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報告書

次世代炉心解析システムMARBLEの開発

横山 賢治; 巽 雅洋*; 平井 康志*; 兵頭 秀昭*; 沼田 一幸*; 岩井 武彦*; 神 智之*; 羽様 平; 長家 康展; 千葉 豪; et al.

JAEA-Data/Code 2010-030, 148 Pages, 2011/03

JAEA-Data-Code-2010-030.pdf:3.23MB

高速炉核特性解析のための次世代炉心解析システムMARBLEを開発した。MARBLEは、これまでにJUPITER標準解析手法と呼ばれる高速炉詳細解析手法として開発されてきたJOINT-FR, SAGEP-FRと呼ばれる解析システム(従来システム)の後継である。MARBLEは従来システムと同等の解析機能を有する。これに加えて、燃焼を伴う高速炉実機の核特性解析に関する機能を向上させている。MARBLEの開発では、オブジェクト指向技術を採用した。この結果として、MARBLEは一定の入力を受けて出力を返すような独立した解析コードではなく、解析システムを構築するための部品の集まり(フレームワーク)となった。一方で、MARBLEは構築済みの解析システムを含んでおり、従来システムに相当する高速炉核特性解析システムSCHEME,高速炉実機燃焼解析システムORPHEUSを利用することができる。

報告書

次世代炉物理解析システムのためのフレームワーク開発,4

横山 賢治; 平井 康志*; 巽 雅洋*

JAEA-Data/Code 2010-015, 218 Pages, 2010/11

JAEA-Data-Code-2010-015.pdf:49.32MB

原子力機構では、次世代原子力システムの基礎・基盤研究における革新的な解析手法・モデルの開発を推進し、これらの最新解析手法・モデルを実用化炉の基本設計や発電炉の運転管理等に効率的・効果的に適用し反映していくために、オブジェクト指向技術を採用した次世代解析システムMARBLEの開発を進めている。本研究ではフレームワークを利用する開発者の利便性の向上を目的として、フレームワークのエラー処理機構を整備し、デバッグ処理用の機能を充実させた。またフレームワークに各種の計算手順を定義・拡張できる機構を実装することにより、臨界実験解析などの複雑な補正計算処理を必要とする解析にも対応できるようにした。

報告書

高速炉実機燃焼解析システムの高度化,2

横山 賢治; 平井 康志*; 巽 雅洋*

JAEA-Data/Code 2010-016, 92 Pages, 2010/10

JAEA-Data-Code-2010-016.pdf:12.22MB

高速炉実機の燃焼解析評価及び予測精度向上に資する、モジュラー性と柔軟性を備えた高速炉実機燃焼解析システムを開発している。本研究ではこれまでの成果を踏まえて、制御棒を柔軟に取り扱うための機能や少数群への縮約計算機能などを設計・実装した。また、リスタートファイルの概念を拡張し、計算条件・計算結果を収めたデータベースとして取扱うための仕組みを設計・実装した。これによりユーザはさまざまな計算データに容易にアクセス可能となった。

報告書

高速炉実機燃焼解析システムの高度化

横山 賢治; 平井 康志*; 兵頭 秀昭*; 巽 雅洋*

JAEA-Data/Code 2009-016, 100 Pages, 2010/02

JAEA-Data-Code-2009-016.pdf:8.18MB

高速炉実機の燃焼解析評価及び予測精度向上に資する、モジュラー性と柔軟性を備えた高速炉実機燃焼解析システムを開発している。本研究ではこれまでの成果を踏まえて、ライブラリから定数を作成し、かつ燃焼が進むに合わせて適切に定数を更新する機能を実装した。これにより既存のシステムを意識することなく、本システムのみで一連の解析を実施することが可能となった。またユーザ入力のフォーマットを見直し、システムの利便性の向上を図った。さらにこれまでの実装では機能の実現に重点を置いていたため、パフォーマンス面で最適化されていない箇所が存在した。そこでボトルネックを調査し、実装を見直すことで処理速度・メモリ使用量の効率化を実現した。

報告書

次世代炉物理解析システムのためのフレームワーク開発,3

横山 賢治; 平井 康志*; 兵頭 秀昭*; 巽 雅洋*

JAEA-Data/Code 2009-012, 208 Pages, 2010/02

JAEA-Data-Code-2009-012.pdf:11.28MB

原子力機構では、次世代原子力システムの基礎・基盤研究における革新的な解析手法・モデルの開発を推進し、これらの最新解析手法・モデルを実用化炉の基本設計や発電炉の運転管理等に効率的・効果的に適用し反映していくために、オブジェクト指向技術を採用した次世代解析システムMARBLEの開発を進めている。本研究では次世代炉物理解析システムを実機燃焼解析のみならず、さまざまな臨界実験解析に対応できるものとするため、既存のZPPR臨界実験解析データベースの設計・実装について検討した。そこで、これまでに実装した次世代炉物理解析システムにおける既存の実機燃焼解析のデータモデルと新たに作成すべき臨界実験解析のデータモデルとの統合についてその詳細を検討した。さらに臨界実験解析システムに必要となる計算結果補正処理について検討し、ZPPR臨界実験体系をはじめとするさまざまな臨界実験体系の解析に対応可能なシステムを設計・実装した。

報告書

高速炉実機燃焼解析システムの開発,3(委託研究)

平井 康志*; 兵頭 秀昭*; 巽 雅洋*; 横山 賢治

JAEA-Data/Code 2008-021, 110 Pages, 2008/10

JAEA-Data-Code-2008-021.pdf:3.47MB

高速炉実機の燃焼解析評価及び予測精度向上に資する、モジュラー性と柔軟性を備えた高速炉実機燃焼解析システムを開発している。平成18年度の「高速炉実機燃焼解析システムの開発(その2)」においては、集合体の詳細幾何形状,燃料装荷パターン等のモデルの設計と実装を行った。またそれらのモデルを構築するためにシステムに与える入力ファイルの仕様を作成し、入力ファイル処理機能を実装した。本年度は「次世代炉物理解析システムのためのフレームワーク開発(その2)」の成果を利用して、マクロ定数作成機能・炉心計算機能・燃焼計算機能を組み込んだプロトタイプシステムの実装を行った。さらに複数サイクルにまたがる燃焼解析において、簡便なユーザ入力をもとに適切な燃料交換・シャッフリングを行う機能を実装した。

報告書

次世代炉物理解析システムのためのフレームワーク開発,2(委託研究)

平井 康志*; 兵頭 秀昭*; 巽 雅洋*; 神 智之*; 横山 賢治

JAEA-Data/Code 2008-020, 188 Pages, 2008/10

JAEA-Data-Code-2008-020.pdf:15.06MB

原子力機構では、次世代原子力システムの基礎・基盤研究における革新的な解析手法・モデルの開発を推進し、これらの最新解析手法・モデルを実用化炉の基本設計や発電炉の運転管理等に効率的・効果的に適用し反映していくために、オブジェクト指向技術を採用した次世代解析システムMARBLEの開発を進めている。本年度はPythonシステム側からC,Fortran等で記述された計算コードを実行するためのフレームワークに関する詳細な設計と実装及びテストを行った。すなわち計算コードとPythonで実装されたシステムとの入出力データの授受を抽象化することで、システムからさまざまな計算コードを統一的に取り扱うことを可能とする基盤を開発し、同じ枠組みの中で拡散計算コード・輸送計算コード・燃焼計算コードを取り扱うことができることを確認した。

論文

MARBLE; A Next generation neutronics analysis code system for fast reactors

横山 賢治; 平井 康志*; 巽 雅洋*; 兵頭 秀昭*; 千葉 豪; 羽様 平; 長家 康展; 石川 眞

Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors, Nuclear Power; A Sustainable Resource (PHYSOR 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/09

原子力機構では次世代炉物理解析コードシステムMARBLEの開発プロジェクトを開始した。本システムの実現に向けて、高速炉の炉物理解析のためのソフトウェア基盤と共用データモデルの開発を行った。現在までに、高速炉の燃焼解析システムORPHEUSをMARBLEシステム内に実装した。新システムは従来コードのベンチマーク結果を再現しており、共用データモデルによって実現された機能によりユーザの入力作成の手間を低減することができた。また、高速実験炉「常陽」で測定された燃焼係数解析を使って新システムを検証した。これらの結果は、MARBLE/ORPHEUSが高速炉用の新しい標準炉物理解析システムとして採用可能なことを示している。

報告書

Systemization of burnup sensitivity analysis code, 2 (Contract research)

巽 雅洋*; 兵頭 秀昭*

JAEA-Review 2008-038, 95 Pages, 2008/08

JAEA-Review-2008-038.pdf:2.09MB

炉定数調整法に基づく高速炉核特性予測精度向上において、実機燃焼データを活用するためには、燃焼核特性の感度解析(以下、燃焼感度解析と呼ぶ)を行う必要がある。これまでに、燃焼感度解析を実施するためのコード(SAGEP-BURN)の開発が行われ、その有効性が確認されている。しかしながら、この燃焼感度の理論の複雑さと、システム上の制限から、ユーザへの負担が大きく解析作業が極めて非効率的であるという問題があった。また、システムの巨大化により機能の拡張が難しくなっているため、今後の機能拡張のために整理・統合が必要となっている。このため、オブジェクト指向とスクリプト言語の技術を利用して、燃焼感度解析コードのシステム化作業を実施した。(注:本報告書は2005年2月に発行された報告書(JNC TJ9410 2004-002)の翻訳である。)

報告書

次世代炉物理解析システムのためのフレームワーク開発(委託研究)

巽 雅洋*; 横山 賢治

JAEA-Data/Code 2007-020, 106 Pages, 2007/11

JAEA-Data-Code-2007-020.pdf:17.99MB

原子力機構では、次世代原子力システム研究における革新的な解析手法・モデルの開発を推進し、これらの最新解析手法・モデルを実用化炉の基本設計や発電炉の運転管理等に効率的・効果的に適用し反映していくために、オブジェクト指向技術を採用した次世代解析システムの開発を進めている。本システムでは、オブジェクト指向スクリプト言語Pythonで記述された制御層と、システム言語C++で記述された計算層で構成される二階層モデルを採用する。本研究では、次世代炉物理解析システムの二階層モデルを実現方法の検討と、各層のデータオブジェクトを別の層から透過的に利用可能とするためのライブラリの設計・実装を行った。動作速度を重視するために、各層においては適切な数値演算ライブラリを用いた。開発ライブラリでは、各層において異なる内部表現で保持されているデータを相互変換するモデルプロキシを実現した。本機構により、各層間でのデータ授受を簡便かつ効果的に行うことができることを確認した。

報告書

高速炉実機燃焼解析システムの開発,2(委託研究)

平井 康志*; 兵頭 秀昭*; 巽 雅洋*

JAEA-Data/Code 2007-019, 133 Pages, 2007/11

JAEA-Data-Code-2007-019.pdf:16.41MB

従来の核特性解析システムは臨界実験体系を想定しているため、燃料組成の燃焼変化を考慮した計算機能は十分には整備されておらず、機能的な制限により解析作業が極めて非効率的になるという問題がある。このため、各計算機能を必要に応じて組み立てたり分解したりできるような高速炉実機燃焼解析システムを開発して、高速炉実機の燃焼解析評価及び予測精度向上に資する。平成17年度の「(高速炉)実機燃焼解析システムの開発」の検討においては、システムを入力データ処理部・ソルバー部・計算結果処理部の各コンポーネントに分割し、それらと全体制御を行うドライバ部を、中間データモデルによって結合する基本設計を実施した。本年度においては、この基本設計にしたがって、本システムの詳細設計と入出力処理部の実装、及び、本システム全体のプロトタイプの実装を実施した。

報告書

高速炉実機燃焼解析システムの開発(委託研究)

兵頭 秀昭*; 巽 雅洋*

JAEA-Data/Code 2006-018, 120 Pages, 2006/08

JAEA-Data-Code-2006-018.pdf:8.42MB

実機で測定された燃焼関連データを核設計精度向上に活用するには、実験データが持つ情報を最大限引き出す必要があるため、解析誤差を最小化しなければならない。このためには、実機燃焼解析に対してJUPITER臨界実験解析等で適用したような最確モデルに基づく詳細な炉物理解析を実施する必要がある。しかしながら、これまでJUPITER標準解析手法として整備されてきた核特性解析システムは、解析対象として臨界実験体系を想定しているため、燃料組成の燃焼変化を考慮した計算機能は十分には整備されてこなかった。したがって、実機燃焼解析を詳細に実施しようとするとさまざまな機能的な制限により、解析作業が極めて非効率的になるという問題があった。実機燃焼解析では定型の解析手順を繰り返せばよい訳ではなく、解析モデル誤差評価のための計算手順の変更や、物理的意味を分析するために計算ステップの途中の結果を利用する必要がある。このため、各計算機能を単純に統合するだけでは不十分である。つまり、セル計算や炉心計算といった各機能を部品として保持したまま、必要に応じて部品を組み立てたり分解したりできるような実機燃焼解析システムの開発を行う。本業務では、現行の実機燃焼解析評価作業の調査と分析の結果から、新たな実機燃焼解析システムに求められる要件について調査を行った。この要件調査の結果を踏まえて、システムの概念設計,基本設計を実施した。

論文

Restructuring of burnup sensitivity analysis code system by using an object-oriented design approach

横山 賢治; 石川 眞; 巽 雅洋*; 兵頭 秀昭*

Proceedings of International Topical Meeting on Mathematics and Computation, Supercomputing, Reactor Physics and Nuclear and Biological Applications (M&C 2005) (CD-ROM), 12 Pages, 2005/09

本研究では、新しい燃焼感度解析コードシステムPSAGEPをオブジェクト指向技術とスクリプト言語Pythonを用いて開発した。これらの技術は、燃焼感度解析で必要となる複雑な計算手順を構築するのに有効であることを確認した。PSAGEPは、従来の複雑で使いにくかった燃焼感度解析コード群を使いやすいコードシステムとして再生したものである。PSAGEPは、燃焼効果を考慮した一般化摂動論に基づき、核反応断面積変化が炉心核特性に与える影響(感度係数)を計算することができる。

報告書

燃焼感度解析コードのシステム化整備(II)

巽 雅洋*; 兵頭 秀昭*

JNC-TJ9410 2004-002, 98 Pages, 2005/02

JNC-TJ9410-2004-002.pdf:2.14MB

高速炉の実用化に向けて、高速炉十基炉心の核特性予測精度を向上させることは、合理的で高性能な炉心を設計してプラントの経済性の向上を図る上でも信頼性及び安全性の裕度をより高める上でも、極めて重要な研究課題となっている。 これまでの研究では、炉定数調整法を適用することにより、JUPITER等の臨界実験の成果を最大限有効に反映した統合炉定数を開発し、核設計精度の大幅な向上を達成している。一方、高速炉の炉心設計に於いては、臨界性、反応率、制御棒価値等のいわゆる静核特性だけでなく、燃焼反応度損失、増殖比といった燃焼核特性の精度良い評価も重要である。このためには、高速実験炉「常陽」等の豊富な実機燃焼データを有効に活用して、燃焼核特性の精度向上を図る必要がある炉定数調整法により、実機燃焼データを活用するためには、燃焼核特性の感度解析(以下、燃焼感度解析と呼ぶ)を行う必要がある。これまでに、燃焼感度解析を実施するためのコード(SAGEP-BURN)に開発が行われ、その有効性が確認されている。しかしながら、この燃焼感度の理論の複雑さと、システム上の制限から、ユーザへの負担が大きく解析作業が極めて非効率的であるという問題があった。また、システムの巨大化により機能の拡張が難しくなっているため、今後の機能拡張のために整理・統合が必要となっている。 一方、解析対象によって計算ステップが変わることや、物理的意味を分析する際には計算ステップを分解する必要があること等から、核計算機能を単純に統合するだけでは不十分である。各計算ステップは部品として保持したまま、必要に応じて部品を組み立てたり分解したりできるようにして、現在の燃焼感度解析コードをシステム化する必要がある。このため、オブジェクト指向とスクリプト言語の技術を利用して、燃焼感度解析コードのシステム化作業を実施した。 本研究では、オブジェクト指向スクリプト言語Pythonを用いた既存システムの二階層制御モデルについて検討を行った。その成果を元に、新燃焼感度解析システムPSAGEP(Python-wrapped SAGEP-burn)を実装した。

報告書

燃焼感度解析コードのシステム化整備

巽 雅洋*; 兵藤 秀昭*

JNC-TJ9400 2003-012, 109 Pages, 2004/02

JNC-TJ9400-2003-012.pdf:3.56MB

既存の燃焼感度解析コードシステムSAGEP-BURNの改良すべき点を、解析プロセスの分析を通じて明らかにした。その上で、新SAGEP-BRUNシステムの設計を実施し、その第1段階のプロトタイプをPythonにて実装して動作確認を行った。また、更なる改良に向け、オブジェクト指向分析とそれに基づく設計を実施した。

口頭

高速炉用オブジェクト統合型解析システムの研究開発,5; 次世代炉物理解析システムMARBLEの概要とフレームワーク

横山 賢治; 石川 眞; 巽 雅洋*; 兵頭 秀昭*

no journal, , 

高速炉用オブジェクト統合型解析システムのニーズと基本構成概念(本シリーズ(1))に基づき、開発を進めている高速炉炉物理解析のための次世代解析システムMARBLEの目的及び計画を報告する。また、燃焼感度解析システム(本シリーズ(3), (4))で開発したカプセル化フレームワークを拡張し、C++による新規コードとFORTRANによる従来コードをスクリプト言語Pythonから制御することで、炉物理解析で必要となるステップ解析(格子計算,炉心計算,燃焼計算等)に適したフレームワークを実装できることを示す。

口頭

高速炉用オブジェクト統合型解析システムの研究開発,6; 高速炉実機燃焼解析のための入出力処理機能の設計と実装

兵頭 秀昭*; 巽 雅洋*; 横山 賢治; 石川 眞

no journal, , 

オブジェクト指向設計に基づき、簡便かつ拡張性の高い高速炉実機燃焼解析システムの設計と予備的実装を行った。システムに必要な機能の要件を抽出し、システムの基本設計と幾何形状関連のクラスの実装を行った。実装されたクラスに対して、簡略な入力を元に燃焼解析に必要な体系が構築できることを確認した。

口頭

高速炉用オブジェクト統合型解析システムの研究開発,9; 高速炉実機燃焼解析のためのソルバー制御機能の設計と実装

平井 康志*; 巽 雅洋*; 兵頭 秀昭*; 横山 賢治; 石川 眞

no journal, , 

オブジェクト指向設計に基づき、高速炉実機燃焼解析システムで使用する種々のソルバーを統一的かつ簡便に取り扱うための基盤を開発した。

口頭

高速炉用オブジェクト統合型解析システムの研究開発,11; 次世代炉物理解析システムMARBLE1.0の完成

横山 賢治; 巽 雅洋*; 平井 康志*; 兵頭 秀昭*; 沼田 一幸*; 岩井 武彦*; 神 智之*; 羽様 平; 長家 康展; 千葉 豪; et al.

no journal, , 

従来の高速炉核特性解析システムJOINT-FRの主要な解析機能及び高速炉の実機燃焼解析機能を包含し、拡張性・ユーザ利便性に優れた次世代炉物理解析システムMARBLE1.0を開発した。これにより従来システムJOINT-FR相当の核特性解析が簡便に実施できるようになり、従来システムではできなかった燃料の交換を伴う高速炉実機の燃焼解析が可能になった。

口頭

高速炉用オブジェクト統合型解析システムの研究開発,12; 高速炉実機燃焼解析モジュールMARBLE/ORPHEUS

平井 康志*; 横山 賢治; 沼田 一幸*; 神 智之*; 巽 雅洋*; 石川 眞

no journal, , 

次世代炉物理解析システムMARBLEを基盤とした高速炉実機燃焼解析モジュールORPHEUSを開発し、高速実験炉「常陽」MK-Iを対象として検証を実施した。MARBLE/ORPHEUSを利用することで、従来のJOINT-FRシステムでは実現が困難であった複雑な実機燃焼解析を容易にかつ効率よく実施することが可能となった。

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