JP2004125444A - 原子炉監視装置、及び、原子炉監視モニタ - Google Patents

Abstract

【課題】同一位相の減幅比を安定性情報から明瞭に抽出することにより原子炉の安定性の度合いを高精度に監視すること。
【解決手段】炉心内の複数地点に配置される複数のセンサと、計算機１８と、モニタ１とから構成されている。計算機１８は、部分時系列信号の時系列点間の相関性に基づいて共分散行列Ｃを計算すること、共分散行列Ｃを固有ベクトルを用いて固有値である特異値に分解すること、その固有値に基づいて減衰しながら振動する減衰成分（３３）を複数のセンサに対応して抽出すること、減衰成分３３の減幅比を複数のセンサに対応して計算することを実行する。モニタ１はその減幅比を表示する。炉心安定性の指標である減幅比が、実質的にリアルタイムに高精度に計算されていて、炉心安定性の監視の精度が格段に向上する。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉監視装置、及び、原子炉監視モニタに関し、特に、炉心安定性を監視する原子炉監視装置、及び、原子炉監視モニタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉（例示：ＢＷＲ炉）の運転の間に常態的に求められる炉心安定性は、その常態的監視が求められる。多数の燃料棒は、炉内の設計計算位置に配置される。それらの燃料棒とその周囲の環境は、熱中性子雰囲気である。その雰囲気は、任意の位置の中性子線量が他の任意の位置の中性子線量に影響を与え、且つ、時系列的に変動する情報成分の多重化系である。そのようなダイナミックな動態は、炉心内の複数点位置で中性子線量（中性子束）を測定することにより知られ得るはずである。プラントの安定性をモニタすることは、後記の特許文献により知られている。
【０００３】
炉心の安定性を表す炉心安定性指標として、減幅比が知られている。減幅比の算出の技術として、自己回帰モデル又は自己相関関数解析が知られている。このような解析手法が扱う信号データである時系列中性子線量は、安定性に関係する信号以外の信号成分を含んでいて、そのような信号から正確に減幅比を算出することは困難である。そのような困難を回避するための解析の技術として、特異値分解手法が知られている。特異値分解手法は、特異値分解により時系列データから複数の成分に分解し複数の成分をそれぞれに取り出して、その複数の成分のうち安定性に関係する成分の自己相関解析に基づいて減幅比を算出する数学的処理技術である。
【０００４】
特異値分解解析の数学理論的背景：
（１）遅れ時間座標系の運動軌道の再構築
中性子検出器が同一点で検出する中性子線量の時系列信号は、原子炉の動力学の位相空間の上の運動に対応していると自明的に考えられる。従って、原子炉動力学の位相空間上の運動は、中性子出力に関する座標系に投影され得る。このように一次元座標系に投影される中性子線量の時系列信号は、原子炉動力学の位相空間上の運動に対応している。逆に、このように一次元座標系に投影される時系列信号に基づいて原子炉動力学の位相空間上の運動軌道が再現され得る。このような再現は、”運動軌道の再構築”といわれる。Ｔａｋｅｓ　の定理は、遅れ時間座標系で時間的に先に定義された部分時系列ｖ（ｔ_ｉ）（ｉ＝１〜Ｎ−ｎ）により再構築される運動軌道は、これに対応する信号を生み出した運動軌道に位相同型であることを保証する。従って、動力学系の動力学的性質の解析は、位相空間上の運動軌道の位相幾何学的構造の解析に等価である。このように、再構築された運動軌道の解析は、安定性のような動力学的特性を明らかにすることができる。このような数学的処理技術は、チューニングなしに高精度にデータ解析を実行することができ、減幅比の高精度の検出をダイナミックに行うことができることを示唆している。
【０００５】
（２）共分散行列と信号成分の分離
遅れ時間座標系上で再構築される運動軌道の各点（時系列点）ｖ（ｔ_ｉ）は、ｎ個の要素成分から構成される。これらの要素の間のそれぞれの相関を運動軌道に渡る平均に基づいて得られる相関係数から構成される行列は、共分散行列（時間的共分散行列）といわれる。運動の記述のために必要である最小限の自由度は、最も重要な動力学的性質である。このような動力学的性質（最小限自由度）は、遅れ時間座標系内に埋め込まれた運動軌道空間（部分空間）の次元の探知により知られ得る。この動力学的性質は、具体的には、共分散行列の零ではない固有値（特異値σ_１ ^２）の数に等しい。これらの固有値のそれぞれに対応する固有ベクトルｖ_ｍは、運動軌道を表す部分空間を記述するための独立な基底ベクトルを構成する。このように互いに独立である基底ベクトルの上に遅れ時間座標系で再構築される運動軌道が投影された時系列信号ψ_ｍは互いに独立である。このように、時系列信号が分離され得る。
【０００６】
独立であるために分離され得た時系列信号ψ_ｍは、下記されるような性質を持つ。（イ）センサ出力ｘは、それぞれの固有ベクトルｖ_ｍの上に写像されるψ_ｍの和として表され得る。
（ロ）ψ_ｉとψ_ｊは、ｉ≠ｊであれば、互いに独立であり、その内積が零である。
（ハ）ψ_ｉの自乗時間平均は特異値σ^２に等しい。
【０００７】
性質（ロ）は、センサ出力が独立な信号成分に分離されていることを示している。性質（ハ）は、系の時間的挙動（安定性）に大きい影響度を持つ成分のみを解析することにより、十分に高精度に解析することができることを教えている。ノイズ信号成分は、未知の小さい特異値に対応する信号成分ψ_ｍとして抽出されることが知られているので、卓越モード成分のみの解析はノイズ成分が排除された解析を可能にする。
【０００８】
（３）分離信号成分と安定性解析
動力学系の次元は、信号プロセス論で、信号を構成している独立なモード成分の数である。独立モードとは、微分方程式で記述される線形動力学系の特性方程式の根に対応するモード成分に相当する。線形安定論では、支配極（複素平面の虚軸に最も近い根）がどれだけ虚軸に近いかが問題にされ、特に、沸騰水型原子炉では共役複素根が安定性に密接に関係する。従って、共役複素根に対応するモードの選択的抽出解析は、源幅比又は振動周期のような安定性に関係する特性を教える。
【０００９】
図７は、実機の安定実験データを用いて既述の特異値分解手法により減幅比を計算した結果のデータを示している。その安定性実験により観測された局所出力中性子検出器（ＬＰＲＭ）信号に対して特異値分解解析された複数の成分の自己相関関数解析によれば、その時系列データは、（１）長い減衰時定数を持つ成分、（２）白色性雑音成分、（３）振動減衰型の成分を含んでいることが判明した。特に、振動減衰型の成分の減衰特性は安定性実験常態点の安定度に応じて変化していて、その減衰特性は安定性に密接に関係していることが強く推定される。不安定状態の運転状態点以外のデータでは、（１）長い減衰時定数を持つ成分が卓越成分であり、安定性の情報がそれらの信号に埋め込まれることになり、減幅比の算出は困難である。図７は、規定されている運転状態点Ｄ（安定状態、炉心出力７０．２％、定格出力、炉心流量３６４４Ｋｇ／秒）のレベル２（炉心上端から１．３９ｍ）の位置に設置された３６本のＬＰＲＭのそれぞれの信号成分のうちの（３）振動減衰型の成分の自己相関関数（時間零秒の時の値で規格化）を示している。図７から明瞭に読み取ることができるように、振幅は１．０、０．８、０．６、０．４８、・・・のように減衰し、その減幅率は一定的に０．８の程度であることを示している。
【００１０】
このような従来技術による安定性解析では、減幅比のＬＰＲＭの位置依存性が強く現れる。
【００１１】
原子炉の安定性の度合いを高精度に監視し、且つ、その監視がリアルタイムであることが更に求められる。位置依存性が小さい安定性解析を行うことができることが更に求められる。
【００１２】
【特許文献１】
日本国特許第３１７０６７１号
【非特許文献１】
日本原子力学会「２０００年秋の大会」，Ｍ．Ｔｓｈｕｊｉ，Ｙ．　Ｓｈｉｍａｚｕ，「Ｒｉｎｇｈａｌｓ　１号機安定性実験炉雑音信号の特異値分解解析」
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、炉心の運転状態の安定性をリアルタイムに高精度に監視する技術を確立することができる原子炉監視装置、及び、原子炉監視モニタを提供することにある。
本発明の他の課題は、その安定性解析の位置依存性が小さい原子炉監視装置、及び、原子炉監視モニタを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【００１５】
本発明による原子炉監視装置は、炉心内の複数地点に配置される複数のセンサ（図示されず）と、計算機（１８）と、モニタ（１）とから構成されている。計算機（１８）は、第１周期の順序数（ｓ：２０分）と第２周期の順序数（６０００ｍｓｅｃ）とでデータを蓄積する遅れ時間座標系を有している。計算機（１８）は、次のステップ：
（ステップ１）センサが計測する中性子線量に対応し第１周期の時系列順序数の時系列信号のうちの一部を第２周期の時系列順序数で遅れ時間座標系に投影し再構成して部分時系列信号ｘ⁻（ｔ_ｉ）（２６）を生成すること、
（ステップ２）部分時系列信号ｘ⁻（ｔ_ｉ）（２６）の時系列点間の相関性に基づいて共分散行列（Ｃ）を計算すること
（ステップ３）共分散行列（Ｃ）を固有ベクトルを用いて固有値である特異値に分解すること
（ステップ４）その固有値に基づいて減衰しながら振動する減衰成分（３３）を複数のセンサに対応して抽出すること
（ステップ５）減衰成分（３３）の減幅比を複数のセンサに対応して計算すること
を実行する。計算機（１８）は、時系列信号のうちの任意の一部を取り込むデータ取込部分（２１）と、その一部に基づいて減幅比を計算する計算部分（２２）とを形成している。データ取込部分（２１）の第１ＣＰＵと計算部分（２２）の第２ＣＰＵとが独立していることにより、データのうちから任意の部分を取り出して、更にデータを収集しながら減幅比を計算することができ、実質的にリアルタイムで減幅比を計算することができる。第２ＣＰＵを複数化することにより、時間間隔がより狭い時系列で減幅比を表示することができる。複数位置の限幅比の平均は、位置依存性を解消することができる。第１周期と第２周期の大きさの関係の適正化により、より適正なリアルタイムで（６０秒毎に）減幅比をモニタ画面（１）に表示することができる。
【００１６】
同じ空間点で異なる時点の独立成分に基づいて特異的に相関関数が求められ、その特異的相関関数に基づいて減幅比が計算される。特異的相関関数に基づいて計算される減幅比は、原子炉の安定性を示す指標として高精度の情報を提供する。時系列信号のうちの一部を遅れ時間座標系に再構成した部分時系列信号ｘ⁻（ｔ_ｉ）（２６）に基づいて減幅比を計算するので、適正に任意である時刻の減幅比を求めることができ、任意の時刻又はその任意の時刻より一定時間後（例示：２０分後）の安定性を知ることができ、長時間継続運転される原子炉の時間的スケールでは、実質的にリアルタイムに安定性を高精度に知ることができる。
【００１７】
モニタ（１）は、その減幅比を表示する。減幅比を求めるための基礎データである部分時系列データの時間幅を規定時間間隔として、その間の減幅比が表示される。減幅比の変動により、原子炉の安定性が規定周期で検出される。センサは、複数の特定地点に配置される複数のセンサを構成している。減幅比は、複数のセンサに対応して計算される。モニタ（１）は、複数の減幅比の全部又は一部を表示する。モニタ（１）は、部分時系列信号に対応する減幅比を規定される時間的間隔で表示し、実質的にリアルタイムに原子炉の安定性を監視員に知らせることができる。モニタ（１）は、炉心の複数の領域ごとに減幅比を表示する。炉心内の局所的部位の安定性を監視員に知らせることができる。炉心内の局所的部位の安定性を知ることは重要である。モニタ（１）は、炉心の複数の領域ごとにその領域に配置される複数のセンサに対応する複数の減幅比の平均を表示する。原子炉の全体の安定性を監視員に知らせることは重要である。
【００１８】
減幅比の具体的計算は、次にように実行される。部分時系列信号は、コンピュータの座標系内で、
ｘ⁻（ｔ_ｉ）
＝［ｘ（ｔ_ｉ），ｘ（ｔ_ｉ−１），ｘ（ｔ_ｉ−２），・・・，ｘ（ｔ_{ｉ−ｎ＋１}）］
で表される。共分散行列（Ｃ）と、固有ベクトルは、次の固有方程式：
Ｃｖ⁻ _ｍ＝σ_ｍ ^２ｖ⁻ _ｍ
Ｃ：共分散行列
σ_ｍ：特異値（固有値）
ｖ⁻ _ｍ：固有ベクトル
ｍ＝１〜ｎ
で表される。計算機（１８）は、連立方程式：
ｘ（ｔ_ｉ）＝Σ^ｎ _ｍ＝１ψｍ（ｔ_ｉ）
ψ_ｍ（ｔ_ｉ）＝ｖ⁻ _ｍ ^Ｔｘ⁻（ｔ_ｉ）
を解くことにより求めるｖ⁻ _ｍ ^Ｔを用いて固有値σ_ｍを計算する。
【００１９】
本発明による原子炉監視モニタは、同一の高さ位置に配置されている複数のセンサの配置関係表示す　る配置表示画面（４）と、減幅比を表示する減幅比表示画面（６又は８）と、配置表示画面（４）のレベルを選択する選択画面（５）とから構成されている。監視態様を多様化することにより、より詳細に安定性を監視することができる。減幅比は計算され、その計算方法は既述の通りである。
【００２０】
減幅比表示画面は、同じレベルの高さ位置にある炉心領域の平均の減幅比を表示する平均減幅比表示画面（８又は９）である。同じレベルの高さ位置にある炉心領域の最大の減幅比を表示する最大減幅比を表示することは効果的である。減幅比表示画面（６又は８）は、選択画面の選択に対応して選択に対応するレベルに変更されることは、炉心の軸方向の高さ位置の安定性を個別に知ることができる点で重要である。自己相関関数表示画面（１３）は、選択画面の選択に対応して選択に対応するレベルに変更される。減幅比計算の基礎データである成分化された自己相関関数は、計算によらずに見ただけでそれの減幅比が理解されるが、計算機によりそれを求めることは有意義である。既述の複数の計算ステップは、遅れ時間時系列座標系を持つ計算器（２１）と固有値分解を実行する計算器（２２）とにより独立したＣＰＵにより順次に計算され、データ収集と計算とが同時的に併行的に実行され、任意の時点の減幅比を求めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明による原子炉監視装置の実施の形態は、炉心レベル選択画面がデータ表示画面とともにモニタ画面に配置されている。そのモニタ画面１は、図１に示されるように、炉心レベル選択画面２とデータ表示画面３とを形成している。データ表示画面３は、炉心レベル選択画面２とともに１つのモニタ画面１に表示されることが好ましい。炉心レベル選択画面２は、複数の炉心断面の上にそれぞれに配置される中性子検出器の存在位置を示す検出器配置表示画面４と、炉心レベル選択クリック領域５を形成している。複数の炉心断面は、複数の炉心軸方向レベルにそれぞれに対応し、炉心軸方向レベルは軸方向位置（高さ方向位置）に対応している。炉心断面の数は、４が例示されている。
【００２２】
図１は、複数の炉心断面のうちの１つの断面を示している。図１に示される検出器配置表示画面４には、同一断面に含まれる中性子検出器の配置に対応する検出器配置が複数の丸印で表示されている。他の検出器配置表示画面４には、２ｎ個の中性子検出器の配置が示される。ｎの最大値として、１６が適正に例示される。１つの炉心断面上の中性子検出器の最大数は３２である。その３２個の中性子検出器は、炉心軸心線を含む２つの直交面又はその２つの直交面のうちの１つに対して鏡面対称に配置される。このような対称性は、必ずしも必要ではなく、複数のセンサが同一高さに積極的に非対称に配置される。
【００２３】
炉心レベル選択クリック領域５は、検出器配置表示画面４の隣りに配置されている。炉心レベル選択クリック領域５は、複数のレベル選択領域５−１〜５−４を形成している。レベル選択領域５−１のクリック操作に対応して、第１レベルの検出器配置が検出器配置表示画面４に表示され、レベル選択領域５−２のクリック操作に対応して第２レベルの検出器配置が検出器配置表示画面４に表示され、レベル選択領域５−３のクリック操作に対応して第３レベルの検出器配置が検出器配置表示画面４に表示され、レベル選択領域５−４のクリック操作に対応して第４レベルの検出器配置が検出器配置表示画面４に表示される。
【００２４】
データ表示画面３は、４象限領域分割を示す第１安定性表示画面６と、８象限領域分割を示す第２安定性表示画面７と、同一レベル内最大減幅比表示画面８と、同一レベル内平均減幅比表示画面９と、第１波形表示画面１１と、第２波形表示画面１２と、第３波形表示画面１３とを形成している。第１波形表示画面１１は、選択されたレベルの複数の中性子検出器のうちの１つが検出する１つのチャンネルの中性子線量時系列データ（生のアナログデータ）１４を表示する。チャンネル番号は、チャンネル番号選択クリック操作領域１５の押し時間に対応して選択される。第２波形表示画面１２は、中性子線量時系列データ１４を構成する複数系統の系統別時系列データ（後述される特異値分解後データ）１６を同一画面に同時的に表示する。第３波形表示画面１３は、複数系統の系統別時系列データ１６のそれぞれの減幅比に関する自己相関関数（後述）１７を表示する。
【００２５】
図２は、特異値分解後データ（モード分解後データ）１６と自己相関関数１７とを計算して減幅比を計算する計算機１８を示している。計算機１８は、Ａ／Ｄ変換ボード１９と、第１ＣＰＵ２１と、第２ＣＰＵ２２と、メモリ２３と、Ｄ／Ａ変換ボード２４を構成している。中性子線量時系列データ１４に対応する電圧信号２５は、Ａ／Ｄ変換ボード１９を介してディジタル化されて時系列ディジタル信号２６として第１ＣＰＵ２１に入力する。時系列ディジタル信号２６は、時系列データとして一時的に記録する信号入出力計算器である。第２ＣＰＵ２２は、詳細に後述される特異値分解解析を実行する数理解析計算器である。第２ＣＰＵ２２により計算された計算結果データ２７は、メモリ２３に保管されるとともに、プリンタ２８に出力され、Ｄ／Ａ変換ボード２４を介して記録計２９に出力される。第１ＣＰＵ２１は、計算結果データ２７をモニタ画面１に対して出力する。
【００２６】
計算機１８は、下記ステップにより有効データに関して減幅比を計算する。
ステップ１（時系列ディジタル信号２６の再構成）：
第２ＣＰＵ２２は、適切な埋込み次元ｎを持つ遅れ時間座標系を有している。第２ＣＰＵ２２は、その遅れ時間座標系に時系列ディジタル信号２６を変換し再構成して内部のメモリに記録する。遅れ時間座標系上に再構成される運動軌道ｘ⁻（ｔ_ｉ）は、以下のように表現される。
ｘ⁻（ｔ_ｉ）
＝［ｘ（ｔ_ｉ），ｘ（ｔ_ｉ−１），ｘ（ｔ_ｉ−２），・・・，ｘ（ｔ_{ｉ−ｎ＋１}）］
このように再構成されたｘ⁻（ｔｉ）である運動軌道は、現実の運動軌道に対して位相的に１対１で対応し位相同型である。
【００２７】
ステップ２（固有値分解）：
第２ＣＰＵ２２は、ｘ⁻（ｔｉ）に対して定義される共分散行列を算出し、下記の固有値方程式を解く。
Ｃｖ⁻ _ｍ＝σ_ｍ ^２ｖ⁻ _ｍ・・・（１）
Ｃ：共分散行列
σ_ｍ：特異値（固有値）
ｖ⁻ _ｍ：固有ベクトル
ｍ＝１〜ｎ
【００２８】
共分散行列の固有値（特異値）と固有ベクトルを求めることにより、時系列データｘ（ｔ_ｉ）は、下記式により、固有ベクトルｖ⁻ _ｍに対応する成分ψｍに分解され得る。
ｘ（ｔ_ｉ）＝Σ^ｎ _ｍ＝１ψ_ｍ（ｔ_ｉ）・・・（２）
ψ_ｍ（ｔ_ｉ）＝ｖ⁻ _ｍ ^Ｔｘ⁻（ｔ_ｉ）
ここでＴは転置行列化を意味し、ψ_ｍ（ｔ_ｉ）は、ベクトルｖ⁻ _ｍとベクトルｘ⁻（ｔ_ｉ）のスカラー積である。上式は、１つのセンサごとに定式化されている。ｘ⁻（ｔ_ｉ）は、ｎ個の成分を持つベクトルであり、時刻（時点）ｔ_ｉと（ｎ−１）番目に時系列的に過去である時刻ｔ_{ｉ−ｎ＋１}とで挟まれるｎ個の時点に対応する中性子線量である。
【００２９】
共分散行列Ｃは、再現された運動軌道（時系列座標値）であるｘ⁻（ｔ_ｉ）の各点の要素間の相関特性（時系列信号の時系列点間の時間的相関特性）は、既述の埋込み次元と同じ次元を有している。
【００３０】
共分散行列Ｃは、センサ出力の時刻ｔ_ｌ＋ｉと時刻ｔ_ｌ＋ｊの相関を表す相関係数Ｃ_ｉｊにより構成される正方対称行列である。このように式（１）で共分散行列とｖ⁻ _ｍとがともに計算により決定されるので、固有値として特異値が求められる。
ステップＳ３（減幅比算出）：
分離された信号成分ψ_ｍ（ｔ_ｉ）に関して、減衰振動の特徴を持つ（従来の技術で述べられた（３））の成分が抽出される。抽出された減衰振動成分の自己相関関数を求めることにより、図７の例示で述べられたように、一定比率で減衰しながら振動する減衰振動成分のその減幅比が第２ＣＰＵ２２で自動的に計算により求められる（目算可能である）。
【００３１】
図３は、１つのセンサに関して時系列ディジタル信号２６を例示している。この時系列ディジタル信号２６は、波形表示画面１１〜１３に表示される。図４は、その時系列ディジタル信号２６に関して特異値分解された後のデータψ_ｍを示している。図４は、８次元分（８成分又は８系列分）の特異値分解後データψ_ｍを時系列に例示している。図５は、図４の８系列の自己相関関数をそれぞれに例示している。図５に示されるように、その８系列の自己相関関数のうち１つの自己相関関数は、減衰しながら一定比率で減衰して振動する減衰振動成分３３である。従来の技術で述べた（１）長い減衰時定数を持つ成分と（２）白色性雑音成分とは、振動成分３１と振動成分３２にそれぞれに対応している。
【００３２】
図５は、明白に減幅比を示す自己相関関数として、減衰振動成分３３の他に、減衰振動成分３４が存在している。時系列データの特異値分解解析では、解は２極が存在することが理論的に予想される。減衰振動成分３３と減衰振動成分３４は、理論的には同じ減幅比を示すはずであるが、このような２つの解の現れには、振動減衰成分以外の成分が含まれていて、減衰振動成分３３は減衰振動成分３４に現実には厳密には一致しない。安定性モニタの計算器部分は、減衰振動成分３３は減衰振動成分３４より減衰振動成分に近い成分（正弦関数と指数関数の合成で表現しやすい成分）を選択している。このように選択された減衰振動成分３４が、モニタ画面に表示されている。
【００３３】
１つの時系列データｘ（ｔ_ｉ）は、１〜２分間隔で１つのデータを構成するが、初期信号値ｘ（ｔ_ｉ）は、任意に選択され得る。従って、有効成分（一定比率で減衰する振動減衰成分）の減幅比はリアルタイムに取り出すことができる。
【００３４】
モデル同定のためのパラメータ（埋め込み次元、固有値のカットオフ）は、算出される減幅比に対して感度が小さい。従って、特別にチューニングすることなしに、安定した減幅比の評価が可能である。但し、追加的にチューニングを実行することは、否定されない。
【００３５】
図６は、ある実機に関して、公知手法の自己回帰（ＡＲ）モデル同定法と本発明による特異値分解法とを比較するためのデータを示している。自己回帰モデルは、観測値である時系列データｘ_ｉに基づいて自己回帰値ｘ（ｔ_ｉ）を求める次式で形成される。：
ｘ（ｔ_ｉ）＝Σ^ｍ _ｊ＝１ａ_ｊｘ_ｉ−ｊ＋εｎ
この特性方程式の根から減幅比が計算されて求められる。そのモデル作成（ａ_ｊの決定）は、解析者の知識と技量に強く依存している。図６は、このモデルにより高信頼性が確保された過去の実績値による減幅比と、本発明による特異値分解法により求められた減幅比との比較を示している。左欄の数字１〜９は、９つの実験状態点（例示：炉心出力状態点）を示している。特異値分解法の減幅比は、各実験状態点で２つの値が示されている。上側の値は軸方向レベル値が２である炉心断面上の減幅比を示し、下側の値は軸方向レベル値が４である炉心断面上の減幅比を示している。本発明による特異値分解法により求められた減幅比は、信頼性が高いデータとして公表されている減幅比に高精度に一致している。本発明による原子炉監視装置では、モデル作成のために豊富な知識と高度な経験とが要求されない。
【００３６】
中性子発生量が任意の２点間で互いに影響し合う炉心の安定性の判断のために、時系列データに関して共分散行列を用いる固有値分解法は、炉心安定性を高精度に判断することができる。
【００３７】
［実施例］
図２に示される中性子線量時系列データ１４に対応する電圧信号２５は、Ａ／Ｄ変換ボード１９を介して、第１ＣＰＵ２１に入力される。第１ＣＰＵ２１には、１ｍｓｅｃ周期の生データが入力される。第１ＣＰＵ２１は、常態的に１０００ｍｓｅｃ周期で１ｍｓｅｃ周期分のデータの１０００個分Ｐｊを蓄積する。ここでｊは、１ｍｓｅｃ間隔の時系列時刻の順序数である。１０００ｍｓｅｃ周期分のデータＰｊは、第１ＣＰＵ２１で、１００分割され、１００分割された１０個のデータの値がそれぞれに平均化され、１０ｍｓｅｃ周期の１００個の時系列平均値データＱｋが作成される。ここでｋは、１０ｍｓｅｃ単位の時系列時刻の順序数を示す。１０ｍｓｅｃ周期の平均値データの過去２０分間分が、常態的に蓄積され、その中から部分時系列信号Ｒｓが抽出される。ここでｓは、適正に選択され、６０ｓｅｃ単位の時系列時刻の順序数が好適に例示されるが、１ｓｅｃ単位時系列時刻の順序数であり得る。
【００３８】
部分時系列信号Ｒｓは、第２ＣＰＵ２２の中の遅れ時間座標系上に再構成され、位相同型の既述の運動軌道ｘ⁻（ｔ_ｉ）に変換される。このような実施例では、減幅比は６０ｓｅｃ単位の時系列時刻で計算されて出力され、モニタ画面１に表示され、実質的にリアルタイム表示が実現されている。
【００３９】
【発明の効果】
本発明による原子炉監視装置、及び、原子炉監視モニタは、炉心安定性をより高精度に監視することができる。特に、遅れ時間座標系の設定により安定性監視を実質的にリアルタイムに実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による原子炉監視モニタの実施の形態を示す正面図である。
【図２】図２は、本発明による原子炉監視モニタの実施の形態を示す回路ブロック図である。
【図３】図３は、時系列信号を示すグラフである。
【図４】図４は、固有値分解された時系列信号を示すグラフである。
【図５】図５は、自己相関関数を示すグラフである。
【図６】図６は、データ対比を示す表である。
【図７】図７は、公知の減幅比を示すグラフである。
【符号の説明】
１…モニタ
４…配置表示画面
５…選択画面
６…減幅比表示画面
８…減幅比表示画面面
９…平均減幅比表示画面
１３…自己相関関数表示画面
１８…計算機
２１…計算器
２２…計算器
２６…部分時系列信号
３３…減衰成分

Claims (13)

1. 炉心内の特定地点に配置されるセンサと、
   計算機とを具え、
   前記計算機は、第１周期の順序数と第２周期の順序数とでデータを蓄積する遅れ時間座標系を備え、
   前記計算機は、下記ステップ：
   前記センサが計測する中性子線量に対応し前記第１周期の時系列順序数の時系列信号のうちの一部を前記第２周期の時系列順序数で前記遅れ時間座標系に投影し再構成して部分時系列信号ｘ⁻（ｔ_ｉ）を生成するステップと、
   前記部分時系列信号ｘ⁻（ｔ_ｉ）の時系列点間の相関性に基づいて共分散行列を計算するステップと、
   前記共分散行列を固有ベクトルを用いて固有値である特異値に分解するステップと、
   前記固有値に基づいて減衰しながら振動する減衰成分を抽出するステップと、
   前記減衰成分の減幅比を計算するステップ
   を実行する
   原子炉監視装置。
2. 前記センサは複数の特定地点に配置される複数のセンサを備え、
   前記減幅比は、前記複数のセンサに対応して計算される
   請求項１の原子炉監視装置。
3. 前記モニタは、複数の前記減幅比の一部を表示する
   請求項１の原子炉監視装置。
4. モニタを更に具え、
   前記モニタは、前記部分時系列信号に対応する減幅比を規定される時間的間隔で表示する
   請求項１又は２の原子炉監視装置。
5. モニタを更に具え、
   前記モニタは、炉心の複数の領域ごとに前記減幅比を表示する
   請求項２の原子炉監視装置。
6. モニタを更に具え、
   前記モニタは、炉心の複数の領域ごとに前記領域に配置される複数のセンサに対応する複数の減幅比の平均を表示する
   請求項２の原子炉監視装置。
7. 前記部分時系列信号は、
   ｘ⁻（ｔ_ｉ）
   ＝［ｘ（ｔ_ｉ），ｘ（ｔ_ｉ−１），ｘ（ｔ_ｉ−２），・・・，ｘ（ｔ_{ｉ−ｎ＋１}）］　で表され、前記共分散行列と、前記固有ベクトルとは、下記固有方程式：
   Ｃｖ⁻ _ｍ＝σ_ｍ ^２ｖ⁻ _ｍ
   Ｃ：共分散行列
   σ_ｍ：特異値（固有値）
   ｖ⁻ _ｍ：固有ベクトル
   ｍ＝１〜ｎ，ｔ_ｉ＝１，・・・，Ｎ−ｎ
   で表され、前記計算機は、前記固有方程式を解くことにより求められる前記特異値と前記固有ベクトルとに基づいて、下記式：
   ψ_ｍ（ｔ_ｉ）＝ｖ⁻ _ｍ ^Ｔｘ⁻（ｔ_ｉ）
   で表されて分離される信号成分の時系列信号ψ_ｍ（ｔ_ｉ）の自己相関関数を計算する
   請求項１又は２の原子炉監視装置。
8. 同一の高さ位置に配置されている複数のセンサの配置関係表示する配置表示画面と、
   減幅比を表示する減幅比表示画面と、
   前記センサ配置表示画面の前記高さ位置を選択する選択画面とを具え、
   前記減幅比は下記ステップにより計算機により計算される値であり、
   前記ステップは、
   前記センサが計測する中性子線量に対応する時系列信号のうちの一部が前記計算機の中の遅れ時間座標系に再構成される部分時系列信号ｘ⁻（ｔ_ｉ）が生成されるステップと、
   前記部分時系列信号ｘ⁻（ｔ_ｉ）の時系列点間の相関性に基づいて共分散行列が計算されるステップと、
   前記共分散行列が固有ベクトルにより固有値である特異値に分解されるステップと、
   前記固有値に基づいて減衰しながら振動する減衰成分が前記複数のセンサに対応して抽出されるステップと、
   前記減衰成分の減幅比が前記複数のセンサに対応して計算されるステップの集合である
   原子炉監視モニタ。
9. 前記減幅比表示画面は、前記レベルの高さ位置にある円形領域の平均の減幅比を表示する平均減幅比表示画面を更に備える
   請求項８の原子炉監視モニタ。
10. 前記減幅比表示画面は、前記レベルの高さ位置にある前記円形領域の最大の減幅比を表示する最大減幅比表示画面を更に備える
    請求項８の原子炉監視モニタ。
11. 前記減幅比表示画面は、前記選択画面の選択に対応して前記選択に対応するレベルに変更される
    請求項８〜１０から選択される１請求項の原子炉監視モニタ。
12. 前記部分時系列信号は、
    ｘ⁻（ｔ_ｉ）
    ＝［ｘ（ｔ_ｉ），ｘ（ｔ_ｉ−１），ｘ（ｔ_ｉ−２），・・・，ｘ（ｔ_{ｉ−ｎ＋１}）］
    で表され、前記共分散行列と、前記固有ベクトルとは、下記固有方程式：
    Ｃｖ⁻ _ｍ＝σ_ｍ ^２ｖ⁻ _ｍ
    Ｃ：共分散行列
    σ_ｍ：特異値（固有値）
    ｖ⁻ _ｍ：固有ベクトル
    ｍ＝１〜ｎ，ｔ_ｉ＝１，・・・，Ｎ−ｎ
    で表され、前記計算機は、前記固有方程式を解くことにより求められる前記特異値と前記固有ベクトルとに基づいて、下記式：
    ψ_ｍ（ｔ_ｉ）＝ｖ⁻ _ｍ ^Ｔｘ⁻（ｔ_ｉ）
    で表されて分離される信号成分の時系列信号ψ_ｍ（ｔ_ｉ）の自己相関関数を計算し、
    前記ψ_ｍ（ｔ_ｉ）のうち減衰振動成分の自己相関関数を表示する自己相関関数表示画面
    を更に具える請求項８〜１１から選択される１請求項の原子炉監視モニタ。
13. 前記自己相関関数表示画面は、前記選択画面の選択に対応して前記選択に対応するレベルに変更される
    請求項９の原子炉監視モニタ。

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