JP2013003104A - 未臨界度測定装置および未臨界度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二つの測定区間に含まれるフィッサイル量が大きく異なる場合であっても、測定体系全体の未臨界度の誤判定を起こす可能性をより低減可能な測定装置および測定方法を提供する。
【解決手段】未臨界度測定装置１０Ａは、燃料集合体１の一側に配置される外部中性子源２と燃料集合体を挟んで正対する側に配置され、燃料集合体の中性子計数率を得る中性子束測定部１１と、中性子束測定部が異なる二点で測定した中性子計数率から所定演算をした結果と、複数の異なる既知の未臨界度毎に、測定位置と、当該測定位置における中性子計数率から前記所定演算した結果との対応関係を示す情報をもつデータベース２６を参照して得られた前記二点と対応する中性子計数率から前記所定演算した結果とを比較し、一致した中性子計数率に対応する未臨界度を燃料集合体の未臨界度として判定する未臨界度判定部２５とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、中性子増倍体系の未臨界度を測定する未臨界度測定装置および未臨界度測定方法に関する。

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に有益な情報を有している。中性子増倍体系のうち、原子炉における未臨界度は、炉停止余裕の確認、燃料交換時の安全解析・炉物理解析など多くに用いられる。また、予め未臨界度が既知の中性子増倍体系に制御棒などの大きな反応度を持つ装荷物を持ち込んで未臨界度を測定することで、大きな反応度の測定を行うことも可能である。

これまでに未臨界度測定方法として、指数実験法、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炉雑音解析法などの測定方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、その適用にあたって体系を一度臨界にする必要があり、適用は原子炉における未臨界度測定に限られ、体系を臨界にすることができない核燃料輸送容器や貯蔵施設などでの測定には適用できない。逆動特性法や補償法は測定中に未臨界度の変更操作が必要であり、パルス中性子源法は中性子発生装置を用いて外部中性子を測定体系に撃ち込む必要があり、設備の複雑化やコスト増の問題がある。炉雑音測定法は、複雑な測定設備などは要らないが、高精度の測定結果を得るためには長時間の測定が必要である。

これに対し、測定体系に中性子源を持ち込んで中性子計数率の変化から未臨界度を判定する指数実験法は、その簡便さから従来から広く行われている方法である（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。一般に、中性子束φと中性子源強度Ｓ、実効増倍率ｋ（ｋ_ｅｆｆ）の関係は実効遅発中性子割合βを定数として次式で表される。

一方、指数実験法においては、中性子源と検出器間距離を変えた複数の測定点における検出器計数率Ｃの比が直線関係にあり、その傾きが実効増倍率ｋによって異なることが知られている。検出器計数率Ｃは測定点における中性子束φの大きさに対してある反応率Ｒを与えてＣ＝Ｒφと表現できる。この反応率Ｒは未臨界度の測定条件においては大きく変わらないことを考慮した上で上述した直線関係を式（１）で表そうとすると、計数率の比が実効増倍率ｋとは無関係に一定となってしまい矛盾が生じる。そこで、特許文献１では、式（１）の理論式に実体系測定に対する補正因子を追加し、

とすべきであるとしている。
この式（２）は、

と変形することができ、変形後の式（２ａ）を用いて二つの測定点１，２における中性子束φ_１、φ_２の比を取ると、

とできる。

ここで、通常は上式（３）におけるα（１−ｋ）／βの項は１に比べて十分に小さいので、

と近似することができる。

さらに、上式（４）の右辺｛ ｝内の（１−ｋ）（α_１／β_１−α_２／β_２）の項についても、１より十分に小さいことが明白であることから、式（４）の対数をとって展開すると、

となる。この式（５）は、実効増倍率ｋ、すなわち、未臨界度に対して、中性子束φの比、すなわち、検出器計数率Ｃの比が直線関係にあることを示すものである。

特許文献１に記載される技術では、この検出器計数率Ｃの比を効果的に得るために、中性子源と中性子検出器間の測定距離が異なる２点を選び、その測定区間内に配置される核燃料物質の核分裂物質（フィッサイル）量の差異から検出器計数率Ｃの異なる測定を実施することを特徴としている。また、特許文献２および特許文献３に記載される技術おいても、一つもしくは二つの中性子源と中性子検出器間の距離を変えることにより、測定区間内に配置される核燃料物質のフィッサイル量の差異を設定し測定することを特徴としている。

特公平３−１７１１５号公報 特公平２−５１１５８号公報 特公平４−５８９１５号公報

上述した特許文献１〜３に記載される技術においては、いずれもフィッサイル量の変化を大きくとることが必要である。しかしながら、対数計数率比を求めるための二つの測定区間に含まれるフィッサイル量が大きく異なる場合には対数計数率比と未臨界度が直線関係にならず、未臨界度が判定できない場合があった。そのため、未臨界度を過大評価してしまう可能性も否定できず、臨界安全性の見地から安全裕度を大きく取る必要があった。

また、減衰曲線を求める従来の指数実験法では、被測定中性子増倍体系の長手方向（軸方向）に少なくとも三点の測定点を設ける必要がある。従って、少なくとも三点の間で中性子源または中性子検出器を上下に移動させる必要があり、移動のための機器（駆動機構）が大きくなる制約があった。

本発明は上記事象に鑑みてなされたもので、原子炉や燃料集合体等に対する未臨界度測定において、二つの測定区間に含まれるフィッサイル量が大きく異なる場合であっても、測定体系全体の未臨界度の誤判定を起こす可能性をより低減可能な未臨界度測定装置および未臨界度測定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る未臨界度測定装置は、上述した課題を解決するため、長手方向を上下方向として配置した被測定中性子増倍体系の一側に配置される中性子源と前記被測定中性子増倍体系を挟んで正対する側に配置され、前記被測定中性子増倍体系の中性子計数率を得る中性子束測定部と、前記中性子束測定部が前記被測定中性子増倍体系からの位置がそれぞれ異なる少なくとも二点以上で測定した測定点から選択される二つの測定点で測定した中性子計数率から所定の演算を行って得られる演算結果と、複数の異なる既知の未臨界度毎に、前記被測定中性子増倍体系からの位置と、前記被測定中性子増倍体系からの位置における中性子計数率から前記所定の演算を行って得られる演算結果との対応関係を示す情報とを有するデータベースを参照して得られる前記二つの測定点と対応する中性子計数率から前記所定の演算を行って得られる演算結果とを比較し、一致した中性子計数率に対応する未臨界度を、前記被測定中性子増倍体系の未臨界度として判定する未臨界度判定部と、を具備することを特徴とする。

本発明に係る未臨界度測定方法は、上述した課題を解決するため、コンピュータに予め読み出し可能に格納しておいた情報と得られた情報とを比較することによって、被測定中性子増倍体系の未臨界度を求める測定方法であって、中性子束測定部が、長手方向を上下方向として配置した被測定中性子増倍体系の一側に配置される中性子源と前記被測定中性子増倍体系を挟んで正対する側に配置され、前記被測定中性子増倍体系の中性子計数率を得る中性子計数率取得ステップと、未臨界度判定部が、前記被測定中性子増倍体系からの位置がそれぞれ異なる少なくとも二点以上で測定した測定点から選択される二つの測定点で測定した中性子計数率から所定の演算を行って得られる演算結果と、複数の異なる既知の未臨界度毎に、前記被測定中性子増倍体系からの位置と、前記被測定中性子増倍体系からの位置における中性子計数率から前記所定の演算を行って得られる演算結果との対応関係を示す情報とを有するデータベースを参照して得られる前記二つの測定点と対応する中性子計数率から前記所定の演算を行って得られる演算結果とを比較し、一致した中性子計数率に対応する未臨界度を、前記被測定中性子増倍体系の未臨界度として判定する未臨界度判定ステップと、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、測定区間に含まれるフィッサイル量が大きく異なる場合であっても、原子炉や燃料集合体等に対する未臨界度測定において、測定体系全体の未臨界度の誤判定を起こす可能性をより低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る未臨界度測定装置の構成を示した概略図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図。 本発明の第１の実施形態に係る未臨界度測定装置の機能的な構成を示す機能ブロック図。 測定位置を変更して中性子束密度を測定した際に得られる中性子束密度と測定位置との関係を示すグラフ。 中性子束ピークからの距離と中性子計数率を中性子束ピークにおける中性子計数率で規格化した規格化計数率との関係を示すグラフ（校正曲線）。 本発明の第１の実施形態に係る未臨界度測定方法の処理ステップを示す処理フロー図。 本発明の第１の実施形態に係る未臨界度測定装置の変形例の構成を示した概略図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図。 本発明の第２の実施形態に係る未臨界度測定装置の構成を示した概略図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図。 本発明の第３の実施形態に係る未臨界度測定装置の構成を示した概略図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図。 被測定中性子増倍体系表面からの距離と中性子計数率を中性子束ピークにおける中性子計数率で規格化した規格化計数率との関係を示すグラフ（校正曲線）。

以下、本発明の実施形態に係る未臨界度測定装置および未臨界度測定方法について添付の図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る未臨界度測定装置の一例である第１の未臨界度測定装置１０Ａの構成を示した概略図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。

ここで、符号１は、例えば、燃料集合体等の被測定中性子増倍体系である。符号２は、被測定中性子増倍体系の一例である燃料集合体１とは別に用意された、例えば、Ｒａ−２２６／Ｂｅ、Ａｍ−２４１／ＢｅやＣｆ−２５２等の外部中性子源である。

第１の未臨界度測定装置１０Ａでは、図１に示されるように、被測定中性子増倍体系である燃料集合体１が気中または水中に配置されており、この燃料集合体１の長手方向（図１に示される上下方向）と平行な面（側面）から所望の距離を隔てた位置に外部中性子源２を配置する。なお、燃料集合体１を配置する環境（未臨界度の測定体系）は、気中よりも水中の方が好ましい。なぜならば、気中よりも水中の方が中性子検出器で検出されるノイズ成分が少なくなる点や空気よりも中性子の減速効果が大きい水の中で測定した方が、中性子増倍効果が強調される等の利点を得られるからである。

第１の未臨界度測定装置１０Ａは、外部中性子源２を配置した側の燃料集合体１の面と対向する面の側に、中性子計数率と比例する中性子束密度を測定する中性子束測定部１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）を配置する。中性子束測定部１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、それぞれ、測定点Ｐo，Ｐ_＋，Ｐ₋における中性子計数率を計測する中性子検出器を備え、中性子計数率と比例する中性子束密度を測定する。中性子束測定部１１が備える中性子検出器の例としては、例えば、ボロン１０（１０Ｂ）計数管、ヘリウム３（３Ｈｅ）計数管などがある。

ここで、測定点Ｐoは、中性子束測定部１１ｂが備える中性子検出器と外部中性子源２とを結ぶ直線と、燃料集合体１の長手方向に延びる燃料集合体１の軸とが直交する位置にある測定点である。また、測定点Ｐoを通る燃料集合体１の軸と平行な直線上に位置する測定点Ｐ_＋およびＰ₋は、それぞれ、測定点Ｐo（ｗ＝０）から距離ｗ上方（正方向）および下方（負方向）に位置する測定点である。

なお、測定点Ｐo，Ｐ_＋，Ｐ₋は、燃料集合体１（被測定中性子増倍体系）の表面にあまりに近いと、中性子検出器の計測誤差が大きくなり、未臨界度測定の誤差も大きくなる。そこで、測定誤差を抑えるため、測定点Ｐo，Ｐ_＋，Ｐ₋は、燃料集合体１（被測定中性子増倍体系）の表面から所定距離（目安としては３〜５ｃｍ程度）以上離した位置に設定される。

第１の未臨界度測定装置１０Ａでは、測定点Ｐoと、例えば測定点Ｐ_＋等の少なくとも測定点Ｐo以外の他の測定点を一点含む少なくとも二つの測定点（測定点Ｐo，Ｐ_＋）で中性子束測定部１１が中性子束密度を測定し、演算装置（コンピュータ）１２がケーブル１３等の接続手段を介して接続される中性子束測定部１１から測定結果を受け取り、規格化処理および比較処理を行い、未臨界度を判定し、判定結果を表示する。なお、図１に示される第１の未臨界度測定装置１０Ａでは、中性子束測定部１１ｃを任意の構成要素としているが、測定精度向上等の観点から備えていても良い。

第１の未臨界度測定装置１０Ａは、例えば、ハードウェア資源である演算装置（コンピュータ）１２と、ソフトウェア資源である未臨界度測定プログラム（以下、プログラムを「ＰＧ」と省略する。）１４とが協働することによって実現される。未臨界度測定ＰＧ１４は、コンピュータを第１の未臨界度測定装置１０Ａ等の未臨界度測定手段として機能させるプログラム、または、後述する未臨界度測定手順をコンピュータに実行させるプログラムである。

図２は、第１の未臨界度測定装置１０Ａの機能的な構成を示す機能ブロック図である。

第１の未臨界度測定装置１０Ａは、被測定中性子増倍体系の中性子束密度を測定する少なくとも二以上の中性子束測定部１１（１１ａ，１１ｂ）と、中性子束測定部１１が得た測定結果から把握される被測定中性子増倍体系の中性子計数率の変化率に基づいて未臨界度を判定する未臨界度判定部２５とを具備し、未臨界度判定部２５の判定結果を、表示部２８に表示可能に構成される。

第１の未臨界度測定装置１０Ａの中性子束測定部１１ａ，１１ｂは、それぞれ、中性子を検出する中性子検出器２１と、信号を増幅するアンプ２２と、所定時間で検出した中性子数をカウントするカウンタ２３とを備える。カウンタ２３がカウントした結果は、中性子束測定部１１ａ，１１ｂの出力として未臨界度判定部２５（規格化回路３１）へ与えられる。

未臨界度判定部２５は、中性子束測定部１１（１１ａ，１１ｂ）の測定結果を、測定点Ｐoで測定した測定結果で規格化する規格化回路３１と、規格化回路３１によって得られた規格化計数率の変化率と、中性子計数率の変化率と未臨界度の関係とを規定した変化率−未臨界度データベース（以下、データベースを「ＤＢ」と省略する。）２６に格納される変化率とを比較し、当該変化率が一致する未臨界度を特定する比較回路３２と、を備える。

変化率−未臨界度ＤＢ２６は、例えば、演算装置１２が備えるデータ保持部２７等の未臨界度判定部２５が読み出し可能な所定領域に予め格納される。変化率−未臨界度ＤＢ２６が有する中性子計数率の変化率と未臨界度との関係は、事前に校正済みの中性子束測定部１１を用いて、未臨界度が既知の被測定中性子増倍体系に対して実測または計算することによって求めた中性子計数率を用いて決定される。

表示部２８は、例えば、演算装置１２が具備するディスプレイ等で構成され、未臨界度判定部２５が演算した未臨界度を表示する。また、表示部２８は、被測定中性子増倍体系の未臨界度以外にも、演算装置１２の演算処理結果を表示することができる。

図３は測定位置（中性子束密度がピークとなる測定点Ｐoからの距離ｗ）を（図１における上下方向に）変更して中性子束密度を測定した際に得られる中性子束密度と測定位置ｗとの関係を示すグラフである。

図３に示されるように、中性子計数率と比例関係にある中性子束密度は、測定点Ｐoを通る燃料集合体１の軸と平行な直線上に位置する測定点のうち、外部中性子源２からの距離が最短となる測定点Ｐoで最大値（ピーク値）を示し、測定点Ｐoからの距離が、ｗ１、ｗ２と遠ざかるにつれて減少する。また、中性子束密度は、測定点Ｐoからの距離が同じ場合、未臨界度（ｋ_ｅｆｆ：実効増倍率）が１に近い程、絶対値が大きくなる傾向がある。

図４は中性子束ピーク（測定点Ｐo）からの距離ｗと中性子計数率を測定点Ｐoにおける中性子計数率で規格化した規格化計数率との関係を示すグラフ（校正曲線）である。

被測定中性子増倍体系においては、図３に示されるような中性子束分布を持つことから、中性子計数率がピークとなる測定点Ｐoと、測定点Ｐoから一定距離にある点（測定点Ｐ_＋またはＰ₋）における中性子計数率については、図４に示されるように、二つの中性子計数率を規格化して求めた差（計数率の変化率）と未臨界度が有意の相関を持っていることがわかる。

第１の未臨界度測定装置１０Ａでは、中性子計数率の変化率と未臨界度との関係を規定した情報として、それぞれ異なる未臨界度に対して図４に示される校正曲線を予め求めておく。そして、予め求めた校正曲線を未臨界度判定部２５が参照可能な状態で変化率−未臨界度ＤＢ２６に格納することによって、未臨界度判定部２５が被測定中性子増倍体系の未臨界度を判定することができる。

なお、図４に示され、変化率−未臨界度ＤＢ２６に格納される校正曲線は、信頼のある計算によって得ることもできる。例えば、予め固定中性子源モードの中性子輸送計算によって計算された中性子束形状から中性子計数率の変化率と未臨界度と関係を求めて、その相関関係を校正曲線に用いれば、図４に示されるような校正曲線を計算によって得ることができる。

次に、本発明の第１の実施形態に係る未臨界度測定方法（以下、「第１の未臨界度測定方法」と称する。）について説明する。

図５は、第１の未臨界度測定装置１０Ａが行う未臨界度測定手順（以下、「第１の未臨界度測定手順」と称する。）の処理ステップを示す処理フロー図である。

第１の未臨界度測定手順は、第１の未臨界度測定装置１０Ａが測定開始要求を受け付けると、その処理ステップ（ステップＳ１〜ステップＳ７）の実行が開始される（ＳＴＡＲＴ）。

第１の未臨界度測定手順では、まず、第１の未臨界度測定装置１０Ａの中性子束測定部１１が、例えば、測定点ＰoとＰ_＋等の二つの測定点におけるカウント値Ｃ１，Ｃ２を測定する（ステップＳ１）。

続いて、未臨界度判定部２５の規格化回路３１が、ステップＳ１で測定されたカウント値Ｃ１，Ｃ２を規格化し（ステップＳ２）、中性子計数率の変化率Ｃ１／Ｃ２を算出する（ステップＳ３）。

続いて、未臨界度判定部２５の比較回路３２が、変化率−未臨界度ＤＢ２６を読み込み、格納されたｊ（ｊは自然数）番目の変化率Ｃ１／Ｃ２と当該変化率での未臨界度とを取得し（ステップＳ４）、ステップＳ４で取得された変化率Ｃ１／Ｃ２とステップＳ３で算出された変化率Ｃ１／Ｃ２とを比較し、予め設定した許容差異の範囲内で一致するか否かを判定する（ステップＳ５）。

変化率−未臨界度ＤＢ２６からステップＳ４で取得された変化率Ｃ１／Ｃ２とステップＳ３で算出された変化率Ｃ１／Ｃ２とが一致した場合（ステップＳ５でＹＥＳの場合）、ステップＳ４において変化率−未臨界度ＤＢ２６から取得した変化率Ｃ１／Ｃ２に対応する未臨界度を、被測定体系の未臨界度と確定し（ステップＳ６）、第１の未臨界度測定手順の全処理ステップを終了する（ＥＮＤ）。

一方、変化率−未臨界度ＤＢ２６からステップＳ４で取得された変化率Ｃ１／Ｃ２とステップＳ３で算出された変化率Ｃ１／Ｃ２とが一致しない場合（ステップＳ５でＮＯの場合）、ステップＳ７に進み、ステップＳ７で現在のｊの値に１を加えた（ｊ＝ｊ＋１）後、ステップＳ４に進む。そして、変化率−未臨界度ＤＢ２６から取得された変化率Ｃ１／Ｃ２とステップＳ３で算出された変化率Ｃ１／Ｃ２とが一致する（ステップＳ５でＹＥＳとなる）まで、ステップＳ４、ステップＳ５およびステップＳ７の処理ステップが繰り返される。

なお、ステップＳ７において、ｊの値に加える数は、ステップＳ５での変化率−未臨界度ＤＢ２６からステップＳ４で取得された変化率Ｃ１／Ｃ２とステップＳ３で算出された変化率Ｃ１／Ｃ２との比較において大きく差がある場合には、１以上として処理速度を向上させることができる。

また、未臨界度が時間的に変化するような体系を、時間的に連続して測定する場合には、ＳＴＡＲＴからＥＮＤに至る未臨界度導出フローを繰り返す。

なお、一例として上述のように説明した第１の未臨界度測定手順では、ステップＳ３で変化率（比）Ｃ１／Ｃ２を求めているが、比Ｃ１／Ｃ２の代わりに差Ｃ１−Ｃ２を求めるようにしても良い。差Ｃ１−Ｃ２と未臨界度についても有意の相関が認められる場合があるためである。差Ｃ１−Ｃ２を求める場合、変化率−未臨界度ＤＢ２６に予め格納しておく情報も、規格化計数率の差と未臨界度とを規定した情報とする。

また、変化率−未臨界度ＤＢ２６に規格化計数率と未臨界度とを規定した情報および規格化計数率の差と未臨界度とを規定した情報の両情報を格納しておき、ユーザから入力される選択要求に応じて何れかを選択して第１の未臨界度測定手順を実行するようにしても良い。

第１の未臨界度測定装置１０Ａおよび第１の未臨界度測定方法によれば、二つの測定点における中性子計数率の比または差と未臨界度とに有意の相関が認められる点に鑑み、測定体系に外部中性子源２と中性子検出器２１を備えた中性子束測定部１１とを持ち込み、中性子検出器を特定の距離ｗだけ移動させて、二つの測定点における中性子計数率を求め、その比または差を取ることによって、未臨界度を判定することができる。

また、第１の未臨界度測定装置１０Ａおよび第１の未臨界度測定方法によれば、従来の指数実験法では中性子検出器２１の移動方向に対してフィッサイル量が変化するような測定体系においても、局所的な未臨界度を判定できるので、測定区間内のフィッサイル量を変えずに測定できる。その結果、測定体系全体の未臨界度の誤判定を起こす可能性を少なくすることができる。

さらに、第１の未臨界度測定装置１０Ａおよび第１の未臨界度測定方法によれば、測定点は測定点Ｐoを含めて最小二点で良いので、被測定中性子増倍体系の長手方向の中性子束分布形状を中性子検出器２１（中性子束測定部１１）を移動させることによって減衰曲線を求めていた従来の指数実験法と比べて、中性子検出器２１（中性子束測定部１１）の移動距離ｗを従来よりも小さくできるので、中性子検出器２１または外部中性子源２を移動させるための駆動装置等も小型化でき、ひいては未臨界度測定装置全体の小型化にも寄与することができる。

さらにまた、図３に示されるように、中性子検出器２１（中性子束測定部１１）の移動距離ｗをより大きく取ることによって、未臨界度に対する規格化中性子計数率の差の感度を大きくすれば、未臨界度の判定をより容易にすることができる。

なお、測定精度向上の観点等から測定点Ｐo以外の他の測定点は複数でも良い。また、測定点Ｐo以外の他の測定点を複数にする場合には、測定点Ｐoからの距離ｗが等しい測定点Ｐ_＋とＰ₋とで測定を行うことがより好ましい。これは、図３に示されるように、被測定中性子増倍体系が軸(長手)方向に有意なフィッサイル分布を持たない場合に、測定点Ｐoからの距離ｗが等しい二点では、中性子束密度が等しくなることが知られているので、測定点Ｐoからの距離ｗが等しい測定点Ｐ_＋とＰ₋とで測定を行えば、各点で測定された中性子計数率の平均を取ることができ、より測定誤差を小さくすることができるためである。

ここで、測定点Ｐoからの距離ｗが等しい測定点Ｐ_＋とＰ₋の二点を設定した場合、被測定中性子増倍体系に含まれるフィッサイル分布が、被測定中性子増倍体系の長手方向に大きく変わらず、かつ、二つの測定点Ｐ_＋とＰ₋で得られる中性子計数率が大きく変わらない場合には、平均中性子計数率を求めて採用した方が統計的に有利である。逆に、被測定中性子増倍体系に含まれるフィッサイル分布に変化がある場合等では、二つの測定点Ｐ_＋とＰ₋における中性子計数率に差異が生じる場合がある。この場合、得られた中性子計数率のうち大きい方を用いて未臨界度の判定をする。大きい中性子計数率を用いて未臨界度の判定をすることで、臨界安全管理上安全側の評価となる。

さらに、中性子束測定部１１ａ，１１ｂは、個別に設置されると説明したが、一つの中性子束測定部１１（例えば、中性子束測定部１１ｂ）を、各測定点Ｐ_＋，Ｐo（必要ならばさらに測定点Ｐ₋）へ移動させて、当該測定点Ｐ_＋，Ｐo（必要ならばさらに測定点Ｐ₋）で中性子束密度を測定するようにしても良い。

図６は、本発明の第１の実施形態に係る未臨界度測定装置の一例であって、第１の未臨界度測定装置１０Ａの変形例の構成を示した概略図である。図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、それぞれ、第１の未臨界度測定装置１０Ａの変形例の上面図および側面図である。

例えば、図６に示される第１の未臨界度測定装置１０Ａ（変形例）のように、一つの中性子束測定部１１を、燃料集合体１の長手方向の軸と平行に設置された駆動手段３３によってレールに沿う方向へスライド移動可能に配置すれば、中性子束測定部１１を、各測定点Ｐ_＋，Ｐo，Ｐ₋へ移動させて、当該測定点Ｐ_＋，Ｐo，Ｐ₋で中性子束密度を測定することができる。

また、第１の未臨界度測定装置１０Ａでは、外部中性子源２を移動させずに中性子検出器２１（中性子束測定部１１）を移動させる例を説明したが、中性子検出器２１（中性子束測定部１１）を移動させずに外部中性子源２を移動させるようにしても良い。

さらに、図２および図６に示される第１の未臨界度測定装置１０Ａでは、一つの演算装置１２が、未臨界度判定部２５と、データ保持部２７と、表示部２８とを備えているが、未臨界度判定部２５、データ保持部２７および表示部２８の各構成要素を複数の装置に分散して備える構成であっても良い。

［第２の実施形態］
図７は、本発明の第２の実施形態に係る未臨界度測定装置の一例である第２の未臨界度測定装置１０Ｂの構成を示した概略図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。

第２の未臨界度測定装置１０Ｂは、第１の未臨界度測定装置１０Ａに対して、中性子束測定部１１の代わりに、中性子束測定部４１を具備する点で相違する。そこで、本実施形態の説明では、上述した第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、同じ構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。

第２の未臨界度測定装置１０Ｂは、中性子束測定部４１と、未臨界度判定部２５と、を具備しており、未臨界度判定部２５が判定した未臨界度の判定結果が表示部２８に表示される。

中性子束測定部４１は、中性子束測定部１１（１１ａ，１１ｂ）に対して、中性子束測定部１１が備える複数台の中性子検出器２１を一台の位置敏感型中性子検出器（ＰＳＤ）に置き換えたものである。すなわち、中性子束測定部４１は、一台のＰＳＤと、アンプ２２と、カウンタ２３とを備え、図７に示されるように、一台のＰＳＤが、少なくとも測定点Ｐoを含む複数の測定点（測定点Ｐ_＋，Ｐo，Ｐ₋）で、中性子束密度を測定する。

位置敏感型中性子検出器（ＰＳＤ）の例としては、位置敏感型ヘリウム３（３Ｈｅ）比例計数管（ＰＳＰＣ）などがある。また、被測定中性子増倍体系の一例である燃料集合体１の長手方向におけるＰＳＤの測定精度は、ｍｍ単位であるから、測定点Ｐoからの距離ｗが短い場合でも十分に対応できる。

なお、第１の未臨界度測定手順の処理ステップと、第２の未臨界度測定装置１０Ｂが行う未臨界度測定手順（以下、「第２の未臨界度測定手順」と称する。）の処理ステップとを比較すると、ステップＳ１の実行主体が中性子束測定部１１ではなく、中性子束測定部４１となる点で相違するが、二つの測定点におけるカウント値Ｃ１，Ｃ２を取得する処理内容そのものは相違しない。すなわち、本発明の第２の実施形態に係る未臨界度測定方法（以下、「第２の未臨界度測定方法」と称する。）は、第１の未臨界度測定方法に対して、動作主体が第２の未臨界度測定装置１０Ｂとなる点で相違するものの実質的な処理内容は相違しない。

第２の未臨界度測定装置１０Ｂおよび第２の未臨界度測定方法によれば、一台の位置敏感型中性子検出器（ＰＳＤ）を採用することにより、中性子検出器を移動させることなく、第１の未臨界度測定装置１０Ａおよび第１の未臨界度測定方法と同様の効果を奏することができる。また、測定体系内での中性子検出器の移動および複数回の測定が不要になるので、測定時間を節約することができる。

［第３の実施形態］
図８は、本発明の第３の実施形態に係る未臨界度測定装置の一例である第３の未臨界度測定装置１０Ｃの構成を示した概略図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。

第３の未臨界度測定装置１０Ｃは、第１の未臨界度測定装置１０Ａに対して、構成要素は実質的に異ならないが、未臨界度を測定する手法、すなわち、未臨界度判定部２５の処理内容および変化率−未臨界度ＤＢ２６が有する情報が相違する。そこで、本実施形態の説明では、上述した第１の実施形態と異なる未臨界度測定方法を中心に説明し、同じ構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。

第３の未臨界度測定装置１０Ｃは、第１の未臨界度測定装置１０Ａと同様に、被測定中性子増倍体系の中性子束密度を測定する少なくとも二以上の中性子束測定部１１（１１ａ，１１ｂ）を具備し、少なくとも二つの測定点で中性子束測定部１１が中性子束密度を測定し、中性子束測定部１１から測定結果を受け取った演算装置１２が、規格化処理および比較処理を行い、未臨界度を判定し、判定結果を表示するように構成される。

第３の未臨界度測定装置１０Ｃでは、例えば燃料集合体１等の被測定中性子増倍体系の未臨界度を測定する際に、中性子検出器（図８において図示せず）を備える中性子束測定部１１（１１ａ，１１ｂ）を移動させる方向が、上述した未臨界度測定装置１０Ａ，１０Ｂおよび当該装置１０Ａ，１０Ｂを用いて行う未臨界度測定方法（以下、単に「上述した装置および方法」と省略する。）とは異なる。

具体的に説明すれば、上述した装置および方法では、燃料集合体１の長手方向と平行な方向に中性子束測定部１１（１１ａ，１１ｂ）を移動させていたが、第３の未臨界度測定装置１０Ｃおよび本発明の第３の実施形態に係る未臨界度測定方法（以下、「第３の未臨界度測定方法」と称する。）では、燃料集合体１の長手方向と垂直な方向に（被測定中性子増倍体系表面からの距離ＬがそれぞれＬ＝Ｌ１，Ｌ＝Ｌ２となるように）中性子束測定部１１（１１ａ，１１ｂ）を移動させる。

また、第３の未臨界度測定装置１０Ｃでは、未臨界度測定を行う際に中性子束密度を測定する二つの測定点の位置関係が上述した装置および方法とは異なる。上述した装置および方法では、測定点Ｐoを通り、燃料集合体１の長手方向と平行な直線上にある測定点Ｐoを含む少なくとも二点が選択される。

一方、第３の未臨界度測定装置１０Ｃおよび第３の未臨界度測定方法では、燃料集合体１の長手方向の軸に対して同じ垂直な直線上に位置する二つの測定点が選択される。例えば、図８に示される測定点で説明すれば、測定点Ｐo１，Ｐo２の二点、測定点Ｐ_１＋，Ｐ_２＋の二点および測定点Ｐ_１−，Ｐ_２−の二点の何れかが選択される。

ここで、必ずしも燃料集合体１（被測定中性子増倍体系）の表面からの距離Ｌが等しくなる測定点のうち、中性子束密度が最大値（ピーク値）を示す測定点、すなわち、外部中性子源２からの距離が最短となる測定点（被測定中性子増倍体系表面からの距離ＬがＬ＝Ｌ１の場合には測定点Ｐo１、被測定中性子増倍体系表面からの距離ＬがＬ＝Ｌ２の場合には測定点Ｐo２）を含む点を選択する必要はない。

図９は、被測定中性子増倍体系表面からの距離Ｌと中性子計数率を中性子束ピークにおける中性子計数率で規格化した規格化計数率との関係を示すグラフ（校正曲線）である。

第３の未臨界度測定装置１０Ｃおよび第３の未臨界度測定方法では、例えば、図８に示される測定点Ｐo１，Ｐo２の二点、測定点Ｐ_１＋，Ｐ_２＋の二点および測定点Ｐ_１−，Ｐ_２−の二点のように、燃料集合体１の長手方向の軸に対して同じ垂直な直線上に位置する二つの測定点が選択される。そのため、事前に格納しておく変化率−未臨界度ＤＢ２６には、少なくとも、燃料集合体１の長手方向の軸に対して同じ垂直な直線上に位置する二つの測定点から得られる図９に示されるような被測定中性子増倍体系表面からの距離Ｌと規格化中性子計数率との関係の情報が変化率−未臨界度ＤＢ２６に格納される。

なお、例えば、測定点Ｐ_１＋，Ｐ_２＋の二点のように、中性子源２と燃料集合体１および各測定点が一直線上に並ばない一組の測定点から得られる被測定中性子増倍体系表面からの距離Ｌと規格化中性子計数率変化率との関係のみでは、例えば、図８に示される測定点Ｐo１，Ｐo２の二点を選ぶ場合の燃料集合体１の長手方向に沿う方向における測定点の位置による違いに起因する未臨界度の判定誤差が生じる可能性もある。

そこで、当該判定誤差を小さくする観点から、選択し得る二つの測定点のペアから得られる被測定中性子増倍体系表面からの距離Ｌと規格化中性子計数率変化率との関係の情報を変化率−未臨界度ＤＢ２６に個別に格納しておくことが好ましい。また、被測定中性子増倍体系表面からの距離Ｌと規格化中性子計数率変化率との関係についても、中性子計数率の変化率と未臨界度との関係を規定した情報と同様に計算によって得ることもできる。

次に、第３の未臨界度測定装置１０Ｃが行う未臨界度測定手順（以下、「第３の未臨界度測定手順」と称する。）について説明すれば、測定点として選択する二点が相違する点以外は、第１の未臨界度測定手順と実質的に同様の処理ステップを備える。

すなわち、第３の未臨界度測定手順では、第３の未臨界度測定装置１０Ｃの中性子束測定部１１が、例えば、被測定中性子増倍体系である燃料集合体１の表面からの距離ＬがＬ１となる測定点Ｐ_１＋とＬ２となる測定点Ｐ_２＋との二点におけるカウント値Ｃ１，Ｃ２を測定する（ステップＳ１）。以降の処理ステップは、第１の未臨界度測定手順に対して、未臨界度判定部２５の比較回路３２が参照する変化率−未臨界度ＤＢ２６に格納された情報が、図９に示されるような被測定中性子増倍体系表面からの距離Ｌと規格化中性子計数率変化率との関係である点を除き、実質的に同じ処理ステップである。

第３の未臨界度測定装置１０Ｃおよび第３の未臨界度測定方法によれば、燃料集合体１の長手方向の軸に対して同じ垂直な直線上に位置する二つの測定点からであっても、第１の未臨界度測定装置１０Ａおよび第１の未臨界度測定方法と同様の効果を奏することができる。従って、燃料集合体１の長手方向の軸に対して平行方向に中性子束測定部１１，４１を移動させることが困難な場合であっても、未臨界度を判定することができる。

また、第３の未臨界度測定装置１０Ｃおよび第３の未臨界度測定方法では、未臨界度測定装置１０Ａ，１０Ｂおよび他の未臨界度測定方法（第１の未臨界度測定方法および第２の未臨界度測定方法）と異なり、必ずしも燃料集合体１（被測定中性子増倍体系）の表面からの距離Ｌが等しくなる測定点のうち、中性子束密度が最大値（ピーク値）を示す測定点（被測定中性子増倍体系表面からの距離ＬがＬ＝Ｌ１の場合には測定点Ｐo１、被測定中性子増倍体系表面からの距離ＬがＬ＝Ｌ２の場合には測定点Ｐo２）を含む点を選択する必要はないので、未臨界度測定装置１０Ａ，１０Ｂおよび他の未臨界度測定方法（第１の未臨界度測定方法および第２の未臨界度測定方法）よりも測定点選択の自由度を大きくすることができる。

以上、本発明の実施形態に係る未臨界度測定装置および未臨界度測定方法によれば、被測定中性子増倍体系から所定の位置関係にある二つの測定点における中性子計数率の比または差と未臨界度とに有意の相関が認められる点に鑑み、測定体系に外部中性子源２と中性子検出器２１を備えた中性子束測定部１１とを持ち込み、中性子検出器を移動させて、二つの測定点における中性子計数率を求め、その比または差を取ることによって、未臨界度を判定することができる。

また、本発明の実施形態に係る未臨界度測定装置および未臨界度測定方法によれば、従来の指数実験法では中性子検出器２１の移動方向に対してフィッサイル量が変化するような測定体系においても、測定点は最低二点で良いので、局所的な未臨界度を判定できる。従って、測定区間内のフィッサイル量を変えずに測定でき、測定体系全体の未臨界度の誤判定を起こす可能性を少なくすることができる。

さらに、本発明の実施形態に係る未臨界度測定装置および未臨界度測定方法によれば、測定点は最低二点で良く、外部中性子源２または中性子検出器２１を移動させる距離を従来よりも短くすることができるので、外部中性子源２または中性子検出器２１を移動させるための駆動装置等を小型化でき、ひいては未臨界度測定装置全体を小型化することができる。

さらにまた、本発明の実施形態に係る未臨界度測定装置において、中性子束測定部１１の代わりに位置敏感型中性子検出器（ＰＳＤ）を備える中性子束測定部４１を適用すれば、外部中性子源２または中性子検出器２１を移動させることなく、被測定中性子増倍体系の未臨界度を測定することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 燃料集合体
２ 外部中性子源
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 未臨界度測定装置
１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ａ１，１１ｂ１，１１ｃ１，１１ａ２，１１ｂ２，１１ｃ２） 中性子束測定部
１２ 演算装置（コンピュータ）
１３ ケーブル（接続手段）
１４ 未臨界度測定ＰＧ
２１ 中性子検出器
２２ アンプ
２３ カウンタ
２５ 未臨界度判定部
２６ 変化率−未臨界度ＤＢ
２７ データ保持部
２８ 表示部
３１ 規格化回路
３２ 比較回路
３３ 駆動手段
４１ 中性子束測定部
ｗ 中性子束ピークからの距離
Ｌ１，Ｌ２ 被測定中性子増倍体系表面からの距離

Claims (9)

1. 長手方向を上下方向として配置した被測定中性子増倍体系の一側に配置される中性子源と前記被測定中性子増倍体系を挟んで正対する側に配置され、前記被測定中性子増倍体系の中性子計数率を得る中性子束測定部と、
   前記中性子束測定部が前記被測定中性子増倍体系からの位置がそれぞれ異なる少なくとも二点以上で測定した測定点から選択される二つの測定点で測定した中性子計数率から所定の演算を行って得られる演算結果と、複数の異なる既知の未臨界度毎に、前記被測定中性子増倍体系からの位置と、前記被測定中性子増倍体系からの位置における中性子計数率から前記所定の演算を行って得られる演算結果との対応関係を示す情報とを有するデータベースを参照して得られる前記二つの測定点と対応する中性子計数率から前記所定の演算を行って得られる演算結果とを比較し、一致した中性子計数率に対応する未臨界度を、前記被測定中性子増倍体系の未臨界度として判定する未臨界度判定部と、を具備することを特徴とする未臨界度測定装置。
2. 前記被測定中性子増倍体系からの位置は、前記被測定中性子増倍体系の長手方向に延びる軸と平行な直線上であって前記中性子源を通り前記被測定中性子増倍体系の長手方向に延びる軸と直交する直線と前記被測定中性子増倍体系の長手方向に延びる軸と平行な直線との交点からの距離および前記被測定中性子増倍体系の表面からの距離の何れか一方で規定されることを特徴とする請求項１記載の未臨界度測定装置。
3. 前記所定の演算は、前記被測定中性子増倍体系からの位置が異なる二点における中性子計数率の比または差であることを特徴とする請求項１又は２に記載の未臨界度測定装置。
4. 前記データベースが有する情報は、予め固定中性子源モードの中性子輸送計算によって計算された中性子束形状から求めたものであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の未臨界度測定装置。
5. 前記中性子束測定部は、位置敏感型中性子検出器を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の未臨界度測定装置。
6. 前記中性子束測定部は、前記測定点に配置された中性子検出器を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の未臨界度測定装置。
7. 前記中性子束測定部は、前記測定点に中性子検出器を移動させる駆動手段をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の未臨界度測定装置。
8. コンピュータに予め読み出し可能に格納しておいた情報と得られた情報とを比較することによって、被測定中性子増倍体系の未臨界度を求める測定方法であって、
   中性子束測定部が、長手方向を上下方向として配置した被測定中性子増倍体系の一側に配置される中性子源と前記被測定中性子増倍体系を挟んで正対する側に配置され、前記被測定中性子増倍体系の中性子計数率を得る中性子計数率取得ステップと、
   未臨界度判定部が、前記被測定中性子増倍体系からの位置がそれぞれ異なる少なくとも二点以上で測定した測定点から選択される二つの測定点で測定した中性子計数率から所定の演算を行って得られる演算結果と、複数の異なる既知の未臨界度毎に、前記被測定中性子増倍体系からの位置と、前記被測定中性子増倍体系からの位置における中性子計数率から前記所定の演算を行って得られる演算結果との対応関係を示す情報とを有するデータベースを参照して得られる前記二つの測定点と対応する中性子計数率から前記所定の演算を行って得られる演算結果とを比較し、一致した中性子計数率に対応する未臨界度を、前記被測定中性子増倍体系の未臨界度として判定する未臨界度判定ステップとを具備することを特徴とする未臨界度測定方法。
9. 前記被測定中性子増倍体系からの位置は、前記被測定中性子増倍体系の長手方向に延びる軸と平行な直線上であって前記中性子源を通り前記被測定中性子増倍体系の長手方向に延びる軸と直交する直線と前記被測定中性子増倍体系の長手方向に延びる軸と平行な直線との交点からの距離および前記被測定中性子増倍体系の表面からの距離の何れか一方で規定されることを特徴とする請求項８記載の未臨界度測定方法。

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