JP2013120057A

JP2013120057A - 炉内核計装装置

Info

Publication number: JP2013120057A
Application number: JP2011266367A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Nakanosono; 利彦中之薗; Masaru Tamuro; 勝田室
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2013-06-17
Also published as: US20130142298A1

Abstract

【課題】中性子検出器からの中性子束信号電流を電圧信号に変換する電流検出抵抗を１つにして選択回路の可動部をなくし、電流検出した電圧を可変的に増幅する回路を有する炉内核計装装置を提供する。
【解決手段】中性子検出器３からの中性子束信号電流を電圧信号に変換し、増幅する増幅ゲインを連続的に可変できる中性子束電流検出回路２２を備え、中性子束電流検出回路２２は、中性子束信号電流を電圧信号に変換する電流検出抵抗３１と、変換された電圧信号を増幅する帰還回路の等価抵抗の値を制御可能な増幅回路３２と、帰還回路の等価抵抗３３３の抵抗値を変更する等価抵抗制御回路３４と増幅回路の出力端電圧信号を出力する出力回路３５から構成される。
【選択図】図２

Description

この発明は、軽水炉型原子力発電プラントにおける原子炉の中性子監視を行うための炉内核計装装置に関するものである。

従来、加圧水型、沸騰水型原子炉において、原子炉の炉心出力分布測定のために炉内核計装システムが設置されており、炉内核計装装置は炉内の中性子束を測定するために、可動式の中性子検出器を炉内に挿入、設置されたシンブル内を遠隔操作で走らせて炉心の中性子束分布を測定している（例えば、特許文献１参照）。
原子炉内の中性子束のレンジは３〜５桁変化し、かつ検出電流は微少であるため、検出レンジを切り替えるために、多段の電流検出抵抗をリレーで切り替える方式が用いられていた（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６―１４５４１７号公報（［００１５］〜［００２０］および図１）特開昭６１―１００６６１号公報（［発明の背景］および図５）

従来の炉内核計装装置では、原子炉内の中性子束を測定するため、複数の電流検出抵抗を使用して検出レンジを切替え、微少電流に対して測定精度を確保するために接触抵抗が小さく、寿命が長い水銀リレーが使用されていたが、現在、水銀リレーの入手が困難となっている。
代替のリレーでは接点の接触抵抗が高く、酸化皮膜も形成されやすいため、安定した使用が困難であり、接点寿命が水銀リレーより短いため、短期間に交換をする必要がある。また、半導体を使用した方式では半導体のＯＮ電圧が電流検出精度に影響するため、適用困難であるという問題があった。
さらに、スペースの制限から配置可能な固定抵抗の数が制限されるため、レンジの境界付近の電流計測を実施する場合は、複数検出器のレンジを統一するために、検出分解能が落ちる上位のレンジを使用して測定する必要があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、電流検出抵抗を１つにして可動部をなくし、電流検出した電圧を可変的に増幅する回路を有する炉内核計装装置を提供することを目的とする。

この発明に係る炉内核計装装置は、中性子検出器からの中性子束信号電流を電圧信号に変換し、増幅する増幅ゲインを連続的に可変できる中性子束電流検出回路を備え、中性子束電流検出回路の出力電圧信号に基づいて、原子炉の炉心出力分布を測定するものである。

この発明に係る炉内核計装装置は、中性子検出器からの中性子束信号電流を電圧信号に変換し、増幅する増幅ゲインを連続的に可変できる中性子束電流検出回路を備え、中性子束電流検出回路の出力電圧信号に基づいて、原子炉の炉心出力分布を測定するもので
あるから、電流検出レンジの選択回路の可動部がなく、長寿命化が図れ、増幅ゲインを連続的に可変することが可能となり、検出分解能を向上することができる。

この発明の実施の形態１の炉内核計装装置に係るシステム構成図である。この発明の実施の形態１の炉内核計装装置に係る中性子束計測主要部の構成図である。この発明の実施の形態１の炉内核計装装置に係る中性子束計測処理フロー図である。

実施の形態１．
実施の形態１は、中性子検出器からの中性子束信号電流を電圧信号に変換する回路に、電流検出レンジの選択用の可動部がなく、増幅ゲインを連続的に可変できる中性子束電流検出回路を備える炉内核計装装置に関するものである。
以下、本願発明の実施の形態１の構成および動作、機能について、炉内核計装装置に係るシステム構成図である図１、中性子束計測主要部の構成図である図２、中性子束計測処理フロー図である図３に基づいて説明する。

まず、本願発明の実施の形態１に係る炉内核計装装置１を含む炉内核計装システムについて、図１に基づいて説明する。
図１は加圧水型原子炉用の炉内核計装システムの概要を示した図である。炉内核計装システムは、炉内核計装装置１を中心として、関連する主要構成設備として、測定対象である原子炉が納められた原子炉容器７および内部に加圧器や一次系冷却材ポンプ等の一次系主要機器（図示なし）が設置されている格納容器８がある。

加圧水型原子炉において、原子炉の炉心出力分布測定は、炉内の中性子束を測定することで行われており、中性子検出器を炉内に挿入して設置されたシンブル内を遠隔操作で走らせて炉心の中性子束分布を測定している。
図１において、炉内核計装装置１は、原子炉容器７内の炉心の中性子束の検出を行う可動式の中性子検出器３と、中性子検出器３からの中性子束信号の検出、監視、データ保存等の処理および可動式の中性子検出器３の走行（挿入、引抜）操作を遠隔で行う炉内核計装盤２と、原子炉容器７の炉心内に挿入して設置された中性子検出器３の通路であるシンブル６と、中性子検出器３をシンブル６内に走行（挿入、引抜）させるための駆動装置４と、どのシンブル６内を走行させるかを選択する通路選択装置５から構成される。ここで、炉内核計装盤２は、格納容器８外に設置されるが、これ以外の駆動装置４等は格納容器８内に設置される。

中性子検出器３として、通常、可動式の核分裂電離箱が使用される。中性子検出器３には、入射中性子により封入ガスを電離させるために直流高電圧が印加されるが、検出電流／中性子束密度が印加高電圧の変動を受けないように中性子検出器３に印加する直流高電圧は、プラトー特性を示す電圧に設定される。

次に、中性子検出器３の原子炉内への挿入、引抜操作について、炉内核計装装置１と中性子検出器３、駆動装置４、および通路選択装置５との信号の授受も含めて説明する。
炉内核計装システムの制御・監視を行う炉内核計装盤２から、駆動装置４および通路選択装置５に対して挿入動作命令１０が出力されると、格納容器８内に設置された通路選択装置５は通路の切り替えを行い、駆動装置４は可動式の中性子検出器３を原子炉容器７内に設けられたシンブル６内への挿入操作を行う。通路選択装置５からは、現在どの通路が選択されているかを示す通路選択信号１１が炉内核計装盤２に出力されている。
原子炉容器７の炉心に挿入された中性子検出器３からの中性子束信号９は、炉内核計装盤２に入力され、炉内核計装盤２にて信号処理が行われ、炉心内の中性子分布が測定される。

中性子検出器３が炉心内の中性子分布を測定しながら原子炉容器７の炉心内のシンブル６の先端部まで挿入されると、炉内核計装盤２から駆動装置４への引抜動作命令１０が出力され、中性子検出器３は原子炉容器７から通路選択装置５まで引き抜かれる。
次に炉内核計装盤２から、駆動装置４および通路選択装置５に対して別のシンブル６への挿入動作命令１０が出力されると、格納容器８内に設置された通路選択装置５は通路の切り替えを行い、駆動装置４は可動式の中性子検出器３を原子炉容器７内に設けられた別のシンブル６内に挿入操作を行う。

なお、炉内核計装システムには、中性子検出器３は複数台設置されており、同時に３〜４の中性子検出器３を原子炉内に設置されたシンブル６内を走行させることができる。

次に、図２に基づき炉内核計装装置１に係る中性子束計測主要部の構成および機能、動作について説明する。
まず、中性子束計測主要部の構成について説明する。中性子束計測主要部は、中性子検出器３に直流高電圧を印加する高電圧発生カード２１と、中性子検出器３からの中性子束信号電流を電圧信号に変換し、増幅する中性子束電流検出回路２２と、中性子検出器３からの中性子束信号に基づき炉心内の中性子束分布の監視および中性子検出器３の炉心内への挿入、引抜操作をオペレータが行う操作用ＰＣ２３と、中性子検出器３からの中性子束信号の処理や操作用ＰＣ２３からの中性子検出器３の挿入、引抜操作指示をプログラムされた所定の処理手順に従って、通信カード２５を経由して行うＣＰＵカード２４と、高電圧発生カード２１への直流高電圧設定および中性子束電流検出回路２２との後述する信号授受を行うディジタル出力カード（ＤＯカード）２６、ディジタル入力カード（ＤＩカード）２７から構成される。

図２では、炉内核計装盤２内に高電圧発生カード２１、中性子束電流検出回路２２、操作用ＰＣ２３、ＣＰＵカード２４、通信カード２５、ディジタル出力カード２６、およびディジタル入力カード２７を設けている。しかし、操作用ＰＣ２３を炉内核計装盤２の盤外、例えば、中央制御盤に設けて、オペレータが中央制御盤で炉心内の中性子束分布の監視および中性子検出器３の炉心内への挿入、引抜操作を行うこともできる。

次に、中性子束電流検出回路２２の構成を説明する。中性子束電流検出回路２２は、中性子検出器３からの中性子束信号電流を電圧信号に変換する電流検出抵抗３１と、この変換された電圧信号を増幅する増幅回路３２と、増幅回路３２の帰還回路の等価抵抗として機能するＤＡＣ（ディジタル・アナログコンバータ）３３と、ディジタル出力カード２６からの増幅ゲイン制御信号４２に基づきＤＡＣ３３を制御して、増幅回路３２の帰還回路の等価抵抗を変化させる等価抵抗制御回路であるＤＡＣ制御回路３４と、増幅回路３２の出力端電圧信号を出力する出力回路であるアナログ・ディジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）３５から構成される。ここで、アナログ・ディジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）３５の出力信号は、中性子検出器３の検出電流を電圧信号に変換し、増幅回路３２で増幅した値である。すなわち、この信号は中性子検出器電流値対応信号４３である。
以下の説明では、中性子検出器３からの中性子束信号電流を電流検出抵抗３１で変換した電圧である入力電圧３６をＶｉｎとし、増幅回路３２の出力端電圧３８をＶｏｕｔとしている。

次に、増幅回路３２、帰還回路の等価抵抗として機能するＤＡＣ（ディジタル・アナログコンバータ）３３および等価抵抗制御回路であるＤＡＣ制御回路３４の動作について説明する。
操作用ＰＣ２３からディジタル出力カード２６を経由して出力された増幅ゲイン制御信号４２に応じて、ＤＡＣ制御回路３４は増幅回路３２の帰還回路に設置されたＤＡＣ（ディジタル・アナログコンバータ）３３の出力である帰還回路の等価抵抗の値を制御し、増幅回路３２の増幅ゲインＧ３７を可変的に変更する。電流検出抵抗３１にて検出された検出器電流相当値である入力電圧Ｖｉｎ３６は、増幅回路３２により増幅ゲインＧ３７で、出力端電圧Ｖｏｕｔ３８に増幅される。この出力端電圧Ｖｏｕｔ３８は、Ａ／Ｄ変換回路３５でアナログ／ディジタル変換され、中性子検出器電流値対応信号４３としてディジタル入力カード２７で読み込まれて、ＣＰＵカード２４で処理される。

次に、高電圧発生カード２１の動作について説明する。
操作用ＰＣ２３から入力された直流高電圧設定値を、ＣＰＵカード２４がディジタル出力カード２６を経由して高電圧設定信号４１として高電圧発生カード２１に出力し、直流高電圧値の設定を行う。高電圧発生カード２１は、設定された直流高電圧値を発生し、中性子検出器３にこの直流高電圧を印加する。

図２では、１台の高電圧発生カード２１および中性子束電流検出回路２２を図示しているが、前述したように複数台の中性子検出器３が同時に駆動され、同時に複数の原子炉内の個所の中性子束信号が測定されるため、この同時駆動可能な複数の中性子検出器３に対応した高電圧発生カード２１および中性子束電流検出回路２２が炉内核計装盤２内に設置されている。

中性子束電流検出回路２２の増幅回路３２の増幅ゲインＧ３７は、操作用ＰＣ２３の画面上で炉内の中性子束分布を監視する際、図３に示す中性子束計測処理フローに従い変更され、決定される。
なお、下記説明で、Ｖｏｕｔは図２の増幅回路３２の出力端電圧Ｖｏｕｔ３８であり、ＰＣ表示フルスケール値は、Ａ／Ｄ変換回路３５の出力が、例えば８ビットとして表示スケールを０〜４０００に対応させた場合、表示フルスケール値は４０００となる。

図３の処理フローに基づいて説明する。
出力端電圧信号値であるＶｏｕｔを表示フルスケール値で割り、この値が予め設定された範囲（０．７５〜０．８５）に入るように制御する。
処理が開始されると（Ｓ１０１）、ステップＳ１０２にて、初期値Ｇ＝１を設定する。
次に、ステップＳ１０３にて、ＶｏｕｔとＰＣ表示フルスケール値を比較し、条件Ａ（Ｖｏｕｔ≧ＰＣ表示フルスケール値×０．７５）が成立するかどうか判定する。条件Ａが成立すれば、ステップＳ１０５へ進む。条件Ａが成立しなければ、ステップＳ１０４で、ゲインＧを０．１増加し、ステップＳ１０３へ戻る。
次に、ステップＳ１０５にて、ＶｏｕｔとＰＣ表示フルスケール値を比較し、条件Ｂ（Ｖｏｕｔ≦ＰＣ表示フルスケール値×０．７５）が成立するかどうか判定する。条件Ｂが成立すれば、処理を終了する（Ｓ１０７）。条件Ｂが成立しなければ、ステップＳ１０６で、ゲインＧを０．１減少し、ステップＳ１０５へ戻る。
以上の処理で、操作用ＰＣ２３の表示画面上で、中性子検出器検出電流値が監視し易い表示フルスケールの７５％から８５％の範囲に表示されるように、中性子束電流検出回路２２の増幅回路３２の増幅ゲインＧ３７が調整される。
なお、表示目標範囲の下限値７５％、上限値８５％は例示であり、状況に応じて監視し易い値に下限値、上限値を変更することができる。

複数の中性子検出器３を同時駆動できるため、オペレータは操作用ＰＣ２３の表示画面で、複数の中性子検出電流を同時に表示して、監視できる。
従来の複数の電流検出抵抗を水銀リレーで切り替える方式では、複数の中性子検出電流をオペレータは操作用ＰＣ２３の表示画面で同時に表示して監視する場合は、各中性子検出器３の特性の違いにより、検出分解能が落ちる上位のレンジを使用せざるを得ない場合があった。しかし、本発明の炉内核計装装置１では、電流検出抵抗３１は１つであり、増幅ゲインを可変的に変更できるため、この問題はない。

以上説明したように、実施の形態１に係る炉内核計装装置１では、中性子検出器からの中性子束信号電流を電圧信号に変換し、増幅する増幅ゲインを連続的に可変できる中性子束電流検出回路を備えているため、電流検出レンジの選択回路の可動部がなく、長寿命化が図れ、増幅ゲインを連続的に可変することが可能となり、検出分解能を向上する効果がある。

なお、炉内核計装装置に係る本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１炉内核計装装置、３中性子検出器、９中性子束信号、
２２中性子束電流検出回路、３１電流検出抵抗、３２増幅回路、３３ＤＡＣ、
３４ＤＡＣ制御回路、３７増幅ゲインＧ、３８出力端電圧Ｖｏｕｔ。

Claims

中性子検出器からの中性子束信号電流を電圧信号に変換し、増幅する増幅ゲインを連続的に可変できる中性子束電流検出回路を備え、前記中性子束電流検出回路の出力電圧信号に基づいて、原子炉の炉心出力分布を測定する炉内核計装装置。
前記中性子束電流検出回路は、前記中性子検出器からの中性子束信号電流を電圧信号に変換する電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗で変換された前記電圧信号を増幅する帰還回路の等価抵抗の値を制御可能な増幅回路と、前記帰還回路の等価抵抗の抵抗値を変更する等価抵抗制御回路と、前記増幅回路の出力端電圧信号を出力する出力回路とから構成された請求項１に記載の炉内核計装装置。
前記中性子束電流検出回路は、前記増幅回路の出力端電圧信号の値と前記中性子束信号を監視する範囲のフルスケール値を比較し、（前記出力端電圧信号値／前記フルスケール値）が予め設定された範囲内に入るように前記増幅回路の帰還回路の等価抵抗値を制御する請求項２に記載の炉内核計装装置。