JP2011237330A

JP2011237330A - 原子炉出力監視装置

Info

Publication number: JP2011237330A
Application number: JP2010110239A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kumagai; 剛熊谷; Hideyuki Kitazono; 秀亨北薗
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-11-24

Abstract

【課題】放射線検出器の感度が劣化した場合でも、高分解能で原子炉出力の監視をおこなうことができる高信頼性の原子炉出力監視装置を提供する。
【解決手段】原子炉内の中性子束を測定する複数の放射線検出器と、各放射線検出器からの電流信号を複数の抵抗器２−１〜２−ｎを介して電圧信号に変換する増幅器１と、前記各抵抗器に設けられゲイン演算部８により制御されるスイッチ３−１〜３−ｎと、アナログ／ディジタル変換器１０と、ゲイン／校正電流変換部１４と、原子炉の局所出力又は平均出力を演算する演算部１１とを有する原子炉出力監視装置であって、前記ゲイン演算部８は、前記ゲイン／校正電流変換部１４で演算されたゲイン値６に基づいて前記複数の抵抗器２−１〜２−ｎから使用する抵抗器を選択し各スイッチ３−１〜３−ｎにオンオフ信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉の出力を監視するための原子炉出力監視装置に関する。

従来の原子炉出力監視装置を図４により説明する。原子炉内には原子炉の出力を監視するために複数の局所出力領域モニタからなる放射線検出器（ＬＰＲＭ; Local Power Range Monitor）が設置されている。この原子炉出力監視装置は、原子炉内の中性子束を測定する各ＬＰＲＭからの電流信号を、抵抗器２−１〜２−３を介して電圧信号に変換する増幅器１、入出力回路を電気的に絶縁する絶縁アンプ４、ＬＰＲＭに高圧電圧を供給するための高圧電源５、電流−電圧に変換された各チャンネルの信号を選択するための入力切替部９、選択された信号をアナログ／ディジタル変換するアナログ／ディジタル変換器１０、ディジタル値にＬＰＲＭのゲイン値６を乗算して校正する演算部１１、ゲイン値６が入力される信号入力部１２、絶縁部７、ゲイン切替部１６、等で構成されている。

このように構成された原子炉出力監視装置では、原子炉内の中性子照射による集積線量によって時間の経過とともにＬＰＲＭの感度が劣化するため、定期的に個々の検出器の感度調整をおこなっている。その際、例えば１００％の原子炉出力時の個々のＬＰＲＭの電流出力値に基づいて抵抗器を切替え、ゲイン値６で校正された信号を基に、局所出力を演算し、各局所出力から平均出力を演算したり、トリップ信号を出力している（特許文献１）。

特開平３−２６９２８７号公報

上述した従来の原子炉出力監視装置では、ＬＰＲＭ信号の大きさにより増幅率の異なるレンジを設け、アナログ／ディジタル変換後にゲイン値を乗算するため、各レンジのフルスケールのところでは分解能を同じに精度よくできるが、各レンジ内ではゲイン値が大きくなるにつれてＬＰＲＭ出力の分解能が悪くなってしまう。

例えば、図４において、抵抗器２−１〜２−３をそれぞれ３．３ｋΩ、１２．５ｋΩ、５０ｋΩとした場合、原子炉出力１２５％時に検出器電流が８０１μＡ〜３０００μＡであれば３．３ｋΩが選択され、原子炉出力１２５％時に検出器電流が２０１μＡ〜８００μＡであれば１２．５ｋΩが選択され、原子炉出力１２５％時に検出器電流が７５μＡ〜２００μＡであれば５０ｋΩが選択される。

例えば、検出器電流が原子炉出力１２５％時３０００μＡであれば、電流―電圧変換により０〜３０００μＡが０〜９．９Ｖに変換され、例えば０−１０Ｖ／１２ビットのアナログ／ディジタル変換器により０〜４０５４ビットに変換され、演算部で０〜４０５４ビットから原子炉出力０〜１２５％の変換をおこなう。

同様に、原子炉出力１２５％時８００μＡであれば、電流―電圧変換により０〜８００μＡが０〜１０Ｖに変換され、０−１０Ｖ／１２ビットのアナログ／ディジタル変換器により０〜４０９５ビットに変換され、演算部で０〜４０９５ビットから原子炉出力０〜１２５％の変換をおこなう。

また、原子炉出力１２５％時２００μＡであれば、電流―電圧変換により０〜２００μＡが０〜１０Ｖに変換され、０−１０Ｖ／１２ビットのアナログ／ディジタル変換器により０〜４０９５ビットに変換され、演算部で０〜４０９５ビットから原子炉出力０〜１２５％の変換を行う。

しかしながら、原子炉出力１２５％時７５μＡの場合は、電流―電圧変換により０〜７５μＡが０〜３．７５Ｖに変換され、０−１０Ｖ／１２ビットのアナログ／ディジタル変換器により０〜１５３６ビットに変換され、演算部でゲイン値２．６７で乗算され、０〜４０９５ビットからなる原子炉出力０〜１２５％に変換される。

したがって、原子炉出力１２５％時２００μＡに比べ、原子炉出力１２５％時７５μＡのときは分解能が２．６７倍になってしまう。すなわち、各レンジの最大値と最小値の比だけ分解能が悪くなってしまう。
また、アナログ／ディジタル変換後にゲイン値を乗算するため、原子炉出力の値から、その時点での検出器電流値を想定することが困難となっている。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、放射線検出器の感度が劣化した場合でも、高分解能で原子炉出力の監視をおこなうことができるとともに、原子炉％出力の値から検出器電流値を容易に想定することができる高信頼性の原子炉出力監視装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の原子炉出力監視装置は、原子炉内の中性子束を測定する複数の放射線検出器と、各放射線検出器からの電流信号を複数の抵抗器を介して電圧信号に変換する増幅器と、前記各抵抗器に設けられゲイン演算部により制御されるスイッチと、前記増幅器からの信号が入力切替部を介して入力されるアナログ／ディジタル変換器と、前記放射線検出器の校正時の校正電流値に基づいてゲイン値を演算するゲイン／校正電流変換部と、前記アナログ／ディジタル変換器からの出力とゲイン／校正電流変換部で演算されたゲイン値により原子炉の局所出力又は平均出力を演算する演算部と、を有する原子炉出力監視装置であって、前記ゲイン演算部は、前記ゲイン／校正電流変換部で演算されたゲイン値に基づいて前記複数の抵抗器から使用する抵抗器を選択し各スイッチにオンオフ信号を出力することを特徴とする。

本発明によれば、放射線検出器の感度が劣化した場合でも、高分解能で原子炉出力の監視をおこなうことができる高信頼性の原子炉出力監視装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る原子炉出力監視装置の全体構成図。本発明の第２の実施形態に係る原子炉出力監視装置の全体構成図。本発明の第３の実施形態に係る原子炉出力監視装置の全体構成図。従来の原子炉出力監視装置の全体構成図。

以下、本発明の原子炉出力監視装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を、図１を用いて説明する。

第１の実施形態の原子炉出力監視装置は、中性子を測定する複数チャンネルの局所出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）と、各ＬＰＲＭからの電流信号を抵抗器２−１〜２−ｎを介して電圧信号に変換する増幅器１と、入出力を電気的に絶縁する絶縁アンプ４と、ＬＰＲＭに高圧電圧を供給するための高圧電源５と、電気的に絶縁され電圧信号に変換された各チャンネルの信号を選択するための入力切替部９と、選択された信号をディジタル値に変換するアナログ／ディジタル変換器１０と、各ＬＰＲＭのゲイン値６が入力される信号入力部１２と、ディジタル変換された検出器電流値とゲイン値６から局所出力等を演算する演算部１１と、校正電流値（Ｉcal）１５からゲイン値６を演算するゲイン／校正電流変換部１４と、ゲイン値から求められた増幅率に基づいて複数の抵抗器から使用する抵抗器を選択するとともに各抵抗器２に設けられたスイッチ３−１〜３−ｎにオンオフ信号を出力するゲイン演算部８と、ゲイン演算部８と演算部１１との間を電気的に絶縁する絶縁部７と、から構成される。

このように構成された原子炉出力監視装置において、例えば、抵抗器２−１〜２−ｎをそれぞれ９６ｋΩ、４８ｋΩ、２４ｋΩ、１２ｋΩ、６ｋΩ、３ｋΩ、１．５ｋΩ、７５０Ω、３７５Ωの９基の抵抗器から構成した場合、検出器電流０〜３０００μＡで原子炉出力０〜１２５％ならば、校正電流値（Ｉcal）２４００μＡ(原子炉出力が１００％)であり、ゲイン値は１で３ｋΩに並列のスイッチのみＯＦＦで、他の抵抗に並列のスイッチはＯＮになるようにゲイン演算部８から信号を出力する。そして、電流―電圧変換により０〜３ｍＡが０〜９Ｖに変換され、０−１０Ｖ／１２ビットのアナログ／ディジタル変換器１０ならば０〜３６８５ビットに変換され、演算部１１で０〜３６８５ビットから原子炉出力０〜１２５％の変換を行う。

次に、ＬＰＲＭの出力範囲が使用当初０〜３０００μＡで、校正電流値（Ｉcal）２４００μＡ(原子炉出力が１００％)あったものが、原子炉内の中性子照射による集積線量によって時間の経過とともに検出器感度が劣化して、原子炉出力１００％における校正電流値（Ｉcal）１５が１２００μＡになったとすると、ゲイン／校正電流変換部１４は２４００μＡを１２００μＡで除する演算をおこない、ゲイン値を２に設定し、放射線検出器の測定範囲は０〜１５００μＡになる。

ゲイン値が２に設定されると、ゲイン演算部８は当該ゲイン値により定められた増幅率に基づいて使用する抵抗器２を選択する。本例では、ゲイン演算部は６ｋΩの抵抗器２を選択し、当該抵抗器２に並列に設けられたスイッチ３のみＯＦＦ信号を出力し、他の全スイッチ３にはＯＮ信号を出力する。そして、増幅器１における電流―電圧変換により０〜１５００μＡが０〜９Ｖに変換され、アナログ／ディジタル変換器１０が０−１０Ｖ／１２ビットであれば０〜３６８５ビットに変換され、演算部１１で０〜３６８５ビットから原子炉出力０〜１２５％の変換を行う。

同様に、ＬＰＲＭの寿命後期において、校正電流値（Ｉcal）１５が６０μＡで検出器電流の出力範囲が０〜７５μＡになったとすると、ゲイン／校正電流変換部１４は当初の電流校正値である２４００μＡを６０μＡで除する演算をおこない、ゲイン値を４０に設定する。ゲインが４０に設定されると、ゲイン演算部８は９６ｋΩの抵抗器２−１と２４ｋΩの抵抗器２−３を選択し、当該抵抗器２−１，２−３のスイッチ３−１，３−３をＯＦＦに他のスイッチ３−２，３−４・・・３−ｎをＯＮになるように信号を出力する。そして、電流―電圧変換により０〜７５μＡが０〜９Ｖに変換され、アナログ／ディジタル変換器１０が０−１０Ｖ／１２ビットであれば０〜３６８５ビットに変換され、演算部１１で０〜３６８５ビットから原子炉出力０〜１２５％の変換を行う。

表１にゲインに対するスイッチの設定例を示す。

表１は、抵抗器として９６ＫΩ〜３７５Ωの９基の抵抗器を用いた例において、種々のゲイン値に対応して選択された抵抗器の一覧表であり、スイッチ３−１・・・３−９が「ＯＦＦ」の抵抗器がゲイン調整に用いられていることを示している。

このように、局所出力演算部１１は、ＬＰＲＭの使用当初の校正電流値（Ｉcal）と所定期間経過後の校正時に求めた各ＬＰＲＭの校正電流値（Ｉcal）の比を求めて、その値をゲイン値とし、ゲイン演算部８は当該ゲイン値が得られるように複数の抵抗器から所定の抵抗値が得られるように１つ又は複数の抵抗器を演算により選択する。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＬＰＲＭの感度が劣化した場合でも、高分解能で原子炉出力の監視をおこなうことができる高信頼性の原子炉出力監視装置を提供することができる。また、原子炉％出力の値からＬＰＲＭの電流値を容易に想定することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を、図２を用いて説明する。なお第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本第２の実施形態は、入力したディジタル値によりゲインが設定できるプログラマブル・ゲイン・アンプ１３と、絶縁されたゲインデータから増幅率を決定して、複数の抵抗器２−１〜２−ｎからどの抵抗器２を使用／使用しないを選択するスイッチ３−１〜３−ｎ及びプログラマブル・ゲイン・アンプ１３に信号を出力するゲイン演算部８から構成されている。

例えば、抵抗器２−１，２−２，２−３，２−４をそれぞれ３ｋΩ、１．５ｋΩ、７５０Ω、３７５Ωの４基の抵抗器から構成し、プログラマブル・ゲイン・アンプ１３のゲイン（利得）を１倍、２倍、４倍、８倍、１６倍、３２倍に設定可能とした場合、検出器電流０〜３０００μＡで原子炉出力０〜１２５％ならば、ゲイン値は１であり、ゲイン演算部８は、３ｋΩに並列のスイッチ３−１のみＯＦＦで、他の抵抗に並列のスイッチはＯＮになるようにオンオフ信号を出力し、かつ、プログラマブル・ゲイン・アンプ１３のゲインは１倍となるように信号を出力する。そして、電流―電圧変換により０〜３ｍＡが０〜９Ｖに変換され、０−１０Ｖ／１２ビットのアナログ／ディジタル変換器１０ならば０〜３６８５ビットに変換され、演算部１１で０〜３６８５ビットから原子炉出力０〜１２５％の変換を行う。

このように構成された本実施形態において、ＬＰＲＭの出力範囲が使用当初０〜３０００μＡであったものが、原子炉内の中性子照射による集積線量によって時間の経過とともに検出器感度が劣化して、校正電流（Ｉcal）が１２００μＡになったとすると、ゲイン値を２に設定し、ＬＰＲＭの測定範囲が０〜１５００μＡになる。ゲインが２に設定されると、ゲイン演算部８は、３ｋΩの抵抗器に並列のスイッチのみＯＦＦで他のスイッチはＯＮになるようにオンオフ信号を出力し、かつ、プログラマブル・ゲイン・アンプ１３のゲインは２倍となるように信号を出力する。そして、電流―電圧変換により０〜１５００μＡが０〜９Ｖに変換され、０−１０Ｖ／１２ビットのアナログ／ディジタル変換器１０ならば０〜３６８５ビットに変換され、演算部１１で０〜３６８５ビットから原子炉出力０〜１２５％の変換を行う。

同様に、ＬＰＲＭの寿命後期において、校正電流が６０μＡで、検出器電流の出力範囲が０〜７５μＡになったとすると、ゲイン値を４０に設定する。ゲインが４０に設定されると、ゲイン演算部８は、３ｋΩの抵抗器２−１と７５０Ωの抵抗器２−３に並列のスイッチ３−１，３−３がＯＦＦで他のスイッチ３−２，３−４はＯＮになるようにオンオフ信号を出力し、かつ、プログラマブル・ゲイン・アンプ１３のゲインは３２倍となるように信号を出力する。そして、電流―電圧変換により０〜７５μＡが０〜９Ｖに変換され、０−１０Ｖ／１２ビットのアナログ／ディジタル変換器１０ならば０〜３６８５ビットに変換され、演算部１１で０〜３６８５ビットから原子炉出力０〜１２５％の変換を行う。

表２にゲインに対するスイッチの設定例を示す。

本第２の実施形態によれば、プログラマブル・ゲイン・アンプを用いたことにより、抵抗器の基数を減らすことができるため、装置の簡素化、部品点数の削減を図ることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を、図３を用いて説明する。なお上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本第３の実施形態は、上記第２の実施形態において、抵抗器２−１〜２−ｎとスイッチ３−１〜３−ｎをそれぞれ直列に接続したことを特徴とする。

例えば、抵抗器２−１〜２−ｎをそれぞれ３ｋΩ、３．７５ｋΩ、４．５ｋΩ、５．２５ｋΩの４基の抵抗器から構成し、プログラマブル・ゲイン・アンプ１３のゲイン（利得）を１倍、２倍、４倍、８倍、１６倍、３２倍に設定可能とした場合、検出器電流０〜３０００μＡで原子炉出力０〜１２５％ならば、ゲイン値は１で、ゲイン演算部８は３ｋΩに直列のスイッチ３−１のみＯＮで、他の抵抗３−２，３−３，３−４に直列のスイッチはＯＦＦになるようにオンオフ信号を出力し、かつ、プログラマブル・ゲイン・アンプ１３のゲインは１倍となるように信号を出力する。そして、電流―電圧変換により０〜３ｍＡが０〜９Ｖに変換され、０−１０Ｖ／１２ビットのアナログ／ディジタル変換器１０ならば０〜３６８５ビットに変換され、演算部１１で０〜３６８５ビットから原子炉出力０〜１２５％の変換を行う。

このように構成された本実施形態において、ＬＰＲＭの出力範囲が使用当初０〜３０００μＡであったものが、原子炉内の中性子照射による集積線量によって時間の経過とともに検出器感度が劣化して、校正電流値（Ｉcal）が１２００μＡになったとすると、ゲイン値を２に設定し、ＬＰＲＭの測定範囲が０〜１５００μＡになる。

ゲインが２に設定されると、ゲイン演算部８は、３ｋΩの抵抗器２−１に直列のスイッチ３−１のみＯＮで他のスイッチ３−２〜３−４はＯＦＦになるようにオンオフ信号を出力し、かつ、プログラマブル・ゲイン・アンプ１３のゲインは２倍となるように信号を出力する。そして、電流―電圧変換により０〜１５００μＡが０〜９Ｖに変換され、０−１０Ｖ／１２ビットのアナログ／ディジタル変換器１０ならば０〜３６８５ビットに変換され、演算部１１で０〜３６８５ビットから原子炉出力０〜１２５％の変換を行う。

同様に、ＬＰＲＭの寿命後期において、校正電流値（Ｉcal）が６０μＡで、検出器電流の出力範囲が０〜７５μＡになったとすると、ゲイン値を４０に設定する。ゲインが４０に設定されると、ゲイン演算部８は３．７５ｋΩの抵抗器に直列のスイッチがＯＮで他のスイッチはＯＦＦになるようにオンオフ信号を出力し、かつ、プログラマブル・ゲイン・アンプ１３のゲインは３２倍となるようにから信号を出力する。そして、電流―電圧変換により０〜７５μＡが０〜９Ｖに変換され、０−１０Ｖ／１２ビットのアナログ／ディジタル変換器１０ならば０〜３６８５ビットに変換され、演算部１１で０〜３６８５ビットから原子炉出力０〜１２５％の変換を行う。

表３にゲインに対するスイッチの設定例を示す。

本第３の実施形態によれば、抵抗器とスイッチを直列に接続可能とすることにより、原子炉出力監視装置の設計自由度を高めることができる。

なお、上記実施形態では抵抗器として４基又は９基の抵抗器を用いた例を説明したが、これに限定されず、抵抗値の異なる抵抗器を適宜増減してもよい。また、プログラマブル・ゲイン・アンプのゲインも適宜変更可能である。

１…増幅器、２−１〜２−ｎ…抵抗器、３−１〜３−ｎ…スイッチ、４…絶縁アンプ、５…高圧電源、６…ゲイン値、７…絶縁部、８…ゲイン演算部、９…入力切替部、１０…アナログ／ディジタル変換器、１１…演算部、１２…信号入力部、１３…プログラマブル・ゲイン・アンプ、１４…ゲイン／校正電流変換部、１５…校正電流値。

Claims

原子炉内の中性子束を測定する複数の放射線検出器と、各放射線検出器からの電流信号を複数の抵抗器を介して電圧信号に変換する増幅器と、前記各抵抗器に設けられゲイン演算部により制御されるスイッチと、前記増幅器からの信号が入力切替部を介して入力されるアナログ／ディジタル変換器と、前記放射線検出器の校正時の校正電流値に基づいてゲイン値を演算するゲイン／校正電流変換部と、前記アナログ／ディジタル変換器からの出力とゲイン／校正電流変換部で演算されたゲイン値により原子炉の局所出力又は平均出力を演算する演算部と、を有する原子炉出力監視装置であって、
前記ゲイン演算部は、前記ゲイン／校正電流変換部で演算されたゲイン値に基づいて前記複数の抵抗器から使用する抵抗器を選択し各スイッチにオンオフ信号を出力することを特徴とする原子炉出力監視装置。
前記増幅器と前記アナログ／ディジタル変換器との間に絶縁アンプを配置するとともに、前記ゲイン演算部と前記演算部との間に絶縁部を配置したことを特徴とする請求項１記載の原子炉出力監視装置。
前記ゲイン／校正電流変換部は、放射線検出器の使用開始時の校正電流値と校正時の校正電流値との比に基づいてゲイン値を演算することを特徴とする請求項１又は２記載の原子炉出力監視装置。
前記増幅器の後段に複数のゲインが設定されたプログラマブル・ゲイン・アンプを設置し、前記ゲイン演算部は前記ゲイン値に基づき複数のゲインから一つのゲインを選択することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の原子炉出力監視装置。
前記抵抗器に前記スイッチを直列又は並列に接続したことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の原子炉出力監視装置。