calculating corrosion potential will be explained below.
Factors that influence corrosion potential include dissolved oxygen, hydrogen peroxide, and dissolved hydrogen concentrations, as well as flow rate and hydraulic equivalent diameter, which are responsible for the mass transfer rate of these species to the surface of the structural material. The flow velocity and hydraulic equivalent diameter are determined by the core flow rate, the flow path area at each location, and the wetted edge length. Dissolved oxygen, dissolved hydrogen, and hydrogen peroxide concentrations are produced by the radiolysis reaction of water and are therefore affected by the dose rate of gamma rays and neutrons emitted from the reactor core. The dose rate and dose rate distribution within these pressure vessels are influenced by the operating state of the reactor core, ie, the power output of the fuel, and the power distribution in the axial and radial directions.

水素注入を適用すると、給水水素濃度の増加によって炉内の溶存酸素、過酸化水素、および溶存水素の濃度が低下して分布が変化するため、腐食電位の分布も変化する。さらに、貴金属注入を適用している場合には、構造材料表面の電気化学反応に寄与する貴金属付着量と、酸素量に対して化学量論比について過剰な水素量とが、腐食電位に影響を与える重要な因子となる。 When hydrogen injection is applied, the concentration of dissolved oxygen, hydrogen peroxide, and dissolved hydrogen in the furnace decreases due to the increase in the hydrogen concentration of the feed water, and the distribution changes, so the distribution of the corrosion potential also changes. Furthermore, when noble metal implantation is applied, the amount of precious metal deposited that contributes to electrochemical reactions on the surface of the structural material and the amount of hydrogen that is excessive in the stoichiometric ratio relative to the amount of oxygen affect the corrosion potential. This is an important factor.

貴金属注入は、停止運転時や出力運転中のある期間に、炉水に貴金属(白金が主に使われている)が注入される。このとき、炉水が接触する構造材料表面や燃料棒表面に貴金属が付着する。貴金属の注入が停止されると構造材料表面と燃料棒表面とに付着した貴金属の一部は、溶解あるいは剥離によってそれぞれの表面から炉水へ移行する。炉水に移行した貴金属はその濃度に応じて構造材料表面や燃料棒表面に再び付着するが、一部は浄化系で除去される。 In precious metal injection, precious metals (mostly platinum is used) are injected into the reactor water during shutdown or during periods of power operation. At this time, precious metals adhere to the surfaces of structural materials and fuel rods that come in contact with reactor water. When the injection of precious metals is stopped, a portion of the precious metals attached to the surfaces of the structural materials and fuel rods are melted or peeled off and transferred from the respective surfaces to the reactor water. The precious metals transferred to the reactor water will re-adhere to the surfaces of structural materials and fuel rods depending on their concentration, but some of them will be removed by the purification system.

任意の場所における構造材料表面の腐食電位を求めるためには、給水の水素注入濃度と炉心の運転状態によって定まる各部位の線量率とから、放射線分解計算によって評価される溶存酸素濃度、過酸化水素濃度、および溶存水素濃度をまず求める。続いて、これらを入力として、各部位の流速と電気化学反応計算によって腐食電位を求める(特許文献1参照)。さらに、貴金属注入条件では構造材料に付着した貴金属によって水素の電気化学反応が触媒されるので貴金属付着量を電気化学反応計算に取り込んで腐食電位を計算する。 In order to determine the corrosion potential of the surface of structural materials at any location, it is necessary to calculate the dissolved oxygen concentration and hydrogen peroxide concentration evaluated by radiolysis calculations from the hydrogen injection concentration in the feed water and the dose rate at each site determined by the operating status of the reactor core. First, determine the concentration and dissolved hydrogen concentration. Next, using these as input, the corrosion potential is determined by calculating the flow velocity and electrochemical reaction at each location (see Patent Document 1). Furthermore, under the noble metal injection conditions, the electrochemical reaction of hydrogen is catalyzed by the noble metal attached to the structural material, so the amount of attached noble metal is incorporated into the electrochemical reaction calculation to calculate the corrosion potential.

応力腐食割れ抑制のためには腐食電位を-300~-200 mV vs. SHE程度の値よりも低く維持することが必要となるので、運転中のプラントにおける構造材料の腐食電位が目標値以下まで下がっていることを実測あるいは計算によって確認する必要がある。計算のためには、炉心の出力計画と給水水素注入量の計画値、および評価対象各部位の構造材料まわりの水質、すなわち酸素、過酸化水素および水素の濃度が必要である。また、温度と物質移動係数とが必要であり、さらに貴金属注入を適用した場合には、構造材料表面での貴金属付着量が必要になる。 In order to suppress stress corrosion cracking, it is necessary to maintain the corrosion potential lower than a value of -300 to -200 mV vs. SHE, so it is necessary to keep the corrosion potential of structural materials in the operating plant below the target value. It is necessary to confirm by actual measurement or calculation that the value has decreased. The calculation requires the core power plan, the planned feedwater hydrogen injection amount, and the water quality around the structural materials of each part to be evaluated, that is, the concentrations of oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen. In addition, temperature and mass transfer coefficient are required, and when noble metal implantation is applied, the amount of noble metal deposited on the surface of the structural material is also required.

このうち、炉心の出力計画と給水水素注入量の計画値とは、時系列で入手可能な値であるが、炉内の応力腐食割れ保護対象部位の水質と貴金属付着量とは、時系列での実測値はない。このため計算で求める必要があり、物理的および化学的シミュレーションモデルで求めることになる(特許文献6参照)。特許文献6では、現在の水質条件を入力として冷却水中の放射能変化を推定するシミュレーションモデル(マスバランスモデル)を用いて、将来のプラント線量率の予測し、この予測結果に基づき現在の水質条件の良否を診断して、構造材料への放射能付着量を予測している。同様の手法を貴金属に対して使うことで貴金属の構造材料付着量を予測することができる。 Among these, the core output plan and the planned values for the feedwater hydrogen injection amount are values that are available in chronological order, but the water quality and precious metal deposits in the areas targeted for stress corrosion cracking protection in the reactor are available in chronological order. There are no actual measured values. Therefore, it is necessary to obtain it by calculation, and it is determined by a physical and chemical simulation model (see Patent Document 6). In Patent Document 6, a simulation model (mass balance model) that estimates radioactivity changes in cooling water using current water quality conditions as input is used to predict future plant dose rates, and based on this prediction result, current water quality conditions are estimated. The amount of radioactivity deposited on structural materials is predicted by diagnosing the quality of the materials. A similar method can be used for precious metals to predict the amount of structural material deposited on the precious metal.

特許文献7に記載の自己学習診断、予測装置は、プラントの仕様、特性などの時間的な変化に対応してモデルパラメータを自動修繕し予測精度の劣化を防ぐとともに、モデルを自己学習により改良する機能を備えている。 The self-learning diagnosis and prediction device described in Patent Document 7 automatically repairs model parameters in response to temporal changes in plant specifications, characteristics, etc., prevents deterioration of prediction accuracy, and improves the model through self-learning. It has functions.

特許第2687780号公報Patent No. 2687780 特開2005-043051号公報Japanese Patent Application Publication No. 2005-043051 特開平04-223299号公報Japanese Patent Application Publication No. 04-223299 特開2006-010428号公報Japanese Patent Application Publication No. 2006-010428 特開平06-034786号公報Japanese Patent Application Publication No. 06-034786 特開平01-063894号公報Japanese Patent Application Publication No. 01-063894 特開平06-289179号公報Japanese Patent Application Publication No. 06-289179

特許文献6に記載の技術は、物理モデルや化学モデルに基づいて設定したモデルのパラメータ(モデルパラメータ)の最適化とその寄与を調整するものであり、モデルが予め準備されている必要がある。このため、予測目標の状態量と入力として使用する状態量との相関関係が数式として記述されている必要がある。 The technique described in Patent Document 6 optimizes model parameters (model parameters) set based on a physical model or a chemical model and adjusts their contributions, and requires that the model be prepared in advance. Therefore, the correlation between the state quantity of the prediction target and the state quantity used as an input must be described as a mathematical expression.

モデルで表現される状態量の相関関係は、モデルパラメータが最適化されることで最適化される。しかしながら、相関関係は考えられるが、プラント運転中にモデルパラメータが直接に技術的あるいは経済的に得られない場合がある。例えば、圧力容器内の水質や線量率は測定できない、ないしは仮に測定できても位置が限定的である。また、計算に用いる化学反応速度定数のような物性値が十分に整備されていなかったり、構造材料表面における酸化被膜の特性のように数式化が難しいパラメータがあったり、時間的にデータが欠落したりする。 The correlation between the state quantities expressed by the model is optimized by optimizing the model parameters. However, although correlations are possible, the model parameters may not be technically or economically available directly during plant operation. For example, the water quality or dose rate inside a pressure vessel cannot be measured, or even if it can be measured, the locations are limited. In addition, physical property values such as chemical reaction rate constants used in calculations may not be sufficiently prepared, or there may be parameters that are difficult to express mathematically, such as the characteristics of oxide films on the surface of structural materials, or data may be missing over time. or

このように、相関関係のデータが時間的、空間的に離散的であったり、相関関係が複雑で数式表現が難しかったりする場合には、適切なモデルを構築できない。このため、複雑で数式で表現できない相関関係がある場合でも、入手可能なデータと物理モデルとを用いて原子力プラントの炉水水質と腐食電位を正確に予測し、運転管理することが求められている。 In this way, if the correlation data is temporally and spatially discrete, or if the correlation is complex and difficult to express mathematically, an appropriate model cannot be constructed. For this reason, even if there are complex correlations that cannot be expressed mathematically, there is a need to accurately predict reactor water quality and corrosion potential in nuclear plants using available data and physical models, and to manage operations. There is.

本発明は、このような背景を鑑みてなされたものであり、原子力発電プラントの炉水水質の高精度な予測モデルを構築する予測モデル構築装置および予測装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a predictive model construction device and a prediction device that construct a highly accurate predictive model of reactor water quality in a nuclear power plant.

前記した課題を解決するため、予測モデル構築装置は、原子力発電プラントにおける原子炉の炉水水質を予測する予測モデルを構築する予測モデル構築装置であって、前記原子炉のガンマ線および中性子線の線量率分布の予測値を含む入力データから物理モデルを用いて前記原子炉内の炉水水質の予測値を含む炉内予測値を計算するシミュレーション部と、前記原子炉の線流速、給水流量、炉心流量、主蒸気流量、炉心入口温度、炉心出口温度、給水水素濃度、給水鉄濃度、貴金属注入量、炉水浄化流量、熱出力のなかの何れか少なくとも1つを含むプラント状態量、および前記炉内予測値を入力データとして含み、当該入力データの取得された期間から所定期間後の前記炉内予測値を出力データとして含む教師データを機械学習モデルに学習させて予測モデルを構築する学習部とを備える。
In order to solve the above-described problems, a predictive model building device is a predictive model building device that builds a predictive model that predicts the reactor water quality of a nuclear reactor in a nuclear power plant. a simulation unit that calculates in-reactor predicted values including predicted values of reactor water quality in the reactor using a physical model from input data including predicted values of rate distribution; a plant state quantity including at least one of the following: flow rate, main steam flow rate, core inlet temperature, core outlet temperature, feedwater hydrogen concentration, feedwater iron concentration, precious metal injection amount, reactor water purification flow rate, thermal output; and the reactor. a learning unit that constructs a predictive model by causing a machine learning model to learn training data that includes an in-furnace predicted value as input data and includes as output data the in-furnace predicted value after a predetermined period from the period in which the input data was acquired; Equipped with.

また、予測装置は、原子力発電プラントにおける原子炉の炉水水質を予測する予測装置であって、前記原子炉のガンマ線および中性子線の線量率分布の予測値を含む入力データから物理モデルを用いて前記原子炉内の炉水水質の予測値を含む炉内予測値を計算するシミュレーション部と、前記原子炉の線流速、給水流量、炉心流量、主蒸気流量、炉心入口温度、炉心出口温度、給水水素濃度、給水鉄濃度、貴金属注入量、炉水浄化流量、熱出力のなかの何れか少なくとも1つを含むプラント状態量、および前記炉内予測値を入力データとして含み、当該入力データの取得された期間から所定期間後の前記炉内予測値を出力データとして含む教師データを機械学習モデルに学習させて構築された予測モデルが記憶される記憶部と、前記プラント状態量と前記炉内予測値とから、前記予測モデルを用いて当該プラント状態量と当該炉内予測値とが取得された期間から前記所定期間後の炉内予測値を計算する予測部とを備える。 The prediction device is a prediction device for predicting reactor water quality of a nuclear reactor in a nuclear power plant, and uses a physical model from input data including predicted values of dose rate distribution of gamma rays and neutron rays in the reactor. a simulation unit that calculates predicted values in the reactor including predicted values of reactor water quality in the reactor; linear flow velocity of the reactor, feed water flow rate, core flow rate, main steam flow rate, core inlet temperature, core outlet temperature, and feed water; Input data includes a plant state quantity including at least one of hydrogen concentration, feedwater iron concentration, precious metal injection amount, reactor water purification flow rate, and thermal output, and the predicted value in the reactor, and the input data is acquired. a storage unit that stores a prediction model constructed by making a machine learning model learn training data that includes the in-furnace predicted value after a predetermined period from the period when the in-furnace predicted value is output; and the plant state quantity and the in-furnace predicted value. and a prediction unit that calculates an in-furnace predicted value after the predetermined period from a period in which the plant state quantity and the in-furnace predicted value are acquired using the prediction model.

本発明によれば、原子力発電プラントの炉水水質の高精度な予測モデルを構築する予測モデル構築装置および予測装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a predictive model construction device and a prediction device that construct a highly accurate predictive model of reactor water quality in a nuclear power plant.

本実施形態に係る原子力発電プラントの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a nuclear power plant according to the present embodiment. 本実施形態に係る原子炉の炉水の放射線分解による酸素、過酸化水素、水素の生成と原子炉の構造材料の腐食電位に関する計算の入出力の関係(ラジオリシス・腐食電位モデル)を説明するための図である。To explain the input/output relationship (radiolysis/corrosion potential model) of calculations regarding the production of oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen by radiolysis of reactor water in the reactor and the corrosion potential of structural materials of the reactor according to the present embodiment. This is a diagram. 本実施形態に係る炉水水質および腐食電位を予測する予測装置の機能構成図である。FIG. 2 is a functional configuration diagram of a prediction device for predicting reactor water quality and corrosion potential according to the present embodiment. 本実施形態に係る教師データに含まれる予測モデルの入力データと出力データとを説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining input data and output data of a predictive model included in teacher data according to the present embodiment. 本実施形態に係る学習処理における予測モデルの教師データの構成を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of training data of a prediction model in learning processing according to the present embodiment. 本実施形態に係る線量率予測モデルの入力データや出力データ(予測結果)を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining input data and output data (prediction results) of the dose rate prediction model according to the present embodiment. 本実施形態に係る線量率予測モデルの教師データの構成を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of training data of the dose rate prediction model according to the present embodiment. 本実施形態に係る学習部が実行する学習処理のフローチャートである。It is a flowchart of the learning process which the learning part concerning this embodiment performs. 本実施形態に係る予測処理における予測モデルの入力データと出力データとを説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining input data and output data of a prediction model in prediction processing according to the present embodiment. 本実施形態に係る予測部が実行する予測処理のフローチャートである。It is a flowchart of the prediction process which the prediction part concerning this embodiment performs. 本実施形態の変形例に係る学習処理における予測モデルの教師データの構成を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration of training data of a predictive model in learning processing according to a modification of the present embodiment. 本実施形態の変形例に係る予測処理における予測モデルの入力データと出力データ(予測結果)を説明するための図である。It is a figure for explaining input data and output data (prediction result) of a prediction model in prediction processing concerning a modification of this embodiment. 上記した実施形態とは異なる実施形態における炉水水質と腐食電位とを予測するラジオリシス・腐食電位モデルを説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a radiolysis/corrosion potential model that predicts reactor water quality and corrosion potential in an embodiment different from the embodiment described above. 本実施形態の変形例に係る線量率予測装置を説明するための図である。It is a figure for explaining the dose rate prediction device concerning the modification of this embodiment. 本実施形態の変形例に係る運転支援装置の機能構成図である。It is a functional block diagram of the driving assistance device concerning the modification of this embodiment. 本実施形態の変形例に係る運転支援処理のフローチャートである。It is a flowchart of driving support processing concerning a modification of this embodiment.

本発明を実施するための形態(実施形態)における原子炉の炉水水質および原子炉の構造材料における腐食電位の予測手法を説明する前に、予測の対象となる原子力発電プラントおよび、当該原子力発電プラントにおける炉水水質と腐食電位とを計算する物理モデル(ラジオリシス・腐食電位モデル)を説明する。 Before explaining the method for predicting the reactor water quality of a nuclear reactor and the corrosion potential of the structural material of the reactor in the mode for carrying out the present invention (embodiment), we will explain the nuclear power plant to be predicted and the nuclear power plant concerned. A physical model (radiolysis/corrosion potential model) for calculating reactor water quality and corrosion potential in a plant will be explained.

≪原子力発電プラントの概要≫
図1は、本実施形態に係る原子力発電プラントP100の概略構成図である。図1を参照して、炉水水質および構造材料の腐食電位を予測する装置が適用される原子力発電プラントP100(ここではBWR)の概略構成を説明する。
原子力発電プラントP100は、原子炉P1、タービンP3、復水器P4、原子炉浄化系および給水系などを備えている。原子炉格納容器P11内に設置された原子炉P1は、燃料集合体(図示せず)で構成された、いわゆる炉心P13を内蔵する原子炉圧力容器P12を有する。原子炉圧力容器P12内には円筒状の炉心シュラウドP15が設置され、炉心P13を保持している。各燃料集合体は、核燃料物質で製造された複数の燃料ペレットを燃料被覆管内に充填した複数の燃料棒から構成される。
≪Overview of nuclear power plant≫
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a nuclear power plant P100 according to this embodiment. Referring to FIG. 1, a schematic configuration of a nuclear power plant P100 (BWR here) to which a device for predicting reactor water quality and corrosion potential of structural materials is applied will be described.
The nuclear power plant P100 includes a nuclear reactor P1, a turbine P3, a condenser P4, a reactor purification system, a water supply system, and the like. The nuclear reactor P1 installed in the reactor containment vessel P11 has a reactor pressure vessel P12 containing a so-called reactor core P13 made up of fuel assemblies (not shown). A cylindrical core shroud P15 is installed inside the reactor pressure vessel P12 and holds the reactor core P13. Each fuel assembly is composed of a plurality of fuel rods in which fuel cladding tubes are filled with a plurality of fuel pellets made of nuclear fuel material.

原子炉圧力容器P12の内面と炉心シュラウドP15の外面との間には、環状のダウンカマP17が形成される。インターナルポンプ型のABWR(改良型BWR)の場合は、炉水を循環させるために複数のインターナルポンプP21が原子炉圧力容器P12の底部に設置される。インターナルポンプP21のインペラは、ダウンカマP17の下部に配置される。また、図示していないが、非インターナルポンプ型のBWRでは、再循環系を原子炉圧力容器P12の外に有しており、再循環系に設置した再循環ポンプで炉水を循環する。 An annular downcomer P17 is formed between the inner surface of the reactor pressure vessel P12 and the outer surface of the reactor core shroud P15. In the case of an internal pump type ABWR (improved BWR), a plurality of internal pumps P21 are installed at the bottom of the reactor pressure vessel P12 to circulate reactor water. The impeller of the internal pump P21 is arranged at the lower part of the downcomer P17. Although not shown, a non-internal pump type BWR has a recirculation system outside the reactor pressure vessel P12, and a recirculation pump installed in the recirculation system circulates reactor water.

給復水系は、復水器P4と原子炉圧力容器P12とを連絡する給水配管P10に、復水ポンプP5、復水浄化装置P6、給水ポンプP7、低圧給水加熱器P8、および高圧給水加熱器P9が、この順番に復水器P4から原子炉圧力容器P12に向かって設置されて構成される。水素注入装置P16が、水素注入配管P18によって、復水浄化装置P6と給水ポンプP7の間にある復水昇圧ポンプ(図示せず)の吸い込み側で、給水配管P10に接続されている。開閉弁P19が水素注入配管P18に設けられる。運転中に貴金属注入を行うプラントでは、貴金属注入装置P31が、貴金属注入配管P32によって、原子炉圧力容器P12に近い位置で給水配管P10に接続されている。開閉弁P33が貴金属注入配管P32に設けられる。 The water supply and condensate system includes a water supply pipe P10 that connects the condenser P4 and the reactor pressure vessel P12, a condensate pump P5, a condensate purification device P6, a water supply pump P7, a low-pressure feedwater heater P8, and a high-pressure feedwater heater. P9 are installed in this order from the condenser P4 toward the reactor pressure vessel P12. The hydrogen injection device P16 is connected to the water supply pipe P10 by a hydrogen injection pipe P18 on the suction side of a condensate boost pump (not shown) located between the condensate purification device P6 and the water supply pump P7. An on-off valve P19 is provided in the hydrogen injection pipe P18. In a plant that performs noble metal injection during operation, a noble metal injection device P31 is connected to a water supply pipe P10 at a position close to the reactor pressure vessel P12 by a noble metal injection pipe P32. An on-off valve P33 is provided in the noble metal injection pipe P32.

原子炉浄化系は、原子炉圧力容器P12と給水配管P10とを連絡する浄化系配管P20(炭素鋼、ステンレス鋼、低合金鋼のなかから用途に応じて選定)に、浄化系隔離弁P23、浄化系ポンプP24、再生熱交換器P25、非再生熱交換器P26、およびフィルタとイオン交換樹脂とからなる炉水浄化装置P27が、この順番で設置されて構成される。原子力発電プラントP100に設けられた残留熱除去系は、一端部が原子炉圧力容器P12に接続され、他端部はABWRの場合は炉心P13より上方で原子炉圧力容器P12に接続されて、浄化系配管P20が分岐されている。残留熱除去系の残留熱除去系配管P28には、残留熱除去系ポンプP29および熱交換器P30(冷却装置)が設置される。 The reactor purification system includes a purification system isolation valve P23, a purification system piping P20 (selected from carbon steel, stainless steel, and low alloy steel depending on the application) that connects the reactor pressure vessel P12 and the water supply piping P10. A purification system pump P24, a regenerative heat exchanger P25, a non-regenerative heat exchanger P26, and a reactor water purification device P27 consisting of a filter and an ion exchange resin are installed and configured in this order. The residual heat removal system installed in the nuclear power plant P100 is connected at one end to the reactor pressure vessel P12, and in the case of ABWR, the other end is connected to the reactor pressure vessel P12 above the reactor core P13 for purification. System piping P20 is branched. A residual heat removal system pump P29 and a heat exchanger P30 (cooling device) are installed in the residual heat removal system piping P28 of the residual heat removal system.

原子炉圧力容器P12内の炉水は、ダウンカマP17を流れ降り、インターナルポンプP21で昇圧されて、原子炉圧力容器P12下部に位置する下部プレナムに流出する。その後、炉水は、下部プレナムを上昇して炉心P13に流入する。炉心P13で炉水は燃料集合体の燃料棒に含まれる核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱される。加熱された炉水の一部が蒸気になる。この蒸気は、原子炉圧力容器P12上部に流れ上がった後、セパレータ(図示せず)、ドライヤ(図示せず)を抜けた後、主蒸気配管P2を通ってタービンP3に導かれ、タービンP3を回転させる。タービンP3に連結された発電機(図示せず)が回転され、電力が発生する。タービンP3から排出された蒸気は、復水器P4で凝縮されて液体の水に戻る。 The reactor water in the reactor pressure vessel P12 flows down the downcomer P17, is pressurized by the internal pump P21, and flows out to the lower plenum located at the lower part of the reactor pressure vessel P12. Thereafter, the reactor water ascends through the lower plenum and flows into the reactor core P13. In the reactor core P13, reactor water is heated by heat generated by fission of the nuclear fuel material contained in the fuel rods of the fuel assembly. Some of the heated reactor water turns into steam. After flowing up to the upper part of the reactor pressure vessel P12, this steam passes through a separator (not shown) and a dryer (not shown), and then is led to the turbine P3 through the main steam pipe P2. Rotate. A generator (not shown) connected to turbine P3 is rotated to generate electric power. Steam discharged from turbine P3 is condensed in condenser P4 and returned to liquid water.

この水は、復水・給水として、給水配管P10を通って原子炉圧力容器P12内に循環供給される。給水配管P10(給復水配管)を流れる給水は、復水ポンプP5で昇圧され、フィルタとイオン交換樹脂とからなる復水浄化装置P6で不純物が除去されて、給水ポンプP7でさらに昇圧され、低圧給水加熱器P8および高圧給水加熱器P9で加熱される。抽気配管P14で主蒸気配管P2およびタービンP3から抽気された抽気蒸気が、低圧給水加熱器P8および高圧給水加熱器P9にそれぞれ供給され、給水の加熱源となる。ABWRでは高圧給水加熱器P9のドレンが直接給水に入り熱効率を高めている。低圧給水加熱器P8のドレンは、復水浄化系P6の上流または下流で回収される。 This water is circulated and supplied as condensate/supply water into the reactor pressure vessel P12 through the water supply pipe P10. The water supply flowing through the water supply pipe P10 (water supply condensate pipe) is pressurized by a condensate pump P5, impurities are removed by a condensate purification device P6 consisting of a filter and ion exchange resin, and the pressure is further increased by a water supply pump P7. It is heated by a low pressure feed water heater P8 and a high pressure feed water heater P9. The extracted steam extracted from the main steam pipe P2 and the turbine P3 through the extraction pipe P14 is supplied to the low pressure feed water heater P8 and the high pressure feed water heater P9, respectively, and serves as a heating source for the feed water. In the ABWR, the drain from the high-pressure feed water heater P9 directly enters the water supply, increasing thermal efficiency. The drain from the low pressure feedwater heater P8 is recovered upstream or downstream of the condensate purification system P6.

原子炉圧力容器P12内の炉水には給水に含まれる金属腐食生成物や原子炉圧力容器P12内の構造材の腐食によって生じた生成物が含まれるため、一定の割合の炉水が炉水浄化系によって浄化される。原子炉圧力容器P12内の炉水は、浄化系ポンプP24の駆動により、残留熱除去系配管P28から分岐した浄化系配管P20を通して再生熱交換器P25および非再生熱交換器P26に供給され、これらの熱交換器により50℃程度まで冷却される。冷却された炉水が炉水浄化装置P27を通ることによって炉水に含まれる金属腐食生成物が除去され、再生熱交換器P25で昇温された後、給水配管P10内を流れる給水と合流して原子炉圧力容器P12に供給される。 Since the reactor water in the reactor pressure vessel P12 contains metal corrosion products contained in the feed water and products generated by corrosion of the structural materials in the reactor pressure vessel P12, a certain proportion of the reactor water is It is purified by the purification system. The reactor water in the reactor pressure vessel P12 is supplied to the regenerative heat exchanger P25 and the non-regenerative heat exchanger P26 through the purification system piping P20 branched from the residual heat removal system piping P28 by driving the purification system pump P24. It is cooled down to about 50°C by a heat exchanger. The cooled reactor water passes through the reactor water purification device P27 to remove metal corrosion products contained in the reactor water, is heated in the regenerative heat exchanger P25, and then merges with the feed water flowing in the water supply pipe P10. and is supplied to the reactor pressure vessel P12.

原子炉P1の運転を停止するときには、再循環流量を下げるとともに全制御棒(図示せず)が炉心P13に挿入される。全制御棒の挿入により核燃料物質の核分裂反応が停止する。炉心P13および原子炉圧力容器P12内の機器に残留する熱は炉水の蒸発によって除去されるが、ある程度、温度が低下すると炉水の蒸発による除熱効率が低下するため、炉水温度が150℃程度まで低下すると残留熱除去系を用いて炉心P13および原子炉圧力容器P12内の機器を冷却する。すなわち、残留熱除去系ポンプP29の駆動により原子炉圧力容器P12内の炉水が残留熱除去系配管P28を通して熱交換器P30に供給され、そして、その炉水は熱交換器P30で冷却されて原子炉圧力容器P12に戻される。 When shutting down the reactor P1, the recirculation flow rate is lowered and all control rods (not shown) are inserted into the reactor core P13. Insertion of all control rods stops the fission reaction of nuclear fuel material. The heat remaining in the equipment in the reactor core P13 and reactor pressure vessel P12 is removed by evaporation of the reactor water, but if the temperature drops to a certain extent, the heat removal efficiency due to evaporation of the reactor water decreases, so the reactor water temperature is reduced to 150°C. When the residual heat removal system is used to cool down the equipment in the reactor core P13 and reactor pressure vessel P12. That is, by driving the residual heat removal system pump P29, the reactor water in the reactor pressure vessel P12 is supplied to the heat exchanger P30 through the residual heat removal system piping P28, and the reactor water is cooled by the heat exchanger P30. It is returned to the reactor pressure vessel P12.

原子炉構造材料の応力腐食割れ抑制の観点から水素注入、あるいは水素注入と貴金属注入との組み合わせが実施される。水素注入は、水素注入装置P16から水素注入配管P18を通して開閉弁P19を開として給水に注入する。給水に注入された水素はダウンカマP17の上方で給水スパージャ(図示せず)から炉水に噴出し、炉水と混合する。ダウンカマP17領域のガンマ線の線量率が適度であり再結合反応を促進するため、添加された水素はダウンカマP17を通過するときに炉水中の酸素、過酸化水素と再結合して水を生成する。すなわち、応力腐食割れの環境因子である溶存酸素および過酸化水素を添加された水素が消費することで腐食環境が緩和される。この結果、炉水と接触する構造材料の腐食電位が低下するため、応力腐食割れの発生進展が抑制される。 Hydrogen injection or a combination of hydrogen injection and noble metal injection is carried out from the perspective of suppressing stress corrosion cracking in reactor structural materials. Hydrogen is injected into the water supply from the hydrogen injection device P16 through the hydrogen injection pipe P18 by opening the on-off valve P19. The hydrogen injected into the feed water is ejected into the reactor water from a feed water sparger (not shown) above the downcomer P17 and mixed with the reactor water. The dose rate of gamma rays in the downcomer P17 region is moderate and promotes the recombination reaction, so when the added hydrogen passes through the downcomer P17, it recombines with oxygen and hydrogen peroxide in the reactor water to produce water. That is, the corrosion environment is alleviated by consuming dissolved oxygen and hydrogen added to hydrogen peroxide, which are environmental factors for stress corrosion cracking. As a result, the corrosion potential of structural materials that come into contact with reactor water is reduced, and the development and progression of stress corrosion cracking is suppressed.

また、貴金属注入は水素注入の効果を触媒作用によって促進する技術である。貴金属注入装置P31から例えば白金(Pt)の化合物の水溶液が、貴金属注入配管P32を通して開閉弁P33を開として給水に注入される。給水に注入された白金は炉水と合流し、微小な白金粒子の状態で炉水と接触する構造材料表面に一部が付着する。残りは燃料表面に付着する。白金粒子表面上で、炉水中の酸素および過酸化水素が水素と電気化学的に触媒反応して水を形成する。水素が酸素(過酸化水素は1/2量の等価な酸素として扱う)よりも化学量論比(HOはH:O=2:1)で2以上存在すると、水素が酸素に対して余剰となり、水素酸化還元電位である-500mV vs. SHE付近の電位で水素と酸素の反応が進行する。このため、構造材料の腐食電位が混成して-500mV vs. SHE付近まで低下することにより目標電位以下になる。これによって応力腐食割れを抑制できる。 In addition, noble metal injection is a technology that promotes the effects of hydrogen injection through catalytic action. For example, an aqueous solution of a platinum (Pt) compound is injected from the noble metal injection device P31 into the water supply through the noble metal injection pipe P32 with the on-off valve P33 opened. The platinum injected into the feed water merges with the reactor water, and a portion of the platinum, in the form of minute platinum particles, adheres to the surfaces of structural materials that come into contact with the reactor water. The rest adheres to the fuel surface. On the surface of the platinum particles, oxygen and hydrogen peroxide in the reactor water catalytically react with hydrogen to form water. When hydrogen is present in a stoichiometric ratio ( H2O is H:O=2:1) of 2 or more than oxygen (hydrogen peroxide is treated as an equivalent 1/2 amount of oxygen), hydrogen is There is a surplus, and the reaction between hydrogen and oxygen proceeds at a potential near the hydrogen oxidation-reduction potential of -500mV vs. SHE. For this reason, the corrosion potential of the structural materials is mixed and falls to around -500mV vs. SHE, which becomes below the target potential. This can suppress stress corrosion cracking.

水素注入や貴金属注入の応力腐食割れ抑制効果を確認する手段として、腐食電位センサが原子炉P1に一時的あるいは長期的に設置される。ボトムドレンラインP34は、原子炉圧力容器P12の底部から炉水を引き出し、浄化系配管P20に接続されている。このボトムドレンラインP34から分岐ラインを設けてそこに腐食電位センサP35が設置され原子炉圧力容器P12底部の水質の腐食電位を測定している。分岐ラインは炉水のサンプリングライン(図示せず)などに接続される。また、ABWRの場合には、ダウンカマP17部上方領域の水質での腐食電位測定に浄化系配管P20を利用することができる。例えば、同配管にフランジP36を設置し、腐食電位センサP37を装荷して腐食電位を測定することができる。あるいは分岐ラインを設けて、ボトムドレンと同様の測定が可能である。BWRの場合は再循環系配管(図示せず)や浄化系配管P20は、ダウンカマP17下部の炉水が流れる。腐食電位の測定はABWRと同様に腐食電位センサを装荷した分岐ラインあるいはフランジを設置して行われる。 A corrosion potential sensor is temporarily or long-term installed in the reactor P1 as a means of confirming the effect of hydrogen injection or noble metal injection on suppressing stress corrosion cracking. The bottom drain line P34 draws out reactor water from the bottom of the reactor pressure vessel P12 and is connected to the purification system piping P20. A branch line is provided from this bottom drain line P34, and a corrosion potential sensor P35 is installed there to measure the corrosion potential of the water at the bottom of the reactor pressure vessel P12. The branch line is connected to a reactor water sampling line (not shown) or the like. Furthermore, in the case of ABWR, the purification system piping P20 can be used to measure the corrosion potential of the water in the area above the downcomer P17. For example, the corrosion potential can be measured by installing a flange P36 on the same pipe and loading a corrosion potential sensor P37. Alternatively, a branch line can be provided to perform measurements similar to bottom drain. In the case of a BWR, reactor water from the lower part of the downcomer P17 flows through recirculation system piping (not shown) and purification system piping P20. Corrosion potential is measured by installing a branch line or flange loaded with a corrosion potential sensor, similar to ABWR.

また、原子炉圧力容器P12の下部プレナム部あるいは炉心P13にも、中性子計装管P38を改造して腐食電位センサP39を下部プレナムに、腐食電位センサP40が炉心P13に設置することが一部のプラントで行われている。具体的には、中性子計装管P38の内部に腐食電位センサP39,P40を設置し、目的とする領域の炉水が流入するように中性子計装管P38に穴をあけることによって腐食電位の測定が行われる。しかしながら、腐食電位センサが測定可能な位置は先述のように限定的であり、常時腐食電位を測定しているプラントは少ない。炉水水質の測定部位はさらに限定され、通常は炉水浄化系のサンプリングラインでの測定のみであり、ボトムドレンP34の測定が腐食電位センサの設置に合わせて測定される。 Also, in some cases, the neutron instrumentation tube P38 may be modified to install a corrosion potential sensor P39 in the lower plenum of the reactor pressure vessel P12 or the reactor core P13, and a corrosion potential sensor P39 in the lower plenum and a corrosion potential sensor P40 in the core P13. It is done at the plant. Specifically, corrosion potential sensors P39 and P40 are installed inside the neutron instrumentation tube P38, and the corrosion potential is measured by drilling a hole in the neutron instrumentation tube P38 so that the reactor water in the target area flows into it. will be held. However, the locations where the corrosion potential sensor can measure are limited as described above, and there are few plants that constantly measure the corrosion potential. The measurement sites for the reactor water quality are further limited, and usually only the sampling line of the reactor water purification system is measured, and the bottom drain P34 is measured in accordance with the installation of the corrosion potential sensor.

本実施形態に係る予測装置によれば、原子炉内の水質分布と、構造材料の腐食電位分布とが高精度に予測できる。これらの予測された炉水水質と腐食電位を用いることで、プラントの運用者は、運転中の原子炉構造材料の腐食電位を目標値以下に維持するために水素注入量制御したり、貴金属注入を開始したりするなどの運転計画を立案し、実施できるようになる。 According to the prediction device according to this embodiment, the water quality distribution in the nuclear reactor and the corrosion potential distribution of structural materials can be predicted with high accuracy. By using these predicted reactor water quality and corrosion potential, plant operators can control the amount of hydrogen injection to maintain the corrosion potential of reactor structural materials during operation below the target value, and control the injection of precious metals. Students will be able to formulate and implement operational plans such as starting operations.

≪ラジオリシス・腐食電位の計算モデルの概要≫
図2は、本実施形態に係る原子炉の炉水の放射線分解(ラジオリシス)による酸素、過酸化水素、水素の生成と原子炉の構造材料の腐食電位に関する計算の入出力の関係(ラジオリシス・腐食電位モデル)を説明するための図である。ラジオリシス・腐食電位モデルでは、プラントの設計データM1(機器寸法、運転温度など)、炉心管理M2によって決まる炉心の熱出力の定格に対する比率、炉心流量、原子炉圧力容器内のガンマ線および中性子線の線量率分布M4、給水水質M3(すなわち水素注入時であれば給水水素濃度)を用いて、水の放射線分解に関するモデル(ラジオリシスモデル)を計算する。
≪Overview of the calculation model for radiolysis and corrosion potential≫
FIG. 2 shows the relationship between input and output of calculations regarding the generation of oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen by radiolysis of reactor water in the reactor and the corrosion potential of structural materials of the reactor (radiolysis/corrosion) according to this embodiment. FIG. 3 is a diagram for explaining a potential model. The radiolysis/corrosion potential model uses plant design data M1 (equipment dimensions, operating temperature, etc.), the ratio of core thermal output to rating determined by core management M2, core flow rate, and gamma ray and neutron ray doses in the reactor pressure vessel. A model regarding the radiolysis of water (radiolysis model) is calculated using the rate distribution M4 and the feed water quality M3 (that is, the feed water hydrogen concentration at the time of hydrogen injection).

ラジオリシスモデルの化学反応を解くための入力として、特に水の放射線分解M5の反応機構に関与する30以上の素反応についてのそれぞれの化学反応速度定数と、素反応を構成する各化学種のG値が重要である。これによって、水の分解生成物である、安定な分子性生成物の水素、酸素、過酸化水素の濃度M6、および、反応性の種々のラジカル生成物であるOH、H、eなどの濃度分布が計算される。これらの内、酸素、過酸化水素、および水素の濃度M6を入力として、構造材料の腐食電位M9が腐食電位モデルによって計算される。 As inputs for solving the chemical reactions of the radiolysis model, in particular, the chemical reaction rate constants for each of the 30 or more elementary reactions involved in the reaction mechanism of water radiolysis M5, and the G of each chemical species constituting the elementary reactions. Value matters. This reduces the concentration M6 of stable molecular products hydrogen, oxygen, hydrogen peroxide, which are water decomposition products, and the concentration M6 of various reactive radical products OH, H, e- , etc. The distribution is calculated. Among these, the corrosion potential M9 of the structural material is calculated by a corrosion potential model using the concentrations M6 of oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen as input.

腐食電位M9を計算するときには、水質(水素、酸素、過酸化水素の濃度M6)以外の入力として炉心流量から決まる各位置での線流速と水力等価直径によって決まる物質移動係数M8(物質移動速度係数)が用いられる。また、複雑な流路形状の場合は水力等価直径を用いずに流動解析コードを用いて構造材料表面の物質移動係数M8を求めてもよい。 When calculating the corrosion potential M9, in addition to the water quality (concentration M6 of hydrogen, oxygen, and hydrogen peroxide), the mass transfer coefficient M8 (mass transfer rate coefficient ) is used. Furthermore, in the case of a complicated channel shape, the mass transfer coefficient M8 on the surface of the structural material may be determined using a flow analysis code without using the hydraulic equivalent diameter.

また、貴金属注入を適用した場合は各部位での貴金属付着量M7(図2ではPt付着量と記載)が入力として必要である。貴金属付着量M7は、例えば、物理的および化学的シミュレーションモデルで求めることができる(特許文献6参照)。腐食電位モデルでは、構造材料表面上での電気化学反応と各電気化学反応の反応パラメータ(反応速度定数、透過係数)、物質移動係数M8を決めるための拡散係数が必要である。 Further, when noble metal implantation is applied, the amount M7 of noble metal adhesion (indicated as Pt adhesion amount in FIG. 2) at each location is required as input. The noble metal deposition amount M7 can be determined using, for example, a physical and chemical simulation model (see Patent Document 6). The corrosion potential model requires an electrochemical reaction on the surface of the structural material, reaction parameters for each electrochemical reaction (reaction rate constant, permeability coefficient), and a diffusion coefficient for determining the mass transfer coefficient M8.

ラジオリシスと腐食電位のモデルについては、例えば以下の論文に記載がある:"Hydrazine and Hydrogen Co-injection to Mitigate Stress Corrosion Cracking of Structural Materials in Boiling Water Reactors (IV)," Y. Wada et al., Journal of Nuclear Science and Technology, 44, 4, P607-622 (2007)。 Models for radiolysis and corrosion potential are described, for example, in the following paper: "Hydrazine and Hydrogen Co-injection to Mitigate Stress Corrosion Cracking of Structural Materials in Boiling Water Reactors (IV)," Y. Wada et al., Journal of Nuclear Science and Technology, 44, 4, P607-622 (2007).

上記の入出力の内、プラント運転中に測定できない量は、ガンマ線、中性子の圧力容器内の線量率分布M4、圧力容器内の水質分布およびBWRの場合は再循環系内での水質分布(水素、酸素、過酸化水素の濃度M6)、並びにセンサの設置できない位置での腐食電位M9である。線量率分布M4は炉心の燃料に係る特定の燃焼度を考慮したときの線源強度を炉心に配置したときのガンマ線および中性子の分布として遮蔽計算コードによって計算される。しかしながら、線量率分布M4をプラントの運転サイクルにわたって時々刻々変化する炉心の出力分布に応じて計算することは従来行われておらず、代表的なサイクル初期あるいは末期あるいは水素注入の応答確認試験が行われた時期など特定の時期のみについて、かつ代表的なプラントでのみで計算されていた。ここでプラントの1つの運転サイクルとは、プラントの原子炉圧力容器の蓋を閉めた後の制御棒の引き抜きに代表される起動運転、電気出力を発生させる出力運転、制御棒挿入から炉水温度の降下、圧力容器の開放に代表される停止運転から構成される運転期間の総体を指す。運転サイクル外の期間は点検、工事、燃料交換が行われる定期検査期間となる。したがって、現在のラジオリシス・腐食電位モデルでは代表的な線量率分布M4を使った計算しか行われていない。 Among the above input/outputs, the quantities that cannot be measured during plant operation include the gamma ray and neutron dose rate distribution M4 in the pressure vessel, the water quality distribution in the pressure vessel, and in the case of BWR, the water quality distribution in the recirculation system (hydrogen , oxygen, and hydrogen peroxide concentrations M6), and corrosion potential M9 at a location where a sensor cannot be installed. The dose rate distribution M4 is calculated by a shielding calculation code as a distribution of gamma rays and neutrons when the radiation source intensity is placed in the reactor core, taking into account a specific burnup related to the fuel in the reactor core. However, calculation of the dose rate distribution M4 according to the power distribution of the reactor core, which changes from moment to moment over the plant operation cycle, has not been carried out in the past, and response confirmation tests for typical early or late cycles or hydrogen injection have not been carried out. Calculations were made only for specific periods, such as the period when plants were used, and only for representative plants. Here, one operation cycle of a plant is a start-up operation typified by the withdrawal of control rods after closing the lid of the reactor pressure vessel of the plant, an output operation that generates electrical output, and a control rod insertion to reactor water temperature. Refers to the total period of operation consisting of stop operations, which are typified by the lowering of pressure and the opening of the pressure vessel. Periods outside of the operating cycle are periodic inspection periods during which inspections, construction work, and fuel changes are performed. Therefore, current radiolysis/corrosion potential models only perform calculations using the typical dose rate distribution M4.

≪予測装置の構成≫
以下に、本実施形態に係る原子力発電プラントP100における原子炉内の炉水水質および原子炉内の構造材料の腐食電位を予測する予測装置を説明する。予測装置は、炉心の軸方向および核燃料集合体ごとの出力分布に基づく径方向の出力分布、遮蔽計算結果に基づくガンマ線および中性子の線量率分布、水質実測データ、腐食電位実測データ、放射線監視データなど予測を行う時点までに取得されたプラント状態量(入力データ)から、所定期間後の炉水水質と腐食電位とを予測する(出力する)。予測には、先述のラジオリシスモデルおよび腐食電位モデル(ラジオリシス・腐食電位モデルと記す)と機械学習技術とを用いる。詳しくは、機械学習モデルへの入力の一部として、ラジオリシス・腐食電位モデルを用いたシミュレーションの結果を用いる。
≪Configuration of prediction device≫
A prediction device for predicting the reactor water quality in the reactor and the corrosion potential of structural materials in the reactor in the nuclear power plant P100 according to the present embodiment will be described below. The prediction device includes radial power distribution based on the axial direction of the core and power distribution for each nuclear fuel assembly, gamma ray and neutron dose rate distribution based on shielding calculation results, actual water quality measurement data, actual corrosion potential measurement data, radiation monitoring data, etc. The reactor water quality and corrosion potential after a predetermined period are predicted (output) from the plant state quantities (input data) acquired up to the time of prediction. For prediction, the above-mentioned radiolysis model and corrosion potential model (referred to as radiolysis/corrosion potential model) and machine learning technology are used. Specifically, the results of a simulation using a radiolysis/corrosion potential model will be used as part of the input to the machine learning model.

図3は、本実施形態に係る炉水水質および腐食電位を予測する予測装置100の機能構成図である。予測装置100は、コンピュータであり、制御部110、記憶部120、および入出力部160を備える。予測装置100は、原子力発電プラントP100で使用されるプロセスコンピュータP110から熱出力、炉心軸方向・径方向の出力分布、炉心流量・給水流量・主蒸気流量・炉水浄化系流量など流量データ、主蒸気系、オフガス系および各建屋内の放射線監視データなどの運転データ、および原子力発電プラントP100内に設置された計測器P120からの出力データを受信する。 FIG. 3 is a functional configuration diagram of a prediction device 100 for predicting reactor water quality and corrosion potential according to this embodiment. The prediction device 100 is a computer and includes a control section 110, a storage section 120, and an input/output section 160. The prediction device 100 receives flow data such as thermal output, power distribution in the axial and radial directions of the core, core flow rate, feed water flow rate, main steam flow rate, reactor water purification system flow rate, etc. from the process computer P110 used in the nuclear power plant P100. Operational data such as radiation monitoring data for the steam system, off-gas system, and each building, and output data from the measuring instrument P120 installed in the nuclear power plant P100 are received.

記憶部120は、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)、SSD(Solid State Drive)などから構成される。記憶部120には、予測モデル130やラジオリシス・腐食電位モデル140、線量率予測モデル145、プラント状態量データベース150が記憶される。
予測モデル130は、機械学習モデルであり、例えばニューラルネットワークである。予測モデル130は、プラント状態量を入力データとし、当該プラント状態量が取得された期間から所定期間後の炉水水質と腐食電位とを予測結果(出力データ)とする機械学習モデルである。
The storage unit 120 includes a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), an SSD (Solid State Drive), and the like. The storage unit 120 stores a prediction model 130, a radiolysis/corrosion potential model 140, a dose rate prediction model 145, and a plant state quantity database 150.
Prediction model 130 is a machine learning model, such as a neural network. The prediction model 130 is a machine learning model that uses plant state quantities as input data and uses as prediction results (output data) reactor water quality and corrosion potential after a predetermined period from the period in which the plant state quantities were acquired.

ラジオリシス・腐食電位モデル140(図面ではラジオリシス・ECPモデルとも記す)は、炉水水質および腐食電位のシミュレーションモデルであり、モデルを記述する式やパラメータである。ないしは、ラジオリシス・腐食電位モデル140は、シミュレーションを実行するプログラムであると捉えてもよい。
線量率予測モデル145は、機械学習モデルであり、例えばニューラルネットワークである。線量率予測モデル145は、ラジオリシス・腐食電位モデル140の入力となる線量率分布を予測する機械学習モデルである。
The radiolysis/corrosion potential model 140 (also referred to as the radiolysis/ECP model in the drawings) is a simulation model of reactor water quality and corrosion potential, and includes equations and parameters that describe the model. Alternatively, the radiolysis/corrosion potential model 140 may be regarded as a program that executes a simulation.
The dose rate prediction model 145 is a machine learning model, such as a neural network. The dose rate prediction model 145 is a machine learning model that predicts the dose rate distribution that is input to the radiolysis/corrosion potential model 140.

予測モデル130、ラジオリシス・腐食電位モデル140、および線量率予測モデル145は、機械学習やシミュレーションのモデルであるが、入力に対して出力を計算するプログラム、または計算主体と見なしてもよい。例えば、予測モデル130がプラント状態量から炉水水質と腐食電位とを予測する、などと記す場合がある。 The prediction model 130, the radiolysis/corrosion potential model 140, and the dose rate prediction model 145 are machine learning or simulation models, but they may also be regarded as programs that calculate outputs based on inputs, or as calculation entities. For example, it may be written that the prediction model 130 predicts reactor water quality and corrosion potential from plant state quantities.

プラント状態量データベース150は、ラジオリシス・腐食電位モデル140に含まれる変数やパラメータの値となる原子力発電プラントP100のプラントデータや給水データ、炉水水質、放射能データ、放射線監視データを含むプラント状態量を記憶する。プラント状態量データベース150は、他に、炉心P13(図1参照)に装荷されている燃料集合体の種類、燃焼度、炉内滞在期間、炉心での配置を記憶し、さらには熱出力、出力分布などのプラント状態量も記憶する。 The plant state quantity database 150 includes plant state quantities including plant data, water supply data, reactor water quality, radioactivity data, and radiation monitoring data of the nuclear power plant P100, which are values of variables and parameters included in the radiolysis/corrosion potential model 140. Remember. The plant state quantity database 150 also stores the types of fuel assemblies loaded in the reactor core P13 (see FIG. 1), burnup, length of stay in the reactor, and arrangement in the core, as well as thermal output and power output. Plant state quantities such as distribution are also stored.

入出力部160は、プロセスコンピュータP110や計測器P120からのデータを受信して、プラント状態量データベース150に格納する。また、入出力部160は、図示していないディスプレイやキーボード、マウスを備え、予測装置100の利用者からの操作を受け付けたり、予測結果などのデータを表示したりする。 The input/output unit 160 receives data from the process computer P110 and the measuring instrument P120 and stores it in the plant state quantity database 150. Further, the input/output unit 160 includes a display, a keyboard, and a mouse (not shown), and receives operations from the user of the prediction device 100 and displays data such as prediction results.

制御部110は、CPU(Central Processing Unit)を含んで構成され、学習部111、予測部112、およびシミュレーション部113を備える。学習部111は、プラント状態量データベース150に記憶されるデータを教師データ(学習データ)として学習処理(後記する図8参照)を行い、所定期間後の炉水水質および腐食電位を予測する予測モデル130を生成する。また、学習部111は、線量率予測モデル145を生成する学習処理を実行する。 The control unit 110 includes a CPU (Central Processing Unit), and includes a learning unit 111, a prediction unit 112, and a simulation unit 113. The learning unit 111 performs a learning process (see FIG. 8 described later) using data stored in the plant state quantity database 150 as teacher data (learning data), and creates a prediction model that predicts reactor water quality and corrosion potential after a predetermined period. 130 is generated. Further, the learning unit 111 executes learning processing to generate a dose rate prediction model 145.

予測部112は、生成された予測モデル130にプラント状態量データベース150に記憶されるデータを入力して、所定期間後の炉水水質と構造材料の腐食電位とを予測する予測処理(後記する図10参照)を実行する。また、予測部112は、線量率予測モデル145を用いて線量率を予測する予測処理を実行する。
シミュレーション部113は、ラジオリシス・腐食電位モデル140によるシミュレーションを実行する。シミュレーションの実行結果は、予測モデル130の入力データとなる。学習部111および予測部112の処理の詳細は、後記する図4~図10を参照して説明する。
The prediction unit 112 inputs data stored in the plant state quantity database 150 into the generated prediction model 130, and performs a prediction process (see the figure described later) to predict the reactor water quality and the corrosion potential of structural materials after a predetermined period. 10)). Further, the prediction unit 112 executes a prediction process of predicting the dose rate using the dose rate prediction model 145.
The simulation unit 113 executes a simulation using the radiolysis/corrosion potential model 140. The simulation execution result becomes input data for the prediction model 130. Details of the processing by the learning unit 111 and the prediction unit 112 will be explained with reference to FIGS. 4 to 10, which will be described later.

≪予測モデルと教師データ≫
図4は、本実施形態に係る教師データに含まれる予測モデル130の入力データと出力データとを説明するための図である。ここでは、N日分のプラント状態量151および線量率分布152から翌日の炉水水質および腐食電位を予測する予測モデル130を説明する。つまり、ここでは、所定期間後とは、翌日のことである。
詳しくは、ラジオリシス・腐食電位モデル140を用いて、線量率分布152(図2記載の線量率分布M4参照)からN日分の水質・腐食電位154を求める。予測モデル130の入力データは、N日分のプラント状態量151とN日分の水質・腐食電位154である。予測モデル130の出力データ(予測結果、正解ラベル)は、翌日の炉水水質と腐食電位である。学習するときには、ラジオリシス・腐食電位モデル140を用いて、翌日の線量率分布152から翌日の水質・腐食電位154Aを求めて出力データとする。
≪Prediction model and training data≫
FIG. 4 is a diagram for explaining input data and output data of the prediction model 130 included in the teacher data according to this embodiment. Here, a prediction model 130 that predicts the next day's reactor water quality and corrosion potential from N days' worth of plant state quantities 151 and dose rate distribution 152 will be described. That is, here, after the predetermined period means the next day.
Specifically, using the radiolysis/corrosion potential model 140, the water quality/corrosion potential 154 for N days is determined from the dose rate distribution 152 (see dose rate distribution M4 shown in FIG. 2). The input data of the prediction model 130 is the plant state quantity 151 for N days and the water quality/corrosion potential 154 for N days. The output data (prediction result, correct label) of the prediction model 130 is the next day's reactor water quality and corrosion potential. When learning, using the radiolysis/corrosion potential model 140, the next day's water quality/corrosion potential 154A is obtained from the next day's dose rate distribution 152 and used as output data.

図5は、本実施形態に係る学習処理における予測モデル130の教師データ161~169の構成を説明するための図である。ここでは、第1日~第2N日のプラント状態量からNの教師データ161~169を生成する。
教師データ161の入力データは、第1日~第N日のN日分のプラント状態量151と水質・腐食電位154とを含んでいる。教師データ161の出力データ(正解ラベル)は、第N+1日の水質・腐食電位154Aを含んでいる。
FIG. 5 is a diagram for explaining the structure of the teacher data 161 to 169 of the prediction model 130 in the learning process according to the present embodiment. Here, N teacher data 161 to 169 are generated from the plant state quantities from the first day to the second N days.
The input data of the teacher data 161 includes the plant state quantity 151 and the water quality/corrosion potential 154 for N days from the first day to the Nth day. The output data (correct label) of the teacher data 161 includes the water quality/corrosion potential 154A on the N+1st day.

詳しくは、第1日~第N日のプラント状態量151のそれぞれに含まれる、給水流量、炉心流量、主蒸気流量、再循環流量(再循環系を有するBWRの場合)、炉水の炉心入口温度、炉水の炉心出口温度、圧力容器内各領域の線流速、貴金属注入量、炉水金属濃度(Fe、Ni、Cr、Cu、Co)、炉水浄化流量、熱出力、炉心燃料集合体ごとの出力に基づく軸方向出力分布および径方向出力分布、核燃料集合体出力、放射線監視データ(N16、N13、オフガス核種)、給水水素濃度、主蒸気系酸素・水素の濃度、炉水サンプリング点での放射能濃度(Co60、Co58、Cr51、Na24、Au199)、炉水不純物濃度(イオン例えば塩化物イオン、硫酸イオン、クロム酸イオン等、不溶性成分)、溶存酸素濃度、溶存水素濃度、過酸化水素濃度、腐食電位など実測可能、あるいはすでにプロセスコンピュータP110(図3参照)内に保存されているプラント状態量151が、予測モデル130の入力データとして含まれる。 In detail, the feed water flow rate, core flow rate, main steam flow rate, recirculation flow rate (in the case of a BWR with a recirculation system), and core inlet of reactor water included in each of the plant state quantities 151 from the 1st day to the Nth day. Temperature, core exit temperature of reactor water, linear flow velocity in each region within the pressure vessel, amount of precious metals injected, reactor water metal concentration (Fe, Ni, Cr, Cu, Co), reactor water purification flow rate, thermal output, core fuel assembly Axial power distribution and radial power distribution based on each output, nuclear fuel assembly output, radiation monitoring data (N16, N13, off-gas nuclides), feed water hydrogen concentration, main steam system oxygen and hydrogen concentration, reactor water sampling point radioactivity concentration (Co60, Co58, Cr51, Na24, Au199), reactor water impurity concentration (ions such as chloride ions, sulfate ions, chromate ions, etc., insoluble components), dissolved oxygen concentration, dissolved hydrogen concentration, hydrogen peroxide concentration Plant state quantities 151 that can be actually measured, such as concentration and corrosion potential, or that are already stored in the process computer P110 (see FIG. 3), are included as input data for the prediction model 130.

また、第1日~第N日のプラント状態量に含まれる、給水水素濃度、ガンマ線および中性子線の線量率分布152、炉水の炉心入口温度、炉水の炉心出口温度、炉心流量、主蒸気系流量、線流速からラジオリシス・腐食電位モデル140を用いて計算された原子炉内の酸素・過酸化水素・水素の濃度(炉水水質)および原子炉内の構造材料の腐食電位が、予測モデル130の入力データとして含まれる。この予測モデル130の入力データとなる教師データ161は、図4記載の水質・腐食電位154に相当する。なお、予測モデル130の入力データとなる原子炉内の水質(炉水水質)および腐食電位を炉内予測値とも記す。 Also included in the plant state quantities from day 1 to day N are feedwater hydrogen concentration, gamma ray and neutron beam dose rate distribution 152, core inlet temperature of reactor water, core outlet temperature of reactor water, core flow rate, main steam The concentration of oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen in the reactor (reactor water quality) and the corrosion potential of structural materials in the reactor are calculated using the radiolysis/corrosion potential model 140 from the system flow rate and linear flow velocity, and the prediction model 130 is included as input data. Teacher data 161 serving as input data for this prediction model 130 corresponds to water quality/corrosion potential 154 shown in FIG. Note that the water quality in the reactor (reactor water quality) and corrosion potential, which are input data to the prediction model 130, are also referred to as in-reactor predicted values.

教師データ161には、水質・腐食電位154と同様にして、第N+1日のプラント状態量からラジオリシス・腐食電位モデル140を用いて計算された原子炉内の酸素・過酸化水素・水素の濃度および腐食電位が、予測モデル130の出力データ(正解ラベル、予測結果)として含まれる。この予測モデル130の出力データとなる教師データ161は、図4記載の水質・腐食電位154Aである。 The training data 161 includes the concentrations of oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen in the reactor calculated using the radiolysis/corrosion potential model 140 from the plant state quantities on the N+1 day in the same manner as the water quality/corrosion potential 154. The corrosion potential is included as output data (correct label, prediction result) of the prediction model 130. The teacher data 161 that is the output data of this prediction model 130 is the water quality/corrosion potential 154A shown in FIG.

教師データ161と同様に、教師データ162の入力データは、第2日~第N+1日のプラント状態量151と、水質・腐食電位154とを含んでいる。教師データ162の出力データ(正解ラベル)は、第N+2日の水質・腐食電位154Aを含んでいる。
教師データ161,162と同様に、教師データ169の入力データは、第N日~第2N-1日のプラント状態量151と、水質・腐食電位154とを含んでいる。教師データ169の出力データ(正解ラベル)は、第2N日の水質・腐食電位154Aを含んでいる。
Similar to the teacher data 161, the input data of the teacher data 162 includes plant state quantities 151 from the second day to the N+1 day, and water quality/corrosion potential 154. The output data (correct label) of the teacher data 162 includes the water quality/corrosion potential 154A on the N+2th day.
Similar to the teacher data 161 and 162, the input data of the teacher data 169 includes the plant state quantity 151 from the Nth day to the 2N-1th day, and the water quality/corrosion potential 154. The output data (correct label) of the teacher data 169 includes the water quality/corrosion potential 154A on the 2Nth day.

以上に説明した教師データを用いて学習することで、予測モデル130を生成することができる。予測モデル130は、予測するまでのN日分のプラント状態量151と線量率分布152とから、翌日の炉水水質(原子炉内の酸素・過酸化水素・水素の濃度)と腐食電位とを予測するモデルである。 The predictive model 130 can be generated by learning using the teacher data described above. The prediction model 130 calculates the next day's reactor water quality (the concentration of oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen in the reactor) and corrosion potential from the plant state quantities 151 and dose rate distribution 152 for N days up to prediction. It is a predictive model.

≪線量率予測モデルと教師データ≫
ラジオリシス・腐食電位モデル140の入力となるガンマ線および中性子の線量率分布152(図4参照)は、遮蔽計算によって計算される。しかしながら、プラントの1つの運転サイクル期間にわたり時々刻々の線量率分布を計算することは時間的・経済的に現在のコンピュータ能力では不可能である。本実施形態では、線量率予測モデル145を用いて線量率分布を計算する。
図6は、本実施形態に係る線量率予測モデル145の入力データや出力データ(予測結果)を説明するための図である。入力データには、プラントの設計データ156(機器寸法、運転温度など、図2記載の設計データM1参照)、および炉心出力分布153(燃料集合体ごとの出力分布から得られる軸方向出力分布および径方向出力分布)が含まれる。線量率予測モデル145の出力データである予測結果は線量率分布152である。
≪Dose rate prediction model and training data≫
The gamma ray and neutron dose rate distribution 152 (see FIG. 4), which is input to the radiolysis/corrosion potential model 140, is calculated by shielding calculation. However, calculating the moment-by-moment dose rate distribution over one operating cycle of a plant is not possible with current computer power due to time and economic considerations. In this embodiment, the dose rate distribution is calculated using the dose rate prediction model 145.
FIG. 6 is a diagram for explaining input data and output data (prediction results) of the dose rate prediction model 145 according to this embodiment. The input data includes plant design data 156 (equipment dimensions, operating temperature, etc., see design data M1 shown in Figure 2), and core power distribution 153 (axial power distribution and diameter obtained from the power distribution for each fuel assembly). direction output distribution). The prediction result, which is the output data of the dose rate prediction model 145, is a dose rate distribution 152.

図7は、本実施形態に係る線量率予測モデル145の教師データの構成を説明するための図である。教師データは、1つ以上のプラント群の設計データ156、炉心出力分布153、線量率分布152から構築される。
詳しくは、プラントAの遮蔽計算で得られる線量率分布152の計算結果と、線量率分布を計算するときに用いた炉心出力分布153と、プラントAの設計データ156とを教師データとする。図7では、時期1~時期Lの各時期において設計データ156と炉心出力分布153とから線量率分布152を計算して、1つの教師データとしており、合計L個の教師データを構築している。他のプラントB、・・・、プラントXでも、同様にして教師データを構築する。これらの教師データを学習する(学習部111が教師データを用いて線量率予測モデル145を訓練する)ことで、線量率予測モデル145が作成される。
FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration of training data of the dose rate prediction model 145 according to this embodiment. The teacher data is constructed from design data 156 of one or more plant groups, core power distribution 153, and dose rate distribution 152.
Specifically, the calculation result of the dose rate distribution 152 obtained by the shielding calculation of the plant A, the core power distribution 153 used when calculating the dose rate distribution, and the design data 156 of the plant A are used as the teacher data. In FIG. 7, the dose rate distribution 152 is calculated from the design data 156 and the core power distribution 153 at each period from period 1 to period L, and is used as one teacher data, and a total of L pieces of teacher data are constructed. . Teacher data is constructed in the same manner for other plants B, . . . , and plant X. The dose rate prediction model 145 is created by learning these teacher data (the learning unit 111 trains the dose rate prediction model 145 using the teacher data).

このようにして作成された線量率予測モデル145は、評価対象となるプラントの設計データ156と炉心出力分布153とに基づいて、炉内のガンマ線および中性子の線量率分布152を計算(予測)する。詳しくは、予測部112が、線量率予測モデル145を用いて、設計データ156と炉心出力分布153とから線量率分布152を計算する。
計算結果の線量率分布152は、ラジオリシス・腐食電位モデル140(図4参照)への入力データとなる。線量率分布152は、ラジオリシス・腐食電位モデル140を介して予測モデル130の入力となっている。また、設計データ156と炉心出力分布153とは、線量率予測モデル145、およびラジオリシス・腐食電位モデル140を介して予測モデル130の入力となっている。
The dose rate prediction model 145 created in this way calculates (predicts) the dose rate distribution 152 of gamma rays and neutrons in the reactor based on the design data 156 of the plant to be evaluated and the core power distribution 153. . Specifically, the prediction unit 112 uses the dose rate prediction model 145 to calculate the dose rate distribution 152 from the design data 156 and the core power distribution 153.
The calculated dose rate distribution 152 becomes input data to the radiolysis/corrosion potential model 140 (see FIG. 4). The dose rate distribution 152 is input to the prediction model 130 via the radiolysis/corrosion potential model 140. Further, the design data 156 and the core power distribution 153 are input to the prediction model 130 via the dose rate prediction model 145 and the radiolysis/corrosion potential model 140.

以上、線量率予測モデル145を用いた線量率分布152の算出を説明した。炉心出力分布153は、プロセスコンピュータP110(図3参照)から取得されるデータであって、プラント状態量データベース150に格納される。予測装置100は、炉心出力分布153を取得した時点で線量率分布152を計算してプラント状態量データベース150に格納してもよい。このようにすることで、線量率分布152をプラント状態量151と見なすこともできる。 The calculation of the dose rate distribution 152 using the dose rate prediction model 145 has been described above. Core power distribution 153 is data acquired from process computer P110 (see FIG. 3), and is stored in plant state quantity database 150. The prediction device 100 may calculate the dose rate distribution 152 at the time of acquiring the core power distribution 153 and store it in the plant state quantity database 150. By doing so, the dose rate distribution 152 can also be regarded as the plant state quantity 151.

≪予測モデルを生成する学習処理≫
図8は、本実施形態に係る学習部111が実行する学習処理のフローチャートである。
ステップS11において学習部111は、開始日(第1日~第N日、図5参照)ごとにステップS12~S13を実行する。
≪Learning process that generates a predictive model≫
FIG. 8 is a flowchart of the learning process executed by the learning unit 111 according to the present embodiment.
In step S11, the learning unit 111 executes steps S12 to S13 for each start date (first day to Nth day, see FIG. 5).

ステップS12において学習部111の指示を受けてシミュレーション部113は、プラント状態量151を入力データとし、ラジオリシス・腐食電位モデル140によるシミュレーションを実行する。詳しくは、シミュレーション部113は、開始日からN+1日分(開始日を含めN+1日分)のプラント状態量151に含まれる、線量率分布、線流速、給水流量、炉心流量、主蒸気流量、炉心入口温度、炉心出口温度、給水水素濃度、給水鉄濃度、貴金属注入量、炉水浄化流量、熱出力などからラジオリシス・腐食電位モデル140を用いて、炉内予測値である炉水水質(炉内の酸素・過酸化水素・水素の濃度)と腐食電位とを計算する。 In step S12, upon receiving the instruction from the learning unit 111, the simulation unit 113 uses the plant state quantity 151 as input data and executes a simulation using the radiolysis/corrosion potential model 140. In detail, the simulation unit 113 calculates the dose rate distribution, linear flow velocity, feed water flow rate, core flow rate, main steam flow rate, and reactor core contained in the plant state quantities 151 for N+1 days from the start date (N+1 days including the start date). Using the radiolysis/corrosion potential model 140 from the inlet temperature, core exit temperature, feed water hydrogen concentration, feed water iron concentration, precious metal injection amount, reactor water purification flow rate, thermal output, etc., the reactor water quality (in the reactor Calculate the concentration of oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen) and the corrosion potential.

ステップS13において学習部111は、教師データを生成する。詳しくは、学習部111は、開始日からN日分(開始日を含めN日分)のプラント状態量151それぞれに含まれる、線量率分布、線流速、給水流量、炉心流量、主蒸気流量、炉心入口温度、炉心出口温度、給水水素濃度、給水鉄濃度、貴金属注入量、炉水浄化流量、熱出力などのプラント状態量、ステップS12において算出した開始日からN日分の炉水水質および腐食電位を入力データとし、開始日からN日先(開始日+N日)の炉水水質および腐食電位を出力データ(正解データ)とする教師データを生成する。 In step S13, the learning unit 111 generates teacher data. In detail, the learning unit 111 learns the dose rate distribution, linear flow velocity, feed water flow rate, core flow rate, main steam flow rate, which are included in each of the plant state quantities 151 for N days from the start date (N days including the start date). Plant state quantities such as core inlet temperature, core outlet temperature, feed water hydrogen concentration, feed water iron concentration, precious metal injection amount, reactor water purification flow rate, thermal output, reactor water quality and corrosion for N days from the start date calculated in step S12 Teacher data is generated in which the potential is input data and the reactor water quality and corrosion potential N days after the start date (start date + N days) are output data (correct data).

ステップS14において学習部111は、全ての開始日ごとにステップS12~S13を実行したならばステップS15に進み、未処理の開始日があればステップS12に戻って、未処理の開始日についてステップS12~S13を処理する。
ステップS15において学習部111は、ステップS13で生成した教師データを用いて予測モデル130を訓練して(予測モデル130に教師データを学習させて)、予測モデル130を構築する。
In step S14, if the learning unit 111 has executed steps S12 to S13 for every start date, the process proceeds to step S15, and if there is an unprocessed start date, the process returns to step S12, and for the unprocessed start date, the learning unit 111 proceeds to step S15. ~Process S13.
In step S15, the learning unit 111 trains the predictive model 130 using the teacher data generated in step S13 (makes the predictive model 130 learn the teacher data) to construct the predictive model 130.

上記した予測処理により、N日分のプラント状態量からその翌日における原子炉の炉水水質および原子炉の構造材料の腐食電位を予測する予測モデル130が構築できる。続いて、予測モデル130を用いた炉水水質および構造材料の腐食電位を予測する処理を説明する。 Through the above-described prediction processing, it is possible to construct a prediction model 130 that predicts the reactor water quality and the corrosion potential of the structural materials of the reactor on the next day from the plant state quantities for N days. Next, a process for predicting reactor water quality and corrosion potential of structural materials using the prediction model 130 will be explained.

≪予測モデルを用いた予測処理≫
図9は、本実施形態に係る予測処理における予測モデル130の入力データと出力データとを説明するための図である。
プラント状態量151に含まれるN日分の線量率分布、線流速、給水流量、炉心流量、主蒸気流量、炉心入口温度、炉心出口温度、給水水素濃度、給水鉄濃度、貴金属注入量、炉水浄化流量、熱出力などのプラント状態量などのプラント状態量が、予測モデル130の入力データとして含まれる。この入力データは、図9記載のプラント状態量151から予測モデル130に向かう矢印に相当する。
≪Prediction processing using prediction model≫
FIG. 9 is a diagram for explaining input data and output data of the prediction model 130 in the prediction process according to this embodiment.
Dose rate distribution for N days included in plant state quantity 151, linear flow velocity, feed water flow rate, core flow rate, main steam flow rate, core inlet temperature, core outlet temperature, feed water hydrogen concentration, feed water iron concentration, precious metal injection amount, reactor water Plant state quantities, such as plant state quantities such as purification flow rate and heat output, are included as input data for the prediction model 130. This input data corresponds to the arrow pointing from the plant state quantity 151 to the prediction model 130 shown in FIG.

また、プラント状態量151を入力データとし、ラジオリシス・腐食電位モデル140によるシミュレーションを実行される。詳しくは、シミュレーション部113は、プラント状態量151に含まれる、N日分の線量率分布、線流速、給水流量、炉心流量、主蒸気流量、炉心入口温度、炉心出口温度、給水水素濃度、給水鉄濃度、貴金属注入量、炉水浄化流量、熱出力などを入力とし、ラジオリシス・腐食電位モデル140を用いて、水質・腐食電位154(炉内予測値)を計算する。この水質・腐食電位154が、予測モデル130の入力データとして含まれる。
これら入力から、予測モデル130を用いることで予測結果として、N日分の入力データの翌日における水質・腐食電位155を計算することができる。
Furthermore, a simulation is executed using the radiolysis/corrosion potential model 140 using the plant state quantity 151 as input data. In detail, the simulation unit 113 calculates the dose rate distribution for N days, linear flow rate, feed water flow rate, core flow rate, main steam flow rate, core inlet temperature, core outlet temperature, feed water hydrogen concentration, and feed water concentration, which are included in the plant state quantity 151. Using the iron concentration, precious metal injection amount, reactor water purification flow rate, heat output, etc. as input, the radiolysis/corrosion potential model 140 is used to calculate water quality/corrosion potential 154 (in-reactor predicted value). This water quality/corrosion potential 154 is included as input data of the prediction model 130.
From these inputs, by using the prediction model 130, it is possible to calculate the water quality/corrosion potential 155 on the next day of N days' worth of input data as a prediction result.

図10は、本実施形態に係る予測部112が実行する予測処理のフローチャートである。図10を参照して、基準日(予測処理の実行日)を含む過去N日分のプラント状態量から、基準日翌日の炉水水質と腐食電位とを予測する予測処理を説明する。
ステップS21において予測部112の指示を受けてシミュレーション部113は、プラント状態量151を入力データとし、ラジオリシス・腐食電位モデル140によるシミュレーションを実行して、基準日を含めて過去N日分の炉水水質と腐食電位とを計算する。
FIG. 10 is a flowchart of the prediction process executed by the prediction unit 112 according to this embodiment. Referring to FIG. 10, a prediction process for predicting the reactor water quality and corrosion potential on the day after the reference date from the plant state quantities for the past N days including the reference date (the execution date of the prediction process) will be described.
In step S21, upon receiving instructions from the prediction unit 112, the simulation unit 113 uses the plant state quantity 151 as input data, executes a simulation using the radiolysis/corrosion potential model 140, and calculates the amount of reactor water for the past N days including the reference date. Calculate water quality and corrosion potential.

ステップS22において予測部112は、予測モデル130に入力データを入力する。詳しくは、予測部112は、基準日を含めて過去N日分のプラント状態量、ステップS21において計算した炉水水質および腐食電位を予測モデル130に入力する。
ステップS23において予測部112は、予測モデル130を実行して炉水水質および腐食電位の出力を取得することで、炉水水質および腐食電位を予測する。
In step S22, the prediction unit 112 inputs input data to the prediction model 130. Specifically, the prediction unit 112 inputs into the prediction model 130 the plant state quantities for the past N days including the reference date, the reactor water quality and the corrosion potential calculated in step S21.
In step S23, the prediction unit 112 predicts the reactor water quality and corrosion potential by executing the prediction model 130 and obtaining outputs of the reactor water quality and corrosion potential.

基準日が現在である場合には、過去の実績値(実測値)であるプラント状態量151から、水質・腐食電位155が予測できる。また、基準日を過去にすると、予測を検証することができる。詳しくは、過去の実績値であるプラント状態量から腐食電位を算出して、実績値の腐食電位と比較することで、予測の精度を評価することができる。例えば、基準日を1日前としたときにおける本日の腐食電位の予測結果と、本日の腐食電位の実測値とを比較することで、予測の精度を評価できる。 When the reference date is the present, the water quality/corrosion potential 155 can be predicted from the plant state quantity 151 which is the past actual value (actual measurement value). Also, by setting the reference date in the past, the prediction can be verified. Specifically, the accuracy of the prediction can be evaluated by calculating the corrosion potential from the plant state quantity that is the past performance value and comparing it with the corrosion potential of the performance value. For example, the accuracy of the prediction can be evaluated by comparing the prediction result of today's corrosion potential when the reference date is one day before with the actually measured value of today's corrosion potential.

≪変形例:複数の予測日≫
上記した実施形態では、基準日翌日の炉水水質と腐食電位とを予測している。基準日翌日を含めN日先までを予測するようにしてもよい。この場合には、予測モデル130の出力データとなる教師データとなる水質・腐食電位154A(図4、図5参照)をN日分とする。例えば、教師データ161では、N+1日~2N日までの水質・腐食電位154Aを出力データ(正解データ)とする。
予測する期間はN日とは限らず、他の日数であってもよい。また、基準日翌日(基準日の1日後)の炉水水質と腐食電位を予測とは限らず、基準日の所定日数後(所定期間後)の炉水水質と腐食電位とを予測するようにしてもよい。
≪Modification: Multiple forecast dates≫
In the embodiment described above, the reactor water quality and corrosion potential on the day after the reference date are predicted. Predictions may be made up to N days ahead, including the day after the reference date. In this case, the water quality/corrosion potential 154A (see FIGS. 4 and 5), which is the teacher data that is the output data of the prediction model 130, is for N days. For example, in the teacher data 161, the water quality/corrosion potential 154A from day N+1 to day 2N is set as output data (correct data).
The period to be predicted is not limited to N days, and may be any other number of days. In addition, it is not necessary to predict the reactor water quality and corrosion potential the day after the reference date (one day after the reference date), but rather to predict the reactor water quality and corrosion potential a predetermined number of days after the reference date (after a predetermined period). It's okay.

≪変形例:計画値を含んだ予測≫
上記した実施形態では、基準日までの実績データ(プラント状態量151)から予測しているが、計画されたデータ(計画値)を含めて予測するようにしてもよい。
図11は、本実施形態の変形例に係る学習処理における予測モデル130の教師データの構成を説明するための図である。教師データの入力データは、2N-1日分のプラント状態量、炉水水質、腐食電位である。また、教師データの出力データ(予測結果、正解データ)は、その翌日の炉水水質および腐食電位である。例えば、1日~2N-1日のプラント状態量、炉水水質、腐食電位が入力データであり、2N日の炉水水質と腐食電位とが出力データである。図11には、入力データの開始日が1日からN日までのNの教師データが記載されている。
学習処理においては、この教師データから予測モデルを生成する。生成された予測モデルは、2N-1日分のプラント状態量、炉水水質および腐食電位から、その翌日の炉水水質および腐食電位を予測する予測モデルである。
≪Modification: Prediction including planned values≫
In the embodiment described above, prediction is made from actual data (plant state quantity 151) up to the reference date, but prediction may also be made including planned data (planned value).
FIG. 11 is a diagram for explaining the configuration of the teacher data of the prediction model 130 in the learning process according to the modification of the present embodiment. The input data for the teacher data are plant state quantities for 2N-1 days, reactor water quality, and corrosion potential. Furthermore, the output data (prediction results, correct data) of the teacher data is the reactor water quality and corrosion potential of the next day. For example, the plant state quantities, reactor water quality, and corrosion potential from day 1 to 2N-1 are input data, and the reactor water quality and corrosion potential from day 2N are output data. In FIG. 11, N teacher data whose input data start dates are from day 1 to day N are described.
In the learning process, a predictive model is generated from this teacher data. The generated prediction model is a prediction model that predicts the next day's reactor water quality and corrosion potential from the plant state quantities, reactor water quality, and corrosion potential for 2N-1 days.

図12は、本実施形態の変形例に係る予測処理における予測モデルの入力データと出力データ(予測結果)を説明するための図である。予測処理においては、基準日を含めて過去N日分のプラント状態量、炉水水質、腐食電位に加えて、基準日翌日からN-1日分の計画値となるプラント状態量、炉水水質、腐食電位を入力データとする。
例えば、給水流量、炉心流量、給水水素濃度、給水鉄濃度、貴金属注入量、炉水浄化流量、熱出力は、運転計画で決められている(予測可能である)、ないしは原子力発電プラントの操作(設定)により調整可能であるので、予測モデルへの入力に加えてもよい。また、線量率分布は、炉心出力分布から算出するので予測可能である。炉水水質と腐食電位とについても、ラジオリシス・腐食電位モデル140を用いて、プラント状態量から計算可能であり、予測モデルへの入力に加えることができる。他の入力データについても、運転計画で決める、または予測して、予測モデルへの入力に加えることができる。
予想日に近い日の入力データを加えることで、予測装置は、腐食電位をより高精度に予測可能となる。
FIG. 12 is a diagram for explaining input data and output data (prediction results) of a prediction model in prediction processing according to a modification of the present embodiment. In the prediction process, in addition to the plant state quantities, reactor water quality, and corrosion potential for the past N days including the reference date, the plant state quantities, reactor water quality, and the planned values for N-1 days from the day after the reference date are calculated. , the corrosion potential is used as input data.
For example, the feed water flow rate, core flow rate, feed water hydrogen concentration, feed water iron concentration, precious metal injection amount, reactor water purification flow rate, and thermal output are determined (predictable) in the operation plan, or the nuclear power plant operation ( settings), so it can be added to the input to the prediction model. Furthermore, the dose rate distribution is calculated from the core power distribution, so it can be predicted. The reactor water quality and corrosion potential can also be calculated from the plant state quantities using the radiolysis/corrosion potential model 140, and can be added to the input to the prediction model. Other input data can also be determined or predicted in the driving plan and added to the input to the prediction model.
By adding input data from days close to the expected date, the prediction device can predict corrosion potential with higher accuracy.

≪変形例:予測装置を用いた運転計画立案≫
腐食電位を所望する値以下に抑えるための運転計画立案のためには、計画値となるプラント状態量を変えながら、繰り返し予測処理を実行すればよい。例えば、プラント状態量としての給水水素濃度や給水鉄濃度、貴金属注入量を変えながら予測処理を繰り返して、腐食電位が所望の値以下となる給水水素濃度や給水鉄濃度、貴金属注入量を探し出す。この給水水素濃度や給水鉄濃度、貴金属注入量に基づいてプラントを運用することで腐食電位を所望の値以下とすることができるようになる。
≪Modification: Operation planning using a prediction device≫
In order to formulate an operation plan for suppressing the corrosion potential to a desired value or less, the prediction process may be repeatedly executed while changing the plant state quantity serving as the planned value. For example, the prediction process is repeated while changing the feed water hydrogen concentration, feed water iron concentration, and precious metal injection amount as plant state quantities to find the feed water hydrogen concentration, feed water iron concentration, and precious metal injection amount that will cause the corrosion potential to be equal to or less than a desired value. By operating the plant based on the hydrogen concentration in the feed water, the iron concentration in the feed water, and the amount of noble metals injected, the corrosion potential can be kept below a desired value.

≪学習処理と予測処理の特徴≫
炉水水質および腐食電位に強く影響するガンマ線と中性子の線量率分布は、炉心の出力分布と熱出力で決まる。構造材料表面の貴金属付着量は、貴金属注入量、燃料棒表面への付着速度、および構造材料表面への付着速度に強い影響を受ける。これらは、原子力発電プラントの運転中には計測できず、出力分布を用いて遮蔽計算を実施したり、定期検査など原子力発電プラントの停止中に炉心P13(図1参照)から燃料棒を取り出したり、炉内、炉外構造材料にアクセスしたりして始めて計測できる値である。
≪Characteristics of learning processing and prediction processing≫
The dose rate distribution of gamma rays and neutrons, which strongly affect reactor water quality and corrosion potential, is determined by the power distribution and thermal output of the reactor core. The amount of noble metal deposited on the surface of the structural material is strongly influenced by the amount of precious metal injected, the rate of deposition on the fuel rod surface, and the rate of deposition on the surface of the structural material. These cannot be measured while the nuclear power plant is operating, and shielding calculations are performed using the power distribution, or fuel rods are removed from the core P13 (see Figure 1) during periodic inspections or other times when the nuclear power plant is shut down. This value can only be measured by accessing the structural materials inside and outside the furnace.

また、炉水水質(炉内の水質)は実測できず、少数のサンプリングラインを通して炉外に引き出された状態での水質が測定される。したがって、過酸化水素はサンプリングライン内で分解しているため実際の炉内の濃度は不明である。また、腐食電位は炉内の限定された位置でのみ実測されている。腐食電位はセンサの置かれたごく近傍の状態を測定しているので、センサから離れた部位での腐食電位は不明なので、計算による評価との組み合わせが必須である。 Furthermore, the quality of reactor water (water quality inside the reactor) cannot be measured, and the water quality is measured after it is drawn out of the reactor through a small number of sampling lines. Therefore, since hydrogen peroxide decomposes within the sampling line, the actual concentration inside the furnace is unknown. Furthermore, the corrosion potential has only been measured at limited locations within the furnace. Since the corrosion potential measures the state in the immediate vicinity of the sensor, the corrosion potential in areas far from the sensor is unknown, so it is essential to combine this with calculation-based evaluation.

予測装置100は、物理モデルであるラジオリシス・腐食電位モデル140と機械学習モデルである予測モデル130(例えばニューラルネットワーク)とを組み合わせて炉水水質と腐食電位とを予測している。これによって、空間的、時間的にプラントデータが欠落していたり、物理モデルに含まれている不確かさ、および現実をモデル化するときに取り込まれなかった現象による乖離が存在したりしていても、プラント状態量と解析(シミュレーション)結果とを組み合わせて機械学習モデルによってより精度の高い炉水水質と腐食電位との予測が可能となる。 The prediction device 100 predicts reactor water quality and corrosion potential by combining a radiolysis/corrosion potential model 140 that is a physical model and a prediction model 130 (for example, a neural network) that is a machine learning model. This allows even if there are gaps in plant data that are missing in space or time, uncertainties in the physical model, and deviations due to phenomena that were not captured when modeling reality. By combining plant state variables and analysis (simulation) results, a machine learning model will enable more accurate predictions of reactor water quality and corrosion potential.

換言すれば、上記した実施形態における予測モデル130の入力データは、線量率予測モデル145で予測された線量率分布、およびラジオリシス・腐食電位モデル140を用いて計算された炉水水質と腐食電位とを含んでいる。運転中には計測できないが、炉水水質および腐食電位に強い影響を与えるプラント状態量を予測モデル130の入力データに加えることで、プラント状態量の実測値のみを入力とするモデルと比べて、炉水水質および腐食電位の予測精度を向上させることができるようになる。また、ラジオリシス・腐食電位モデル140単独による予測と比べて、ラジオリシス・腐食電位モデルに含まれないプラント状態量の相関関係を考慮した予測となっており、精度が向上する。 In other words, the input data of the prediction model 130 in the above-described embodiment is the dose rate distribution predicted by the dose rate prediction model 145, and the reactor water quality and corrosion potential calculated using the radiolysis/corrosion potential model 140. Contains. By adding plant state quantities that cannot be measured during operation but have a strong influence on reactor water quality and corrosion potential to the input data of the prediction model 130, compared to a model that inputs only actual measured values of plant state quantities, It will be possible to improve the prediction accuracy of reactor water quality and corrosion potential. Furthermore, compared to predictions made by the radiolysis/corrosion potential model 140 alone, the predictions take into account the correlation of plant state quantities that are not included in the radiolysis/corrosion potential model, improving accuracy.

≪変形例≫
線量率予測モデル145(図6参照)に関して、物理モデルであるラジオリシス・腐食電位モデル140の計算精度が十分に高い場合は、予測モデル130を用いずに、ラジオリシス・腐食電位モデル140の計算結果をプラント運転に使用してもよい。
図13は、上記した実施形態とは異なる実施形態における炉水水質と腐食電位とを予測するラジオリシス・腐食電位モデル140を説明するための図である。線量率予測モデル145は、プラント状態量151に含まれる炉心出力分布を入力として、線量率分布152を出力する。出力された線量率分布152を入力として、シミュレーション部113は、ラジオリシス・腐食電位モデル140を実行して、炉水水質および腐食電位(水質・腐食電位154)が得られる。
≪Modification example≫
Regarding the dose rate prediction model 145 (see FIG. 6), if the calculation accuracy of the radiolysis/corrosion potential model 140, which is a physical model, is sufficiently high, the calculation results of the radiolysis/corrosion potential model 140 can be used without using the prediction model 130. May be used for plant operation.
FIG. 13 is a diagram for explaining a radiolysis/corrosion potential model 140 that predicts reactor water quality and corrosion potential in an embodiment different from the embodiment described above. The dose rate prediction model 145 receives the core power distribution included in the plant state quantity 151 as input and outputs a dose rate distribution 152. Using the output dose rate distribution 152 as input, the simulation unit 113 executes the radiolysis/corrosion potential model 140 to obtain the reactor water quality and corrosion potential (water quality/corrosion potential 154).

得られた腐食電位に基づいて、対象部位の腐食電位が目標値(例えば-300~-200mV vs. SHE)以下に低下するように給水水素濃度を制御し、必要に応じて炉水への貴金属注入量を増加すればよい。
得られた炉内での線量率分布152に基づいて、炉内のチェレンコフ光の強度分布を計算することに用いることもできる。これは炉内の酸化物の光起電力による腐食の促進・抑制の評価に用いることができる。炉心部でのシャドウコロージョンや光触媒がある。
Based on the obtained corrosion potential, the feed water hydrogen concentration is controlled so that the corrosion potential of the target area falls below the target value (for example, -300 to -200 mV vs. SHE), and if necessary, precious metals are added to the reactor water. The amount of injection may be increased.
Based on the obtained dose rate distribution 152 in the furnace, it can also be used to calculate the intensity distribution of Cerenkov light in the furnace. This can be used to evaluate the acceleration and suppression of corrosion of oxides in the furnace due to photovoltaic force. There is shadow corrosion and photocatalyst in the reactor core.

≪変形例:学習処理と予測処理を実行する装置の分離≫
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。例えば、予測装置100が実行する学習処理(図8参照)および予測処理(図10参照)を、別の装置で実行してもよい。予測モデル構築装置が学習処理を実行して予測モデル130を構築し、この構築された予測モデル130を取得した予測装置が、予測処理を実行してもよい。
≪Modification: Separation of devices that execute learning processing and prediction processing≫
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be modified without departing from the spirit thereof. For example, the learning process (see FIG. 8) and the prediction process (see FIG. 10) performed by the prediction device 100 may be performed by another device. A predictive model construction device may execute a learning process to construct the predictive model 130, and the predictive device that has acquired the constructed predictive model 130 may execute the predictive process.

線量率予測を別の装置で実施してもよい。
図14は、本実施形態の変形例に係る線量率予測装置170を説明するための図である。複数のプラントが保有するそれぞれの遮蔽計算結果から、線量率予測モデル145を線量率予測装置170で構築する。この後、予測対象のプラントのプラント状態量、具体的には炉心出力分布を入力として、線量率分布152を計算して出力する。出力された線量率分布152は、予測装置100のラジオリシス・腐食電位モデル140への入力データとなり、炉水水質および腐食電位の予測値を出力する。
Dose rate prediction may be performed with a separate device.
FIG. 14 is a diagram for explaining a dose rate prediction device 170 according to a modification of this embodiment. A dose rate prediction model 145 is constructed by the dose rate prediction device 170 from the respective shielding calculation results held by a plurality of plants. Thereafter, the dose rate distribution 152 is calculated and output by inputting the plant state quantity of the plant to be predicted, specifically, the core power distribution. The output dose rate distribution 152 becomes input data to the radiolysis/corrosion potential model 140 of the prediction device 100, and outputs predicted values of reactor water quality and corrosion potential.

≪変形例:運転支援装置≫
給水水素濃度や給水鉄濃度、貴金属注入量を変えることで、炉水水質や腐食電位が変化する。換言すれば、給水水素濃度や給水鉄濃度、貴金属注入量を適切に調整することで、所望の炉水水質や腐食電位を維持することができるようになる。詳しくは、予測装置は、給水水素濃度や給水鉄濃度、貴金属注入量の計画パターンをいくつか用意しておき、計画パターンごとに予測処理を行う。予測装置は、炉水水質や腐食電位の予測結果が所望の値を満たし、給水水素濃度や給水鉄濃度、貴金属注入量が少ない計画パターンを選択する。さらに、予測装置は、運転支援装置として、選択した計画パターンに応じて、給水水素濃度や給水鉄濃度、貴金属注入量を調整(設定)して、プラントを運用してもよい。
≪Modification: Driving support device≫
By changing the feed water hydrogen concentration, feed water iron concentration, and amount of precious metals injected, the reactor water quality and corrosion potential will change. In other words, by appropriately adjusting the feed water hydrogen concentration, feed water iron concentration, and amount of noble metal injection, desired reactor water quality and corrosion potential can be maintained. Specifically, the prediction device prepares several planning patterns for the feedwater hydrogen concentration, the feedwater iron concentration, and the amount of noble metal injection, and performs prediction processing for each planning pattern. The prediction device selects a planning pattern in which the predicted results of reactor water quality and corrosion potential satisfy desired values, and in which the feed water hydrogen concentration, feed water iron concentration, and precious metal injection amount are small. Further, the prediction device, as an operation support device, may operate the plant by adjusting (setting) the feed water hydrogen concentration, the feed water iron concentration, and the amount of noble metal injection according to the selected planning pattern.

図15は、本実施形態の変形例に係る運転支援装置100Aの機能構成図である。予測装置100(図3参照)と比較すると、記憶部120に計画パターン121が、制御部110に運転支援部114が、さらに含まれる。計画パターン121は、上記した給水水素濃度や給水鉄濃度、貴金属注入量の計画値のパターンである。計画値のパターンとしては、例えば、計画期間当初に濃度/注入量を所定値とし、その後に0または低くするパターン、所定期間に所定量ずつ濃度/注入量を増加/削減し、その後は増加/削減後の値に保つパターンなどがある。運転支援部114は、後記する図16に記載の運転支援処理を実行する。 FIG. 15 is a functional configuration diagram of a driving support device 100A according to a modification of this embodiment. Compared to the prediction device 100 (see FIG. 3), the storage unit 120 further includes a planning pattern 121, and the control unit 110 further includes a driving support unit 114. The planned pattern 121 is a pattern of planned values of the above-described feed water hydrogen concentration, feed water iron concentration, and amount of noble metal injection. Patterns of planned values include, for example, a pattern in which the concentration/injection amount is set to a predetermined value at the beginning of the planning period and then set to 0 or lower, or a pattern in which the concentration/injection amount is increased/reduced by a predetermined amount during a predetermined period, and then increased/decreased. There are patterns that maintain the value after reduction. The driving support unit 114 executes a driving support process shown in FIG. 16, which will be described later.

図16は、本実施形態の変形例に係る運転支援処理のフローチャートである。
ステップS31において運転支援部114は、計画パターン121ごとに、ステップS32を実行する処理を開始する。
ステップS32において運転支援部114は、予測部112に指示して、計画パターン121に示されるプラント状態量を入力データとして予測処理(図10参照)を実行する。
FIG. 16 is a flowchart of driving support processing according to a modification of this embodiment.
In step S31, the driving support unit 114 starts processing to execute step S32 for each planning pattern 121.
In step S32, the operation support unit 114 instructs the prediction unit 112 to execute a prediction process (see FIG. 10) using the plant state quantity shown in the planning pattern 121 as input data.

ステップS33において運転支援部114は、全ての計画パターン121ごとに、ステップS32を実行したならばステップS34に進み、未処理の計画パターン121があればステップS32に戻って、未処理の計画パターンについて処理する。
ステップS34において運転支援部114は、ステップS32の予測処理の結果(予測結果)を出力する(入出力部160のディスプレイに表示する)。
In step S33, if the driving support unit 114 has executed step S32 for every plan pattern 121, the process proceeds to step S34, and if there is an unprocessed plan pattern 121, the process returns to step S32, and for the unprocessed plan pattern, Process.
In step S34, the driving support unit 114 outputs the result (prediction result) of the prediction process in step S32 (displays it on the display of the input/output unit 160).

ステップS35において運転支援部114は、最適な計画パターン121を選択する。詳しくは、運転支援部114は、予測結果のなかで、予め設定された炉水水質と腐食電位との基準を満たし、給水水素濃度や給水鉄濃度、貴金属注入量が最適な計画パターン121を選択する。運転支援部114は、例えば、給水水素濃度、給水鉄濃度および貴金属注入量に割り振られた重み付けをして給水水素濃度、給水鉄濃度および貴金属注入量を設定してプラントを運用するコストを算出して、コストが最小の計画パターン121を選択する。
ステップS36において運転支援部114は、ステップS35で選択された計画パターン121に従って、給水水素濃度、給水鉄濃度および貴金属注入量を設定してプラントを運用する。
In step S35, the driving support unit 114 selects the optimal planning pattern 121. Specifically, the operation support unit 114 selects a planning pattern 121 from among the prediction results that satisfies preset criteria for reactor water quality and corrosion potential and has the optimum feedwater hydrogen concentration, feedwater iron concentration, and precious metal injection amount. do. For example, the operation support unit 114 calculates the cost of operating the plant by setting the feed water hydrogen concentration, the feed water iron concentration, and the precious metal injection amount by weighting the feed water hydrogen concentration, the feed water iron concentration, and the precious metal injection amount. Then, the planning pattern 121 with the minimum cost is selected.
In step S36, the operation support unit 114 operates the plant by setting the feed water hydrogen concentration, the feed water iron concentration, and the amount of noble metal injection according to the plan pattern 121 selected in step S35.

上記した運転支援装置100Aを用いることで、運用者は、低いコストで炉水水質と腐食電位とを所望の値を満たしながらプラントを運用することができる。また、運用者の作業負担を削減することができる。 By using the above-described operation support device 100A, an operator can operate a plant while satisfying desired values for reactor water quality and corrosion potential at a low cost. Moreover, the workload of the operator can be reduced.

≪その他の変形例≫
上記した実施形態では、日ごとのデータを入力データとしていたが、これに限定されず、例えば、2日おきのデータであったり、6時間おきのデータであったりしてもよい。また、一定間隔に限らず、例えば、予測日に遠い入力データの間隔は長くなるようにしてもよい。間隔を長くして入力データ数を減らすことで、予測装置100は、学習処理や予測処理を高速化できる。
≪Other variations≫
In the embodiment described above, the input data is daily data, but the input data is not limited thereto, and may be data every two days or every six hours, for example. Furthermore, the interval is not limited to a fixed interval, and for example, the interval for input data far from the predicted date may be set to be longer. By increasing the interval and reducing the number of input data, the prediction device 100 can speed up learning processing and prediction processing.

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明はその他の様々な実施形態を取ることが可能であり、さらに、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本明細書等に記載された発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are merely illustrative and do not limit the technical scope of the present invention. The present invention can take various other embodiments, and various changes such as omissions and substitutions can be made without departing from the gist of the present invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention described in this specification and the like, as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.

100 予測装置(予測モデル構築装置)
100A 運転支援装置(予測装置)
111 学習部
112 予測部
113 シミュレーション部
114 運転支援部
121 計画パターン
130 予測モデル
140 ラジオリシス・腐食電位モデル(物理モデル)
145 線量率予測モデル
151 プラント状態量
152 線量率分布
153 炉心出力分布
154,154A 水質・腐食電位(炉内予測値)
155 水質・腐食電位
156 設計データ
170 線量率予測装置
P1 原子炉
P100 原子力発電プラント
100 Prediction device (prediction model construction device)
100A Driving support device (prediction device)
111 Learning section 112 Prediction section 113 Simulation section 114 Operation support section 121 Planning pattern 130 Prediction model 140 Radiolysis/corrosion potential model (physical model)
145 Dose rate prediction model 151 Plant state quantities 152 Dose rate distribution 153 Core power distribution 154, 154A Water quality/corrosion potential (in-reactor predicted value)
155 Water quality/corrosion potential 156 Design data 170 Dose rate prediction device P1 Nuclear reactor P100 Nuclear power plant

Claims (10)

原子力発電プラントにおける原子炉の炉水水質を予測する予測モデルを構築する予測モデル構築装置であって、
前記原子炉のガンマ線および中性子線の線量率分布の予測値を含む入力データから物理モデルを用いて前記原子炉内の炉水水質の予測値を含む炉内予測値を計算するシミュレーション部と、
前記原子炉の線流速、給水流量、炉心流量、主蒸気流量、炉心入口温度、炉心出口温度、給水水素濃度、給水鉄濃度、貴金属注入量、炉水浄化流量、熱出力のなかの何れか少なくとも1つを含むプラント状態量、および前記炉内予測値を入力データとして含み、当該入力データの取得された期間から所定期間後の前記炉内予測値を出力データとして含む教師データを機械学習モデルに学習させて予測モデルを構築する学習部と
を備えることを特徴とする予測モデル構築装置。
A predictive model construction device for constructing a predictive model for predicting reactor water quality of a nuclear reactor in a nuclear power plant,
a simulation unit that calculates in-reactor predicted values including predicted values of reactor water quality in the reactor using a physical model from input data including predicted values of dose rate distributions of gamma rays and neutron rays in the nuclear reactor;
At least any of the reactor's linear flow velocity, feed water flow rate, core flow rate, main steam flow rate, core inlet temperature, core outlet temperature, feed water hydrogen concentration, feed water iron concentration, precious metal injection amount, reactor water purification flow rate, and thermal output. A machine learning model is provided with training data that includes a plant state quantity including one and the in-furnace predicted value as input data, and includes as output data the in-furnace predicted value after a predetermined period from the period in which the input data was acquired. A predictive model construction device comprising: a learning section that performs learning to construct a predictive model.
前記物理モデルは、ラジオリシス・腐食電位モデルであって、
前記炉内予測値は、前記原子炉の構造材料の腐食電位の予測値をさらに含み、
前記炉水水質は、前記原子炉の炉水の酸素、水素、および過酸化水素のなかの何れか少なくとも1つの濃度であり、
前記シミュレーション部は、前記物理モデルを用いて前記炉内予測値を計算し、
前記学習部は、前記プラント状態量、および前記炉内予測値を入力データとして含み、当該入力データの取得された期間から所定期間後の前記炉内予測値を出力データとして含む教師データを機械学習モデルに学習させて予測モデルを構築する
ことを特徴とする請求項1に記載の予測モデル構築装置。
The physical model is a radiolysis/corrosion potential model,
The in-reactor predicted value further includes a predicted value of corrosion potential of structural materials of the reactor,
The reactor water quality is the concentration of at least one of oxygen, hydrogen, and hydrogen peroxide in the reactor water of the nuclear reactor,
The simulation unit calculates the in-furnace predicted value using the physical model,
The learning unit performs machine learning on teacher data that includes the plant state quantity and the in-furnace predicted value as input data, and includes as output data the in-furnace predicted value after a predetermined period from the period in which the input data was acquired. Train the model and build a predictive model
The predictive model construction device according to claim 1, characterized in that:
前記学習部は、複数の原子炉の設計データと炉心出力分布とを入力データとして含み、前記複数の原子炉の線量率分布を出力データとして含む教師データを機械学習モデルに学習させて線量率予測モデルを構築し、
前記物理モデルの入力データとなる線量率分布の予測値は、前記原子炉の設計データと炉心出力分布とを入力として前記線量率予測モデルを用いて計算される
ことを特徴とする請求項1に記載の予測モデル構築装置。
The learning unit causes a machine learning model to learn training data that includes design data and core power distributions of a plurality of reactors as input data and includes dose rate distributions of the plurality of reactors as output data to predict dose rates. build the model,
2. The predicted value of the dose rate distribution, which is the input data of the physical model, is calculated using the dose rate prediction model using the design data of the nuclear reactor and the core power distribution as input. The predictive model building device described.
原子力発電プラントにおける原子炉の炉水水質を予測する予測装置であって、
前記原子炉のガンマ線および中性子線の線量率分布の予測値を含む入力データから物理モデルを用いて前記原子炉内の炉水水質の予測値を含む炉内予測値を計算するシミュレーション部と、
前記原子炉の線流速、給水流量、炉心流量、主蒸気流量、炉心入口温度、炉心出口温度、給水水素濃度、給水鉄濃度、貴金属注入量、炉水浄化流量、熱出力のなかの何れか少なくとも1つを含むプラント状態量、および前記炉内予測値を入力データとして含み、当該入力データの取得された期間から所定期間後の前記炉内予測値を出力データとして含む教師データを機械学習モデルに学習させて構築された予測モデルが記憶される記憶部と、
前記プラント状態量と前記炉内予測値とから、前記予測モデルを用いて当該プラント状態量と当該炉内予測値とが取得された期間から前記所定期間後の炉内予測値を計算する予測部と
を備えることを特徴とする予測装置。
A prediction device for predicting reactor water quality of a nuclear reactor in a nuclear power plant,
a simulation unit that calculates in-reactor predicted values including predicted values of reactor water quality in the reactor using a physical model from input data including predicted values of dose rate distributions of gamma rays and neutron rays in the nuclear reactor;
At least any of the reactor's linear flow velocity, feed water flow rate, core flow rate, main steam flow rate, core inlet temperature, core outlet temperature, feed water hydrogen concentration, feed water iron concentration, precious metal injection amount, reactor water purification flow rate, and thermal output. A machine learning model is provided with training data that includes a plant state quantity including one and the in-furnace predicted value as input data, and includes as output data the in-furnace predicted value after a predetermined period from the period in which the input data was acquired. a storage unit in which a predictive model built by learning is stored;
A prediction unit that uses the prediction model to calculate an in-core predicted value after the predetermined period from the period in which the plant state quantity and the in-core predicted value are obtained, from the plant state quantity and the in-furnace predicted value. A prediction device comprising: and .
前記物理モデルは、ラジオリシス・腐食電位モデルであって、
前記炉内予測値は、前記原子炉の構造材料の腐食電位の予測値をさらに含み、
前記炉水水質は、前記原子炉の炉水の酸素、水素、および過酸化水素のなかの何れか少なくとも1つの濃度であり、
前記シミュレーション部は、前記物理モデルを用いて前記炉内予測値を計算し、
前記予測モデルは、前記プラント状態量、および前記炉内予測値を入力データとして含み、当該入力データの取得された期間から所定期間後の前記炉内予測値を出力データとして含む教師データを機械学習モデルに学習させて構築される
ことを特徴とする請求項4に記載の予測装置。
The physical model is a radiolysis/corrosion potential model,
The in-reactor predicted value further includes a predicted value of corrosion potential of structural materials of the reactor,
The reactor water quality is the concentration of at least one of oxygen, hydrogen, and hydrogen peroxide in the reactor water of the nuclear reactor,
The simulation unit calculates the in-furnace predicted value using the physical model,
The prediction model performs machine learning on training data that includes the plant state quantities and the in-furnace predicted value as input data, and includes as output data the in-furnace predicted value after a predetermined period from the period in which the input data was acquired. Constructed by training the model
The prediction device according to claim 4, characterized in that:
前記記憶部には、複数の原子炉の設計データと炉心出力分布とを入力データとして含み、前記複数の原子炉の線量率分布を出力データとして含む教師データを機械学習モデルに学習させて構築された線量率予測モデルがさらに記憶され、
前記物理モデルの入力データとなる線量率分布の予測値は、前記原子炉の設計データと炉心出力分布とを入力として前記線量率予測モデルを用いて計算される
ことを特徴とする請求項4に記載の予測装置。
The storage unit includes design data and core power distributions of a plurality of nuclear reactors as input data, and is constructed by causing a machine learning model to learn training data including dose rate distributions of the plurality of reactors as output data. The dose rate prediction model is further stored,
5. The predicted value of the dose rate distribution, which is the input data of the physical model, is calculated using the dose rate prediction model using the design data of the reactor and the core power distribution as input. The prediction device described.
前記記憶部には、前記プラント状態量のなかで設定可能なプラント状態量の計画値の計画パターンが1つ以上さらに記憶され、
前記計画パターンを含むプラント状態量を入力データとして前記予測部を用いて前記所定期間後の炉内予測値を出力する運転支援部をさらに備える
ことを特徴とする請求項4に記載の予測装置。
The storage unit further stores one or more planning patterns of plan values of plant state quantities that can be set among the plant state quantities,
The prediction device according to claim 4, further comprising an operation support unit that uses the prediction unit to output an in-core predicted value after the predetermined period by using a plant state quantity including the plan pattern as input data.
前記運転支援部は、
前記計画パターンに対応する前記所定期間後の炉内予測値のなかで、所定の基準を満たし、前記計画パターンを設定したときの前記原子力発電プラントの運用コストが最小となる計画パターンを出力する
ことを特徴とする請求項7に記載の予測装置。
The driving support department is
Outputting a plan pattern that satisfies a predetermined standard and minimizes the operating cost of the nuclear power plant when the plan pattern is set, among the in-core predicted values after the predetermined period corresponding to the plan pattern. The prediction device according to claim 7, characterized by:
前記運用コストが最小となる計画パターン、または、選択された計画パターンに従って、前記設定可能なプラント状態量を設定する
ことを特徴とする請求項8に記載の予測装置。
The prediction device according to claim 8, wherein the settable plant state quantity is set according to a planning pattern that minimizes the operating cost or a selected planning pattern.
前記設定可能なプラント状態量は、給水水素濃度、給水鉄濃度、および貴金属注入量のなかの何れか少なくとも1つを含む
ことを特徴とする請求項7に記載の予測装置。
The prediction device according to claim 7, wherein the settable plant state quantity includes at least one of a feed water hydrogen concentration, a feed water iron concentration, and a precious metal injection amount.
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