JP2010210613A - 中性子増倍体系の未臨界度判定装置、及び未臨界度判定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】中性子増倍体系を臨界にしたり、特殊な中性子検出器を用いるミハルゾ法に基づいた中性子雑音解析法を用いたりすることなく、中性子増倍体系の未臨界度を高い精度で得る。
【解決手段】中性子雑音データを解析することにより中性子増倍体系の未臨界度を判定する未臨界度判定装置において、異なる未臨界度の中性子増倍体系から取得された複数の中性子雑音データを対象に共通の統計解析を行い、各未臨界度ごとに中性子雑音データの統計解析結果を生成する統計解析手段（ステップＳ１０３）と、各未臨界度の統計解析結果とこの統計解析結果を実効増倍率その他の未知数を用いて表現する理論式とのフィッティングを行い、各未臨界度ごとに統計解析結果の推定誤差を算出し、この推定誤差の和が最小となるときの実効増倍率を用いて各未臨界度を算出するパラメータ推定手段（ステップＳ１０４〜ステップＳ１１６）とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、中性子増倍体系の未臨界度判定技術に係り、特に、中性子増倍体系の中性子雑音を解析することを通じてその未臨界度を判定する未臨界度判定装置及び未臨界度判定プログラムに関する。

中性子増倍体系の未臨界度は、体系の臨界安全を確保するための有益な情報を有している。原子炉を対象とした未臨界度は、臨界到達の確認や炉停止余裕の確認、燃料交換時の安全解析や新型原子炉・新型燃料を対象とした炉物理解析などの各場面で用いることができ、その判定方法として、負のペリオド法、制御棒落下法、補償法、中性子源増倍法、パルス中性子源法、逆動特性法ならびに中性子雑音解析法が提案されている。

負のペリオド法および制御棒落下法は、その適用に当たって原子炉を一度臨界にしておく必要があり、補償法は予め制御棒を校正しておく必要がある。すなわち、これらの未臨界度判定方法は、体系の臨界操作や制御棒が必要となることから、その適用場面は原子炉の未臨界度判定に限られてしまい、核燃料の輸送容器や核燃料廃棄物の貯蔵施設などの原子炉以外の中性子増倍体系の未臨界度判定には適用できない。

また、パルス中性子源法は加速器を用いて体系に中性子を撃ち込む必要があり、設備の複雑化ないしコスト高を招いて商用ベースの実用化に不利である。

これに対し、中性子雑音解析法は、体系の臨界操作も制御棒も必要なく且つ複雑な設備も伴わないことから、原子炉以外の中性子増倍系に適用でき且つ実用化にも有利である。

従来、中性子雑音解析法を用いた未臨界度判定技術として、以下に列挙するものが提案されている。
（１）中性子増倍体系で観測される中性子パルス相互間の時間間隔ｔの分布がポアソン分布からずれてｅ^−αｔに比例する成分を持つことを利用し即発中性子減衰定数αを得て、αとドル単位の未臨界度の関係“α＝（β／Λ）・（１−＄）……（Ａ）”にβ（全遅発中性子割合）対Λ（即発中性子生成時間）の比を与えて未臨界度＄を得るロッシ・アルファ法を用いた未臨界度判定技術（特許文献１、非特許文献１参照）。
（２）所定の測定時間幅における中性子パルスの計数値Ｍの分散対平均比がポアソン分布の場合に１からずれることを利用して即発中性子減衰定数αを得て、式（Ａ）にβ／Λの値を与えて未臨界度＄を得るファインマン・アルファ法を用いた未臨界度判定技術（特許文献１、非特許文献２参照）。
（３）中性子パルス計数率の周波数特性が原子炉伝達関数で定まり且つその折点角周波数が即発中性子減衰定数αに一致することを利用して即発中性子減衰定数αを得て、式（Ａ）にβ／Λの値を与えて未臨界度＄を得る折点周波数法を用いた未臨界度判定技術（非特許文献３参照）。

特開２００５−１０６６１１号公報

「原子炉物理実験」、日本原子力学会 臨界実験専門委員会（コロナ社） 「京都大学臨界集合体実験装置ＫＵＣＡ実験テキスト−４．中性子相関実験 Feynman-α法」＜ＵＲＬ：http：//www.rri.kyoto-u.ac.jp/CAD/Insei/2003Text/Chap4_7-2_r0.pdf．＞ 日本原子力研究所レポート ＪＡＥＲＩ−１１８７， ｐ．７５〜７８, １９７０． 羽様平 他「未臨界度判定技術の開発」、サイクル機構技報 Ｎｏ．１４, ２００２．

未臨界度判定技術として中性子雑音解析法を用いたものは、いずれも上式（Ａ）のβ／Λの値が必要となる。このβ／Λの値は、実測によって得ることができるが、その場合は原子炉を一度臨界にする必要がある。このため、原子炉の臨界操作が不要であるという中性子雑音解析法の特徴を活かすには、β／Λの値は計算により得ることになる。

ここで、即発中性子生成時間Λと即発中性子寿命ｌとはｌ＝ｋ・Λ（ｋは実効増倍率）の関係にあり、体系が臨界（ｋ＝１）であればβ／Λ＝β／ｌが成立する。特許文献１で説明される未臨界度測定技術では、この関係が満たされる臨界の計算体系を作成し、全遅発中性子割合βと即発中性子寿命ｌを汎用核計算コードシステム（ＳＲＡＣ９５；旧日本原子力研究所）を用いて算出している。

しかしながら、全遅発中性子割合βが３％程度の誤差で計算されるのに対し、即発中性子寿命の計算誤差は全遅発中性子割合の計算誤差よりも大きくなる。すなわち、中性子雑音解析法を用いて十分な精度で未臨界度を判定するためには、やはり臨界の中性子増倍体系でβ／Λの実測が必要となる。

尚、中性子増倍体系が未臨界のままでもその未臨界度を高い精度で判定できるミハルゾ法を用いた未臨界度判定技術も提案されているが（非特許文献４参照）、ミハルゾ法は中性子源としてＣｆ−２５２を内蔵した特殊な中性子検出器を中性子増倍体系の周辺に設置する必要があり実用炉への適用は容易ではない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、中性子増倍体系を臨界にしたり、特殊な中性子検出器を用いるミハルゾ法に基づいた中性子雑音解析法を用いたりすることなく、中性子増倍体系の未臨界度を高い精度で得ることができる未臨界度判定装置及び未臨界度判定プログラムを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る未臨界度判定装置では、中性子増倍体系の未臨界度に応じて固有の傾向を示す発生中性子数の時間的な揺らぎを中性子雑音データとして取得し、この中性子雑音データを解析して中性子増倍体系の未臨界度を判定する未臨界度判定装置において、異なる未臨界度の中性子増倍体系から取得された複数の中性子雑音データを対象に共通の統計解析を行い、各未臨界度ごとに中性子雑音データの統計解析結果を生成する統計解析手段と、前記各未臨界度の統計解析結果とこの統計解析結果と実効増倍率を用いて表現する理論式とのフィッティングを行い、各未臨界度ごとに統計解析結果の推定誤差を算出し、この推定誤差の和が最小となるときの実効増倍率を用いて各未臨界度を算出するパラメータ推定手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る未臨界度判定プログラムでは、中性子増倍体系の未臨界度に応じて固有の傾向を示す発生中性子数の時間的な揺らぎを中性子雑音データとして取得し、この中性子雑音データを解析して中性子増倍体系の未臨界度を判定する処理をコンピュータと協働して実行する未臨界度判定プログラムにおいて、異なる未臨界度の中性子増倍体系から取得された複数の中性子雑音データを対象に共通の統計解析を行い、各未臨界度ごとに中性子雑音データの統計解析結果を生成する処理Ａと、前記各未臨界度の統計解析結果とこの統計解析結果を実効増倍率その他の未知数を用いて表現する理論式とのフィッティングを行い、各未臨界度ごとに規格化パワースペクトル密度の推定誤差を算出し、この推定誤差の和が最小となるときの実効増倍率を用いて各未臨界度を算出する処理Ｂとをコンピュータと協働して実行することを特徴とする。

本発明によれば、中性子増倍体系を臨界にしたり、特殊な中性子検出器を用いるミハルゾ法に基づいた中性子雑音解析法を用いたりすることなく、中性子増倍体系の未臨界度を高い精度で得ることができる。

本発明に係る未臨界度測定装置の第１実施形態を示す機能ブロック図。 図１の未臨界度判定装置の未臨界度判定部にて実行されるパラメータ推定処理の流れを示すフローチャート。 図１の中性子雑音測定手段により測定された中性子計数値の変化（中性子雑音）を示す図。 図１の未臨界度判定装置を用いて行った未臨界度判定の実証試験結果を示す図。 本発明に係る未臨界度測定装置の第２実施形態を示す機能ブロック図。 図５の未臨界度判定装置の未臨界度判定部にて実行されるパラメータ推定処理の流れを示すフローチャート。 図５の未臨界度判定装置を用いて行った未臨界度判定の実証試験結果を示す図。 本発明に係る未臨界度測定装置の第３実施形態を示す機能ブロック図。 図８の未臨界度判定部にて実行されるパラメータ推定処理の流れ（未臨界度判定プログラム）を示すフローチャート。 図８の未臨界度判定部にて実行される全遅発中性子割合推定処理の説明図。 本発明に係る未臨界度測定装置の第４実施形態を示す機能ブロック図。 図１１の未臨界度判定部にて実行されるパラメータ推定処理の流れ（未臨界度判定プログラム）を示すフローチャート。 本発明に係る未臨界度判定技術と中性子源増倍法の第１の組み合わせの説明図。 本発明に係る未臨界度判定技術と中性子源増倍法の第２の組み合わせの説明図。

本発明に係る未臨界度判定装置及び未臨界度判定プログラムの実施形態について、原子炉の未臨界度判定に適用した例に基づき、添付図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明に係る未臨界度判定装置の第１実施形態を示す機能ブロック図である。

本実施形態の未臨界度判定装置Ｋは、中性子増倍体系の未臨界度に応じて固有の傾向を示す発生中性子数の時間的な揺らぎである中性子雑音データを取得して解析し、その中性子増倍体系の未臨界度を判定する装置である。この未臨界度判定装置Ｋは、図１に示すように、中性子雑音測定部１、未臨界度判定部２および表示部３を備える。

[中性子雑音測定部]
中性子雑音測定部１は、原子炉の炉心或いは炉心近傍に設けられて炉心で発生する中性子を検出し、電気パルス信号を出力する中性子検出器１１と、この電気パルス信号を所要レベルに増幅するアンプ１２と、増幅された電気パルス信号のアナログ波形を整形する計測回路１３と、波形整形された電気パルス信号に基づいて単位時間当たりの中性子計数率（ｃｐｓ）に応じたアナログ電気信号（中性子計数率信号）を出力するレートメータ１４とを有する。

[未臨界度判定部]
未臨界度判定部２は、中性子雑音取得手段２１、統計解析手段２２およびパラメータ推定手段２３を有し、例えば、パーソナルコンピュータ或いはワークステーションを用いて構成される。

中性子雑音取得手段２１は、中性子雑音測定部１のレートメータ１４から異なる複数の未臨界度に関わる中性子計数率信号を予め定められた時間にわたって受け取り、これを時系列のディジタルデータ（中性子雑音データ）として保存する。

統計解析手段２２は、中性子雑音取得手段２１から異なる複数の未臨界度に関わる中性子雑音データを受け取り、受け取った各中性子雑音データを対象に周波数解析を行って規格化パワースペクトル密度を生成し保存する。この規格化パワースペクトル密度は、中性子雑音データのパワースペクトル密度を中性子雑音データの平均値すなわち平均中性子計数率で規格化したものであり、次式（１）で表される（非特許文献３参照）。

パラメータ推定手段２３は、規格化パワースペクトル密度の理論式（式（１）〜式（３））を用い、この理論式と統計解析手段２２により生成された実測の規格化パワースペクトル密度とのフィッティングを行う。そして、このフィッティングにより種々の未臨界度を判定する。

図２は未臨界度判定装置Ｋの未臨界度判定部２にて実行されるパラメータ推定処理の流れ（未臨界度判定プログラム）を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１は、中性子雑音取得手段２１が中性子雑音測定部１のレートメータ１４から異なる複数の未臨界度で得られた中性子計数率信号を受信するステップである。

ステップＳ１０２は、中性子雑音取得手段２１がステップＳ１０１で受信した各中性子計数率信号に基づいて中性子雑音データを生成・保存するステップである。

ステップＳ１０３は、統計解析手段２２が各中性子雑音データに基づいて規格化パワースペクトル密度を生成・保存するステップである。このステップＳ１０３では、例えば高速フーリエ変換を用いて規格化パワースペクトル密度が生成される。

ステップＳ１０４は、パラメータ推定手段２３が規格化パワースペクトル密度の理論式（式（１）〜（３））に中性子検出効率εの初期値および即発中性子寿命ｌの初期値を代入付与するステップである。尚、全遅発中性子割合βとＤｉｖｅｎ数は既知のものとして取り扱う。

ステップＳ１０５は、パラメータ推定手段２３がステップＳ１０３で保存された規格化パワースペクトル密度の実測値と規格化パワースペクトル密度の理論式との最小二乗法に基づくフィッティングを行うステップである。

ステップＳ１０６は、パラメータ推定手段２３がステップＳ１０５のフィッティングを通じて各未臨界度の実効増倍率ｋを推定するステップである。

ステップＳ１０７は、パラメータ推定手段２３がステップＳ１０５で推定した全ての未臨界度における規格化パワースペクトル密度の推定誤差の和Ｅ_０を算出するステップである。

ステップＳ１０８は、即発中性子寿命ｌを初期値から数％だけ変化させた値を規格化パワースペクトル密度の理論式に代入付与するステップである。

ステップＳ１０９はステップＳ１０５からステップＳ１０７までと同じ処理を行い、推定した全ての未臨界度における規格化パワースペクトル密度の推定誤差の和Ｅ_１を算出するステップである。

ステップＳ１１０は、中性子検出効率εを初期値から数％だけ変化させた値を規格化パワースペクトル密度の理論式に代入付与するステップである。

ステップＳ１１１はステップＳ１０５からステップＳ１０７までと同じ処理を行い、推定した全ての未臨界度における規格化パワースペクトル密度の推定誤差の和Ｅを算出するステップである。

ステップＳ１１２は、パラメータ推定手段２３が規格化パワースペクトル密度の推定誤差の和Ｅは収束判定条件を満たしたか否か（Ｙｅｓ／Ｎｏ）を判定するステップである。この収束計算は、予め設定された収束判定条件を用いて行われる。このステップＳ１１２で＜Ｎｏ＞と判定した場合は、ステップＳ１１３に移行する。

ステップＳ１１３は規格化パワースペクトル密度の推定誤差の和Ｅと前記ステップＳ１０９で算出したＥ_１との差が小さくなる方向に中性子検出効率εを修正して規格化パワースペクトル密度の理論式に代入付与し、前記ステップＳ１１１で算出した推定誤差の和Ｅを新たなＥ_１として代入付与するステップである。すなわち、ステップＳ１１２で＜Ｙｅｓ＞と判定するまで中性子検出効率εを修正して行う収束計算を繰り返す。

ステップＳ１１４は、ステップＳ１１２で＜Ｙｅｓ＞と判定した場合に実行し、パラメータ推定手段２３が規格化パワースペクトル密度の推定誤差の和Ｅ_１は収束判定条件を満たしたか否か（Ｙｅｓ／Ｎｏ）を判定するステップである。この収束計算は、予め設定された収束判定条件を用いて行われる。このステップＳ１１４で＜Ｎｏ＞と判定した場合は、ステップＳ１１５に移行する。

ステップＳ１１５は規格化パワースペクトル密度の推定誤差の和Ｅ_１と前記ステップＳ１０７で算出したＥ_０との差が小さくなる方向に中性子検出効率εを修正して規格化パワースペクトル密度の理論式に代入付与し、前記ステップＳ１０９で算出した推定誤差の和Ｅ_１を新たなＥ_０として代入付与するステップである。すなわち、ステップＳ１１４で＜Ｙｅｓ＞と判定するまで即発中性子寿命ｌを修正して行う収束計算を繰り返す。

ステップＳ１１６は、ステップＳ１１４で＜Ｙｅｓ＞と判定した場合に実行し、パラメータ推定手段２３が中性子検出効率εおよび即発中性子寿命ｌを修正して行った収束計算により得られた実効増倍率ｋを用いて、各未臨界度（ドル単位）を算出するステップである。このドル単位の未臨界度＄は、次式（４）に従って算出される。

[表示部]
表示部３は、パラメータ推定手段２３により判定された未臨界度と共に周波数解析により生成された規格化パワースペクトル密度や未知数パラメータの推定値その他の関連する情報を表示する。この表示部３は、例えば、パーソナルコンピュータ或いはワークステーションのモニタを用いて構成される。

次に、未臨界度判定装置Ｋの効果について、実証試験の結果を用いて説明する。

[実証試験]
実証試験は未臨界度判定装置Ｋを用いた未臨界度の判定精度を確認するために行ったものである。

図３は中性子雑音測定部１により測定された中性子計数値の変化（中性子雑音）の一例を示す図である。この中性子計数値の変化は、２ｗｔ％濃縮度の二酸化ウラン（ＵＯ_２）燃料を装荷した未臨界度約１ドルの熱中性子炉を対象とし、中性子検出器１１としてＨｅ−３検出器を用いて測定した１ミリ秒当りの中性子計数値の変化である。

図４は実証試験の結果を示す図であり、中性子雑音データに基づいて生成した２つの規格化パワースペクトル密度を用いて行ったパラメータ推定処理（図２参照）の結果である。

図４の符号２０１は未臨界度１ドルにおける規格化パワースペクトル密度（測定値）であり、符号２０２はパラメータ推定処理を通じて得られた規格化パワースペクトル密度の理論計算値である。一方、図４の符号２０３は未臨界度２ドルにおける規格化パワースペクトル密度（測定値）であり、符号２０４はパラメータ推定処理を通じて得られた規格化パワースペクトル密度の理論計算値である。何れのパラメータ推定処理にあっても、遅発中性子生成割合βに０．００７８を付与し、Ｄｉｖｅｎ数に０．７９５３を付与している。

この実証試験では、測定値と理論計算値は良く一致しており、中性子検出効率εは０．００３８、即発中性子寿命ｌは４７．９（μｓ）と推定された。

また、未臨界度１ドルおよび未臨界度２ドルにおける即発中性子減衰定数αは、それぞれ３２８（１／ｓ）および５５９（１／ｓ）と推定された。

さらに、未臨界度１ドルおよび未臨界度２ドルにおける実効増倍率ｋは、式（３）および式（４）を用いて算出し、それぞれ０．９９２および０．９８１となった。そして、未臨界度１ドルおよび未臨界度２ドルにおける未臨界度は、それぞれ１．０ドルおよび２．５ドルと判定された。

このように、未臨界度判定装置Ｋにあっては、
（１）異なる未臨界度の原子炉から取得された複数の中性子雑音データを対象に共通の統計解析を行い、各未臨界度ごとに中性子雑音データの統計解析結果を生成する統計解析手段２２と、各未臨界度の統計解析結果とこの統計解析結果を実効増倍率その他の未知数を用いて表現する理論式とのフィッティングを行い、各未臨界度ごとに理論式に含まれる未知数の推定誤差を算出し、この推定誤差の和が最小となるときの実効増倍率を用いて各未臨界度を算出するパラメータ推定手段２３とを備える。このため、原子炉を一度も臨界にしたり、特殊な中性子検出器を用いるミハルゾ法に基づいた中性子雑音解析法を用いたりすることなく、原子炉の未臨界度を高い精度で得ることができる。

（２）統計解析手段２２は、中性子雑音データの統計解析結果として、規格化パワースペクトル密度を生成し、パラメータ推定手段２３は、規格化パワースペクトル密度の理論式を用い、この理論式と前記統計解析手段２２により生成された規格化パワースペクトル密度の最小二乗法に基づくフィッティングにより各未臨界度の実効増倍率を推定するステップＳ１０６と、各実効増倍率の推定誤差の和が収束判定条件を満たすまで、その理論式に含まれる未知数を修正して前記フィッティングを繰り返すステップ（ステップＳ１０１１２〜ステップＳ１１５）と、その推定誤差の和が収束判定条件を満たしたときの実効増倍率を用いて各未臨界度を求めるステップＳ１１６とを実行する。このため、規格化パワースペクトル密度を用いて（１）の効果を得ることができる。

（３）パラメータ推定手段２３は、規格化パワースペクトル密度の理論式として、実効増倍率、中性子検出効率および即発中性子寿命を未知数とする理論式を用い、各規格化パワースペクトル密度の推定誤差の和が収束判定条件を満たすまで、その理論式に含まれる中性子検出効率または即発中性子寿命の何れか一方の未知数を修正して上記フィッティングを繰り返し、収束判定条件を満たしたことを条件に、その理論式に含まれる他方の未知数を修正して上記フィッティングを繰り返す。このため、（１）の効果を容易且つ確実に得ることができる。

（４）中性子雑音データとしてレートメータ１４を用いて得られる単位時間当たりの中性子計数率を示すものを用いるため、（１）ないし（３）の効果を得るにあたって新規な中性子計数装置を構成する必要が無い。

（第２実施形態）
図５は本発明に係る未臨界度判定装置の第２実施形態を示す機能ブロック図である。本実施形態は、第１実施形態の未臨界度判定装置Ｋにおけるパラメータ推定処理を変更した例である。尚、第１実施形態と同様の構成は同一符号を付して説明を省略し、第１実施形態の構成を変更し或いは新たに追加した構成は符号末尾に「Ａ」を付して説明する。

本実施形態の未臨界度判定装置Ｋ/Ａは、図５に示すように、中性子雑音測定部１Ａ、未臨界度判定部２Ａおよび表示部３Ａを備える。

[中性子雑音測定部]
中性子雑音測定部１Ａは、予め設定された測定時間幅すなわちゲート幅における中性子計数を行うマルチチャンネルスケーラ１４Ａを有する。

この中性子雑音測定部１Ａでは、中性子検出器１１から出力される検出中性子に基づいた電気パルス信号がアンプ１２により増幅され計測回路１３によりそのアナログ波形が整形された後、マルチチャンネルスケーラ１４Ａにてゲート幅当たりの中性子が計数される。このとき、マルチチャンネルスケーラ１４Ａは、ゲート幅当たりの中性子計数を予め設定された測定回数ｎに亘って行い、各測定回ごとにゲート幅当たりの中性子計数値信号を出力する。

[未臨界度判定部]
未臨界度判定部２Ａは、中性子雑音取得手段２１Ａ、統計解析手段２２Ａおよびパラメータ推定手段２３Ａを有する。

中性子雑音取得手段２１Ａは、中性子雑音測定部１Ａのマルチチャンネルスケーラ１４Ａにより出力される測定回数分のゲート幅当たりの中性子計数値信号を受け取り、これを時系列のディジタルデータ（中性子雑音データ）として保存する。

統計解析手段２２Ａは、中性子雑音取得手段２１Ａから異なる未臨界度の中性子雑音データを受け取り、受け取った各中性子雑音データを対象に統計解析を行って分散対平均比を算出し保存する。

この統計解析手段２２Ａは、分散対平均比の算出に際し、先ず、ゲート幅ｔを対象として測定回数に応じたｎ個の中性子計数値の分散対平均比を算出し、次いで、ゲート幅２ｔ（２回分の測定時間）を対象としてｎ／２個の中性子計数値の分散対平均比を算出し、このような処理を所定のゲート幅に亘って順次計算していく。このゲート幅ｔにおける分散対平均比は、次式（５）で表される。

パラメータ推定手段２３Ａは、分散対平均比の理論式（式（５））を用い、この理論式と統計解析手段２２Ａにより生成された実測の分散対平均比とのフィッティングを行う。そして、このフィッティングにより種々の未臨界度を判定する。

図６は未臨界度判定装置Ｋ/Ａの未臨界度判定部２Ａにて実行されるパラメータ推定処理の流れ（未臨界度判定プログラム）を示すフローチャートである。

ステップＳ２０１は、中性子雑音取得手段２１Ａが中性子雑音測定部１Ａのマルチチャンネルスケーラ１４Ａから異なる複数の未臨界度で得られたゲート幅ｔ当たりの中性子計数値信号を受信するステップである。尚、異なる未臨界度を対象とした中性子計数値の測定は、マルチチャンネルスケーラ１４Ａが中性子雑音取得手段２１Ａの制御を受けて異なる時間で中性子を計数することにより行われる。

ステップＳ２０２は、中性子雑音取得手段２１ＡがステップＳ２０１で受信した各中性子計数値信号に基づいて中性子雑音データを生成して保存するステップである。

ステップＳ２０３は、統計解析手段２２ＡがステップＳ２０２で保存した各中性子雑音データに基づいて分散対平均比を生成して保存するステップである。

ステップＳ２０４は、パラメータ推定手段２３Ａが分散対平均比の理論式（式（５）、式（８））に中性子検出効率εの初期値および即発中性子寿命ｌの初期値を代入・付与するステップである。尚、全遅発中性子割合βとＤｉｖｅｎ数は既知のもとして取り扱う。

ステップＳ２０５は、パラメータ推定手段２３ＡがステップＳ２０３で保存した分散対平均比の実測値と分散対平均比の理論式とを最小二乗法に基づくフィッティングを行うステップである。

ステップＳ２０６は、パラメータ推定手段２３ＡがステップＳ２０５のフィッティングを通じて各未臨界度のｋを推定するステップである。

ステップＳ２０７は、パラメータ推定手段２３がステップＳ２０５で推定した全ての未臨界度におけるＹ値の推定誤差の和Ｅ_０を算出するステップである。

ステップＳ２０８は、即発中性子寿命ｌを初期値から数％だけ変化させた値を分散対平均比の理論式に代入付与するステップである。

ステップＳ２０９はステップＳ２０５からステップＳ２０７までと同じ処理を行い、推定した全ての未臨界度におけるＹ値の推定誤差の和Ｅ_１を算出するステップである。

ステップＳ２１０は、中性子検出効率εを初期値から数％だけ変化させた値を分散対平均比の理論式に代入付与するステップである。

ステップＳ２１１はステップＳ２０５からステップＳ２０７までと同じ処理を行い、推定した全ての未臨界度におけるＹ値の推定誤差の和Ｅを算出するステップである。

ステップＳ２１２は、パラメータ推定手段２３がＹ値の推定誤差の和Ｅは収束判定条件を満たしたか否か（Ｙｅｓ／Ｎｏ）を判定するステップである。この収束計算は、予め設定された収束判定条件を用いて行われる。このステップＳ２１２で＜Ｎｏ＞と判定した場合は、ステップＳ２１３に移行する。

ステップＳ２１３はＹ値の推定誤差の和Ｅと前記ステップＳ２０９で算出したＥ_１との差が小さくなる方向に中性子検出効率εを修正して分散対平均比の理論式に代入付与し、前記ステップＳ２１１で算出した推定誤差の和Ｅを新たなＥ_１として代入付与するステップである。すなわち、ステップＳ２１２で＜Ｙｅｓ＞と判定するまで中性子検出効率εを修正して行う収束計算を繰り返す。

ステップＳ２１４は、ステップＳ２１２で＜Ｙｅｓ＞と判定した場合に実行し、パラメータ推定手段２３がＹ値の推定誤差の和Ｅ_１は収束判定条件を満たしたか否か（Ｙｅｓ／Ｎｏ）を判定するステップである。この収束計算は、予め設定された収束判定条件を用いて行われる。このステップＳ２１４で＜Ｎｏ＞と判定した場合は、ステップＳ２１５に移行する。

ステップＳ２１５はＹ値の推定誤差の和Ｅ_１と前記ステップＳ２０７で算出したＥ_０との差が小さくなる方向に中性子検出効率εを修正して分散対平均比の理論式に代入付与し、前記ステップＳ２０９で算出した推定誤差の和Ｅ_１を新たなＥ_０として代入付与するステップである。すなわち、ステップＳ２１４で＜Ｙｅｓ＞と判定するまで即発中性子寿命ｌを修正して行う収束計算を繰り返す。

ステップＳ２１６は、ステップＳ２１４で＜Ｙｅｓ＞と判定した場合に実行し、パラメータ推定手段２３が中性子検出効率εおよび即発中性子寿命ｌを修正して行った収束計算により得られた実効増倍率ｋを用いて、各未臨界度（ドル単位）を算出するステップである。このドル単位の未臨界度＄は、式（４）に従って算出される。

[表示部]
表示部３Ａは、パラメータ推定手段２３Ａにより判定された未臨界度と共に統計解析により生成された分散対平均比や未知数パラメータの推定値その他の関連する情報を表示する。

次に、未臨界度判定装置Ｋ/Ａの効果について、実証試験の結果を用いて説明する。

[実証試験]
実証試験は未臨界度判定装置Ｋ/Ａを用いた未臨界度の判定精度を確認するために行ったものである。

図７は実証試験の結果を示す図である。この図７は、第１実施形態と同様に未臨界度として１ドルおよび２ドルの条件にて取得した中性子雑音データに基づくパラメータ推定処理（図６参照）の結果である。

図７の符号２０１Ａ（点データ）は未臨界度１ドルにおける分散対平均比のＹ値（測定値）であり、符号２０２Ａ（実線データ）はパラメータ推定処理に基づくそのＹ値の理論計算値である。一方、図７の符号２０３Ａ（点データ）は未臨界度２ドルにおける分散対平均比（測定値）であり、符号２０４Ａ（実線データ）はパラメータ推定処理に基づくそのＹ値の理論計算値である。何れのパラメータ推定処理にあっても、遅発中性子生成割合βに０．００７８を付与し、Ｄｉｖｅｎ数に０．７９５３を付与している。

この実証試験では、Ｙ値の測定値と理論計算値は良く一致しており、中性子検出効率εは０．００４４、即発中性子寿命ｌは５２．９（μｓ）と推定された。

また、未臨界度１ドルおよび未臨界度２ドルにおける即発中性子減衰定数αは、それぞれ２９４（１／ｓ）および５２４（１／ｓ）と推定された。

さらに、未臨界度１ドルおよび未臨界度２ドルにおける実効増倍率は、式（３）および式（４）を用いて算出し、それぞれ０．９９２および０．９８０となった。そして、未臨界度１ドルおよび未臨界度２ドルにおける未臨界度は、それぞれ１．０ドルおよび２．６ドルと判定された。

このように、未臨界度判定装置Ｋ/Ａにあっては、
（５）統計解析手段２２Ａは、中性子雑音データの統計解析結果として、分散対平均比を生成し、パラメータ推定手段２３Ａは、分散対平均比の理論式を用い、この理論式と統計解析手段２２Ａにより生成された分散対平均比の最小二乗法に基づくフィッティングにより各未臨界度の実効増倍率を推定するステップＳ２０６と、各未臨界度における分散対平均比の推定誤差の和が収束判定条件を満たすまで、その理論式に含まれる未知数を修正して上記フィッティングを繰り返すステップＳ２１２〜ステップＳ２１５と、その推定誤差の和が収束判定条件を満たしたときの実効増倍率を用いて未臨界度を判定するステップＳ２１２とを実行する。このため、原子炉を臨界にしたり、特殊な中性子検出器を用いるミハルゾ法に基づいた中性子雑音解析法を用いたりすることなく、原子炉の未臨界度を高い精度で容易に得ることができる。

（６）パラメータ推定手段２３Ａは、分散対平均比の理論式として、実効増倍率、中性子検出効率および即発中性子寿命を未知数とする理論式を用い、各分散対平均比の偏差の推定誤差の和が収束判定条件を満たすまで、その理論式に含まれる中性子検出効率または即発中性子寿命の何れか一方の未知数を修正して上記フィッティングを繰り返し、収束判定条件を満たしたことを条件に、その理論式に含まれる他方の未知数を修正して上記フィッティングを繰り返す。このため、（５）の効果を容易且つ確実に得ることができる。

（第３実施形態）
図８は本発明に係る未臨界度判定装置の第３実施形態を示す機能ブロック図である。本実施形態は、第１実施形態の未臨界度判定部２の構成を変更した例である。尚、第１実施形態と同様の構成は同一符号を付して説明を省略し、第１実施形態の構成を変更し或いは新たに追加した構成は符号末尾に「Ｂ」を付して説明する。

未臨界度判定装置Ｋ/Ｂの未臨界度判定部２Ｂは、パラメータ推定手段２３Ｂ及び逆計数率生成手段２４Ｂを備える。

パラメータ推定手段２３Ｂは、規格化パワースペクトル密度の理論式（式（１）〜式（３））を用い、この理論式と統計解析手段２２により生成された実測の規格化パワースペクトル密度とのフィッティングを行うことにより、種々の未臨界度を判定する。このとき、検出効率ε及び即発中性子寿命ｌのほか、全遅発中性子割合βについても推定の対象とする。

逆計数率生成手段２４Ｂは、中性子雑音測定部１の計測回路１３から出力され中性子検出ごとに出力される電気パルス信号を受け取り、受け取った電気パルス信号に基づいて単位時間当たりの中性子逆計数率１／Ｃ（１／ｃｐｓ）をディジタルデータにて生成し、内部メモリに読み出し可能に保存する。

図９は未臨界度判定装置Ｋ／Ｂの未臨界度判定部２Ｂにて実行されるパラメータ推定処理の流れ（未臨界度判定プログラム）を示すフローチャートである。尚、図９のパラメータ推定処理におけるステップＳ１０１〜ステップＳ１１６は、図２のパラメータ推定処理におけるステップＳ１０１〜ステップＳ１１６と同様であるので説明を省略する。

ステップＳ３０１−１は、各未臨界度の規格化パワースペクトル密度から折点周波数法により即発中性子減衰定数αを求めるステップである。

ステップＳ３０１−２は、各未臨界度に対する即発中性子減衰定数αと中性子逆計数（１／Ｃ）をプロットし、線形近似により１／Ｃ＝０となる点まで外挿し、臨界時のαの値α_０を求める。

図１０は未臨界度判定部２Ｂにて実行される全遅発中性子割合推定処理の説明図である。パラメータ推定手段２３Ｂは、先ず、前段パラメータ推定処理（テップＳ１０１〜ステップＳ１１６）で対象とした種々の未臨界度にて生成された中性子逆計数率（１／Ｃ）を逆計数率生成手段２４Ｂから読み出す。

ステップＳ３０１は、パラメータ推定手段２３Ｂが規格化パワースペクトル密度の理論式（式（１）〜（３））に中性子検出効率ε、即発中性子寿命ｌ、及び全遅発中性子割合β（＝ｌ・α_０）の初期値（計算又は推測による一定値）を代入付与するステップである。尚、Ｄｉｖｅｎ数は既知のものとして取り扱う。

次いで、パラメータ推定手段２３Ｂは、図１０に示すように、前段パラメータ推定処理で算出した即発中性子減衰定数α（本計算では、未臨界度１ドルについては３２８（１／ｓ），未臨界度２ドルについては５５９（１／Ｓ））と、逆計数率生成手段２４Ｂに保存され、各即発中性子減衰定数αを算出した時点の中性子逆計数率（１／Ｃ）との対応を外挿し、臨界（中性子逆計数率がゼロ）のときの即発中性子減衰定数α_０を推定する。本計算では、α_０＝１８２（μｓ）であった。

そして、パラメータ推定手段２３Ｂは、求めた即発中性子減衰定数α_０（＝１８２（μｓ））、このときの実効増倍率ｋ（＝１）、前段パラメータ推定処理（ステップＳ１０１〜ステップＳ１１６）の各処理で推定された即発中性子寿命ｌ（＝４７．９（μｓ））の各値を上記の式（３）に代入し、これにより全遅発中性子割合βを推定する。

本計算では、実効増倍率が収束したとき、最終的な全遅発中性子割合β＝０．００８、未臨界度１ドルのケースについて実効増倍率ｋ＝０．９９３、未臨界度２ドルのケースについて実効増倍率ｋ＝０．９８２であった。又、ドル単位の未臨界度＄は、上記の式（４）に従って算出され、未臨界度１ドルのケースについて未臨界度＄＝０．８、未臨界度＄２ドルのケースについて未臨界度＝２．１であった。

尚、表示部３には、未臨界度判定部２Ｂで生成された規格化パワースペクトル密度実効増倍率ｋや未臨界度＄、その他の関連する情報が表示される。

未臨界度判定装置Ｋ/Ｂにあっては、
（７）パラメータ推定手段２３Ｂは、規格化パワースペクトル密度の理論式として、実効増倍率ｋ、中性子検出効率ε、即発中性子寿命ｌ、及び全遅発中性子割合β（＝ｌ・α_０）を未知数とする理論式を用い（最初のステップＳ３０１）、各規格化パワースペクトル密度の推定誤差の和が収束判定条件を満たすまで、その理論式に含まれる中性子検出効率

または即発中性子寿命ｌの何れか一方の未知数を修正して前記フィッティングを繰り返し、収束判定条件を満たしたことを条件に、その理論式に含まれる他方の未知数を修正してフィッティングを繰り返す（ステップＳ１０１〜ステップＳ１１６）。そして、未臨界度判定部２Ｂは、規格化パワースペクトル密度の折点周波数を用いて即発中性子減衰定数αを導出し、導出した即発中性子減衰定数αと、この即発中性子減衰定数αに対応する実効増倍率ｋの状態で中性子増倍体系から得られた中性子逆計数率（１／Ｃ）との対応を外挿し、中性子逆計数率（１／Ｃ）がゼロ（実効増倍率

が１）となるときの即発中性子減衰定数α_０を推定して、推定した即発中性子減衰定数α_０、即発中性子減衰定数α_０に対応する実効増倍率ｋを「α＝（１−（１−β）ｋ）／ｌ」の関係式に代入することにより全遅発中性子割合βをβ＝ｌ・α_０として推定する（ステップＳ３０３）。こうして推定した全遅発中性子割合βをステップＳ３０１で用いる全遅発中性子割合とする。

よって、本実施形態の未臨界度判定装置Ｋ／Ｂによれば、計算又は推測により設定した全遅発中性子割合βの初期値が実測のみで決まり、計算誤差を含まないので（１）の効果が高められる。

（第４実施形態）
図１１は本発明に係る未臨界度判定装置の第４実施形態を示す機能ブロック図である。本実施形態は、第２実施形態の未臨界度判定部２Ａの構成を変更した例である。尚、第２実施形態と同様の構成は同一符号を付して説明を省略し、第２実施形態の構成を変更し或いは新たに追加した構成は符号末尾に「Ｃ」を付して説明する。

未臨界度判定装置Ｋ/Ｃの未臨界度判定部２Ｃは、パラメータ推定手段２３Ｃ及び逆計数率生成手段２４Ｃを備える。

パラメータ推定手段２３Ｃは、分散対平均比の理論式（式（５））を用い、この理論式と統計解析手段２２Ａにより生成された実測の分散対平均比とのフィッティングを行うことにより、種々の未臨界度を判定する。このとき、検出効率ε及び即発中性子寿命ｌのほか、全遅発中性子割合βについても推定の対象とする。

逆計数率生成手段２４Ｃは、中性子雑音測定部１の計測回路１３から出力され中性子検出ごとに出力される電気パルス信号を受け取り、受け取った電気パルス信号に基づいて単位時間当たりの中性子逆計数率（１／Ｃ）をディジタルデータにて生成し、内部メモリに読み出し可能に保存する。

図１２は未臨界度判定装置Ｋ／Ｂの未臨界度判定部２Ｃにて実行されるパラメータ推定処理の流れ（未臨界度判定プログラム）を示すフローチャートである。尚、図１２のパラメータ推定処理におけるステップＳ２０１〜ステップＳ２１６は、図６のパラメータ推定処理におけるステップＳ２０１〜ステップＳ２１６と同様であるので説明を省略する。

ステップＳ４０１は、パラメータ推定手段２３Ｃが規格化パワースペクトル密度の理論式（式（５））に中性子検出効率ε、即発中性子寿命ｌ、及び全遅発中性子割合β＝ｌ・α_０の初期値を代入付与するステップである。尚、Ｄｉｖｅｎ数は既知のものとして取り扱う。

パラメータ推定手段２３Ｃは、先ず、前段パラメータ推定処理（テップＳ２０１〜ステップＳ２１６）で対象とした種々の未臨界度にて生成された中性子逆計数率（１／Ｃ）を逆計数率生成手段２４Ｃから読み出す。

次いで、パラメータ推定手段２３Ｃは、図１０に示したように、前段パラメータ推定処理で算出した即発中性子減衰定数α（本計算では、未臨界度１ドルについては２９４（１／ｓ），未臨界度２ドルについては５２４（１／Ｓ））と、逆計数率生成手段２４Ｂに保存され、各即発中性子減衰定数αを算出した時点の中性子逆計数率（１／Ｃ）との対応を外挿し、臨界（中性子逆計数率がゼロ）のときの即発中性子減衰定数α_０を推定する。本計算では、α_０＝１３４（μｓ）であった。

そして、パラメータ推定手段２３Ｃは、求めた即発中性子減衰定数α_０（＝１３４（μｓ））、このときの実効増倍率ｋ（＝１）、前段パラメータ推定処理（ステップＳ２０１〜ステップＳ２１６）の各処理で推定された即発中性子寿命ｌ（＝５２．９（μｓ））の各値を上記の式（３）に代入し、これにより全遅発中性子割合βを推定する。

本計算では、実効増倍率が収束したとき、最終的な全遅発中性子割合β＝０．００７１、未臨界度１ドルのケースについて実効増倍率ｋ＝０．９９１、未臨界度２ドルのケースについて実効増倍率ｋ＝０．９７９であった。又、ドル単位の未臨界度＄は、上記の式（４）に従って算出され、未臨界度１ドルのケースについて未臨界度＄＝１．２、未臨界度＄２ドルのケースについて未臨界度＝２．９であった。

尚、表示部３には、未臨界度判定部２Ｃで生成された規格化パワースペクトル密度実効増倍率ｋや未臨界度＄、その他の関連する情報が表示される。

未臨界度判定装置Ｋ/Ｃにあっては、
（８）パラメータ推定手段２３Ｃは、分散対平均比の理論式として、実効増倍率ｋ、中性子検出効率ε、即発中性子寿命ｌ、及び全遅発中性子割合β＝ｌ・α_０を未知数とする理論式を用い、各分散対平均比の１からの偏差の推定誤差の和が収束判定条件を満たすまで、その理論式に含まれる中性子検出効率εまたは即発中性子寿命ｌの何れか一方の未知数を修正して前記フィッティングを繰り返し、収束判定条件を満たしたことを条件に、その理論式に含まれる他方の未知数を修正して前記フィッティングを繰り返す（ステップＳ２０１〜ステップＳ２１６）。そして、パラメータ推定手段２３Ｃは、分散対平均法を用いて即発中性子減衰定数αを導出し、即発中性子減衰定数αと、この即発中性子減衰定数αに対応する実効増倍率ｋの状態で中性子増倍体系から得られる中性子逆計数率（１／Ｃ）との対応を外挿し、中性子逆計数率（１／Ｃ）がゼロ（実効増倍率ｋが１）となるときの即発中性子減衰定数α_０を推定する。こうして推定した全遅発中性子割合β、即発中性子減衰定数α_０に対応する実効増倍率ｋを「α＝（１−（１−β）ｋ）／ｌ」の関係式に代入することにより全遅発中性子割合β＝ｌ・α_０を推定し（ステップＳ４０３）、この全遅発中性子割合βをステップＳ４０１で用いる全遅発中性子割合とする。

よって、未臨界度判定装置Ｋ／Ｃによれば、計算或いは推測により設定した全遅発中性子割合βが実測のみで決まり、計算誤差を含まないので（５）の効果が高められる。

以上、本発明に係る中性子増倍体系の未臨界度判定装置及び未臨界判定プログラム第１実施形態〜第４実施形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載の発明の要旨を逸脱しない限り設計の変更や追加等は許容される。

例えば、本発明に係る未臨界度判定装置等を原子炉の未臨界度判定に適用する例を示したが、核燃料の輸送容器や核燃料廃棄物の貯蔵容器或いはその貯蔵施設など、中性子増倍体系であれば適用できる。

また、第１実施形態および第２実施形態では異なる複数の未臨界度の原子炉において、中性子検出効率εおよび即発中性子寿命ｌはいずれも変化しないことを仮定した。しかし、未臨界度の差異によって例えば即発中性子寿命ｌの変化が無視できない場合、第１実施形態では、図２のフローチャートにおけるステップＳ１０８、ステップＳ１０９、ステップＳ１１４およびステップＳ１１５の処理を削除し、ステップＳ１０６の処理にて実効増倍率ｋと共に即発中性子寿命ｌを併せて推定することにより、未臨界度を精度良く推定することができる。尚、この場合、ステップＳ１０７で算出する推定誤差の和をＥ_１とする。

同様に、第２実施形態では、図６のフローチャートにおけるステップＳ２０８、ステップＳ２０９、ステップＳ２１４およびステップＳ２１５の処理を削除し、ステップＳ２０６の処理にて実効増倍率ｋと共に即発中性子寿命ｌを併せて推定することにより、未臨界度を精度良く推定することができる。尚、この場合、ステップＳ２０７で算出する推定誤差の和をＥ_１とする。
ちなみに、各未臨界度において中性子検出効率εおよび即発中性子寿命ｌがいずれも変化しないという仮定は、未臨界度の差異が小さい場合に良好に成立する。

また、第１実施形態ではレートメータを用いて得られる単位時間当たりの中性子計数率を示す信号を基に中性子雑音データを生成する例を示したが、第２実施形態と同様にマルチチャンネルスケーラを用いて得られる測定時間幅の中性子計数値を基に中性子雑音データを生成するようにしてもよい。

また、第２実施形態では、マルチチャンネルスケーラのゲート幅を固定して中性子計数値を得て、異なるゲート幅当たりの中性子計数値は未臨界度判定部で算出する例を示したが、マルチチャンネルスケーラのゲート幅や測定回数の設定を変更可能に構成してマルチチャンネルスケーラ側でゲート幅を異ならせて中性子計数値を得るようにしてもよい。何れの方法であっても、最終的に異なる測定時間幅の中性子計数値を算出し、この中性子計数値を対象として分散対平均比の偏差を生成するものであればよい。

また、各実施形態において、中性子を検出した時間データを用い、この時間データから中性子計数率あるいは測定時間幅の中性子数を算出するようにしてもよい。

また、各実施形態では、中性子雑音解析法のうち周波数解析法或いはファインマン・アルファ法を用いた未臨界度判定方法（図２、図６、図９、図１２参照）について示したが、ロッシ・アルファ法を用いて異なる複数の未臨界度における中性子パルス相互間の時間間隔の分布から未臨界度を判定するようにしてもよい。

また、本発明に係る未臨界度判定技術は、中性子源増倍法を組み合わせることもできる。この組み合わせによると深い未臨界度であっても高い精度にて判定でき、本発明に係る未臨界度判定技術の適用範囲が拡大する。

図１３は本発明に係る未臨界度判定技術と中性子源増倍法の第１の組み合わせの説明図である。

未臨界度判定技術と中性子源増倍法の第１の組み合わせにあっては、先ず、本発明に係る未臨界度判定技術を用いて算出した実効増倍率を基準実効増倍率（ｋ_０）として用意する。

ここで、中性子源増倍法では、中性子計数率（Ｃ）と実効増倍率（ｋ）の関係が次式（９）で表される。

中性子増倍体系において実効増倍率の変化が小さい場合、比例係数αおよび中性子源強度Ｓは定数とみなせる。体系の実効増倍率がｋ_１へと変化したとき、基準実効増倍率（ｋ_０）、そのときの基準中性子計数率（Ｃ_０）および中性子計数率Ｃ_１を用いて、実効増倍率ｋ_１は、次式（１０）に従って算出できる。

未臨界度が深くなる場合は、実効増倍率ｋと中性子計数率Ｃの積ｋ・Ｃが一定ではなくなり、式（９）に示される関係が成り立たなくなってくる。この場合は、修正中性子源増倍法(Modified neutron Source Multiplication method: MSM法)を適用するとよい。修正中性子源増倍法に関し、中性子増倍体系の実効増倍率がｋ_１へと変化したとき、基準実効増倍率(ｋ_０)、そのときの基準中性子計数率(Ｃ_０)および中性子計数Ｃ_１をパラメータとする式（１０）は、次式（１１）のように与えられる。

式（１１）において、ｋ_１,ｃ及びｋ_０.ｃは、それぞれ固有値計算で求められる未臨界度変化後の中性子増倍体系及びその基準体系の実効増倍率であり，Ｒ_１およびＲ_０は、固定源計算から求められる未臨界度変化後の中性子増倍体系及びその基準体系の中性子計数の解析値である。尚、式（１１）に対し、それぞれの未臨界度での検出効率の比や実効中性子源強度の比を乗ずることで、１点炉近似の成り立たない大きな体系での空間効果の影響を排除できるほか、測定精度を向上させることができる。修正中性子源法に基づいた実効増倍率ｋ_１の演算は、例えば、未臨界度判定部に割り当てることができる。

図１４は本発明に係る未臨界度判定技術と中性子源増倍法の第２の組み合わせの説明図である。

未臨界度判定技術と中性子源増倍法の第２の組み合わせにあっては、基準実効増倍率（ｋ_０）に代えて比例係数αを含めた実効的な中性子源強度αＳを算出し、次式（１２）に従ってαＳを用いて実効増倍率（ｋ_１）を算出する。

Ｋ，Ｋ/Ａ,Ｋ／Ｂ,Ｋ／Ｃ……未臨界度判定装置， １……中性子雑音測定部， １１……中性子検出器， １２……アンプ， １３……計測回路， １４……レートメータ， １４Ａ……マルチチャンネルスケーラ， ２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ……未臨界度判定部， ２１，２１Ａ……中性子雑音取得手段， ２２，２２Ａ……統計解析手段， ２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ……パラメータ推定手段， ２４Ｂ，２４Ｃ……逆計数率生成手段， ２０１……未臨界度１ドルにおける規格化パワースペクトル密度（測定値）， ２０２……未臨界度１ドルにおける規格化パワースペクトル密度の理論計算値， ２０３……未臨界度２ドルにおける規格化パワースペクトル密度（測定値）， ２０４……未臨界度２ドルにおける規格化パワースペクトル密度の理論計算値， ２０１Ａ……未臨界度１ドルにおける分散対平均比のＹ値（測定値）， ２０２Ａ……未臨界度１ドルにおける分散対平均比のＹ値の理論計算値， ２０３Ａ……未臨界度２ドルにおける分散対平均比のＹ値（測定値）， ２０４Ａ……未臨界度２ドルにおける分散対平均比のＹ値の理論計算値， ３，３Ａ……表示部．

Claims (13)

1. 中性子増倍体系の未臨界度に応じて固有の傾向を示す発生中性子数の時間的な揺らぎを中性子雑音データとして取得し、この中性子雑音データを解析して中性子増倍体系の未臨界度を判定する未臨界度判定装置において、
   異なる未臨界度の中性子増倍体系から取得された複数の中性子雑音データを対象に共通の統計解析を行い、各未臨界度ごとに中性子雑音データの統計解析結果を生成する統計解析手段と、
   前記各未臨界度の統計解析結果とこの統計解析結果を実効増倍率ｋを用いて表現する理論式とのフィッティングを行い、各未臨界度ごとに統計解析結果の推定誤差を算出し、この推定誤差の和が最小となるときの実効増倍率ｋを用いて各未臨界度を算出するパラメータ推定手段と、
   を備えることを特徴とする未臨界度判定装置。
2. 前記統計解析手段は、中性子雑音データの統計解析結果として、規格化パワースペクトル密度を生成し、
   前記パラメータ推定手段は、規格化パワースペクトル密度の理論式を用い、この理論式と前記統計解析手段により生成された規格化パワースペクトル密度との最小二乗法に基づくフィッティングにより各未臨界度の実効増倍率ｋを推定するステップＡと、各規格化パワースペクトル密度の推定誤差の和が収束判定条件を満たすまで、その理論式に含まれる未知数を修正して前記フィッティングを繰り返すステップＢと、その推定誤差の和が収束判定条件を満たしたときの実効増倍率ｋを用いて各未臨界度を求めるステップＣとを実行することを特徴とする請求項１に記載の未臨界度判定装置。
3. 前記パラメータ推定手段は、規格化パワースペクトル密度の理論式として、実効増倍率ｋ、中性子検出効率εおよび即発中性子寿命ｌを未知数とする理論式を用い、ステップＢにて各規格化パワースペクトル密度の推定誤差の和が収束判定条件を満たすまで、その理論式に含まれる中性子検出効率εまたは即発中性子寿命ｌの何れか一方の未知数を修正して前記フィッティングを繰り返し、収束判定条件を満たしたことを条件に、その理論式に含まれる他方の未知数を修正して前記フィッティングを繰り返すことを特徴とする請求項２に記載の未臨界度判定装置。
4. 前記パラメータ推定手段は、規格化パワースペクトル密度の理論式として、実効増倍率ｋ、中性子検出効率ε、即発中性子寿命ｌ、及び全遅発中性子割合βを未知数とする理論式を用い、
   ステップＢでは、全遅発中性子割合βは計算又は推測による一定値とし、各規格化パワースペクトル密度の推定誤差の和が収束判定条件を満たすまで、その理論式に含まれる中性子検出効率εまたは即発中性子寿命ｌの何れか一方の未知数を修正して前記フィッティングを繰り返し、収束判定条件を満たしたことを条件に、その理論式に含まれる他方の未知数を修正して前記フィッティングを繰り返すことを特徴とする請求項２に記載の未臨界度判定装置。
5. 前記パラメータ推定手段は、規格化パワースペクトル密度の理論式として、実効増倍率ｋ、中性子検出効率ε、即発中性子寿命ｌ、及び全遅発中性子割合βを未知数とする理論式を用い、
   ステップＢでは、折点周波数法で求めた即発中性子減衰定数αと、この即発中性子減衰定数αに対応する実効増倍率ｋの状態で中性子増倍体系から得られる中性子逆計数率（１／Ｃ）との対応を外挿し、中性子逆計数率（１／Ｃ）がゼロ（実効増倍率ｋが１）となるときの即発中性子減衰定数α_０を推定して、推定した即発中性子減衰定数α_０、即発中性子減衰定数α_０に対応する実効増倍率ｋ、及びステップＢで算出された即発中性子寿命ｌを「α＝（１−（１−β）ｋ）／ｌ」の関係式に代入することにより全遅発中性子割合βを推定し、この全遅発中性子割合βを用い、各規格化パワースペクトル密度の推定誤差の和が収束判定条件を満たすまで、その理論式に含まれる中性子検出効率εまたは即発中性子寿命ｌの何れか一方の未知数を修正して前記フィッティングを繰り返し、収束判定条件を満たしたことを条件に、その理論式に含まれる他方の未知数を修正して前記フィッティングを繰り返し、収束判定条件を満たしたときの実効増倍率ｋ、中性子検出効率ε、及び即発中性子寿命ｌを導出し、
   前記ステップＡで推定された実効増倍率ｋが収束判定条件を満たすまで、ステップＡ、ステップＢ及びステップＣを繰り返すことを特徴とする請求項２に記載の未臨界度判定装置。
6. 前記統計解析手段は、中性子雑音データの統計解析結果として、分散対平均比を生成し、
   前記パラメータ推定手段は、分散対平均比の理論式を用い、この理論式と前記統計解析手段により生成された分散対平均比の最小二乗法に基づくフィッティングにより各未臨界度の実効増倍率ｋを推定するステップＡと、各未臨界度における分散対平均比の推定誤差の和が収束判定条件を満たすまで、その理論式に含まれる未知数を修正して前記フィッティングを繰り返すステップＢと、その推定誤差の和が収束判定条件を満たしたときの実効増倍率ｋを用いて各未臨界度を求めるステップＣとを実行することを特徴とする請求項１に記載の未臨界度判定装置。
7. 前記パラメータ推定手段は、分散対平均比の理論式として、実効増倍率ｋ、中性子検出効率εおよび即発中性子寿命ｌを未知数とする理論式を用い、ステップＢにて各分散対平均比の１からの偏差の推定誤差の和が収束判定条件を満たすまで、その理論式に含まれる中性子検出効率εまたは即発中性子寿命ｌの何れか一方の未知数を修正して前記フィッティングを繰り返し、収束判定条件を満たしたことを条件に、その理論式に含まれる他方の未知数を修正して前記フィッティングを繰り返すことを特徴とする請求項６に記載の未臨界度判定装置。
8. 前記パラメータ推定手段は、分散対平均比の理論式として、実効増倍率ｋ、中性子検出効率ε、即発中性子寿命ｌ、及び全遅発中性子割合βを未知数とする理論式を用い、
   ステップＢでは、全遅発中性子割合βは計算又は推測による一定値とし、各分散対平均比の１からの偏差の推定誤差の和が収束判定条件を満たすまで、その理論式に含まれる中性子検出効率εまたは即発中性子寿命ｌの何れか一方の未知数を修正して前記フィッティングを繰り返し、収束判定条件を満たしたことを条件に、その理論式に含まれる他方の未知数を修正して前記フィッティングを繰り返すことを特徴とする請求項６に記載の未臨界度判定装置。
9. 前記パラメータ推定手段は、分散対平均比の理論式として、実効増倍率ｋ、中性子検出効率ε及び即発中性子寿命ｌを未知数とする理論式を用い、
   ステップＢでは、折点周波数法で求めた即発中性子減衰定数αと、この即発中性子減衰定数αに対応する実効増倍率ｋの状態で中性子増倍体系から得られる中性子逆計数率（１／Ｃ）との対応を外挿し、中性子逆計数率（１／Ｃ）がゼロ（実効増倍率ｋが１）となるときの即発中性子減衰定数α_０を推定して、推定した即発中性子減衰定数α_０、即発中性子減衰定数α_０に対応する実効増倍率ｋ、及びステップＢで算出された即発中性子寿命ｌを「α＝（１−（１−β）ｋ／ｌ」の関係式に代入することにより全遅発中性子割合βを推定し、この全遅発中性子割合βを用い、各分散対平均比の１からの偏差の推定誤差の和が収束判定条件を満たすまで、その理論式に含まれる中性子検出効率εまたは即発中性子寿命ｌの何れか一方の未知数を修正して前記フィッティングを繰り返し、収束判定条件を満たしたことを条件に、その理論式に含まれる他方の未知数を修正して前記フィッティングを繰り返し、収束判定条件を満たしたときの実効増倍率ｋ、中性子検出効率ε、及び即発中性子寿命ｌを導出し、
   前記ステップＡで推定された実効増倍率ｋが収束判定条件を満たすまで、ステップＡ、ステップＢ及びステップＣを繰り返すことを特徴とする請求項６に記載の未臨界度判定装置。
10. 前記中性子雑音データとして、レートメータを用いて得られる単位時間当たりの中性子計数率を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項９の何れか１項に記載の未臨界度判定装置。
11. 前記中性子雑音データとして、マルチチャンネルスケーラを用いて得られる測定時間幅の中性子計数値を示すものを用いることを特徴とする請求項１ないし請求項９の何れか１項に記載の未臨界度判定装置。
12. 前記中性子雑音データとして、マルチチャンネルスケーラを用いて得られる複数の測定時刻および測定時間幅の中性子計数値を用い、
    前記統計解析手段は、複数の測定時刻および測定時間幅の中性子計数値を対象として分散対平均比の偏差を生成することを特徴とする請求項７ないし請求項９の何れか１項に記載の未臨界度判定装置。
13. 中性子増倍体系の未臨界度に応じて固有の傾向を示す発生中性子数の時間的な揺らぎを中性子雑音データとして取得し、この中性子雑音データを解析して中性子増倍体系の未臨界度を判定する処理をコンピュータと協働して実行する未臨界度判定プログラムにおいて、
    異なる未臨界度の中性子増倍体系から取得された複数の中性子雑音データを対象に共通の統計解析を行い、各未臨界度ごとに中性子雑音データの統計解析結果を生成する処理Ａと、
    前記各未臨界度の統計解析結果とこの統計解析結果を実効増倍率ｋを用いて表現する理論式とのフィッティングを行い、各未臨界度ごとに規格化パワースペクトル密度の推定誤差を算出し、この推定誤差の和が最小となるときの実効増倍率ｋを用いて各未臨界度を算出する処理Ｂと、
    をコンピュータと協働して実行することを特徴とする未臨界度判定プログラム。

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