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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

新型炉開発のための核設計データ同化フレームワークの構築,1; 核設計データ同化フレームワークの概要

長家 康展; 巽 雅洋*; 遠藤 知弘*; 千葉 豪*; 多田 健一; 福島 昌宏

no journal, , 

カーボンニュートラルとエネルギー安全保障を実現するために、小型モジュール炉(SMR)をはじめとする様々な新型炉が提案されている。従来、核設計の予測精度はモックアップ臨界実験により評価してきたが、昨今の状況からモックアップ臨界実験を実施することは非常に困難な状況である。そこで、新たに臨界実験を実施することなく核設計の予測精度を評価するため、核設計データ同化フレームワークの構築を開始した。本フレームワークは、新型炉に対する炉物理実験データベース、核設計精度評価用のデータ同化手法ツール、および炉心解析システムで構成される。本報告では、開発中のフレームワークの概要や開発状況について報告する。

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。