JP2017049028A - Debris deposition amount estimation device and estimation method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a debris deposition amount estimation device and estimation method that can safely and reliably estimate the amount of deposition of debris deposited inside a furnace.SOLUTION: A neutron detector 31 measures neutron flux within a nuclear reactor vessel 10 from the outside of the nuclear reactor vessel 10. A debris deposition amount estimation unit 32 comprises: a shield analysis unit 321 for associating the amount of debris deposit with the amount of neutron flux by performing analysis in assuming a nuclear reactor core damaged state; and a debris deposition amount estimation calculation unit 324 for estimating the amount of debris D actually deposited inside the nuclear reactor vessel 10 by comparing an analysis result by the shield analysis unit 321 with a value of neutron flux detected by the neutron detector 31. The amount of deposit of the debris D inside the nuclear reactor vessel 10 filled with liquid metal 18 and housing a nuclear reactor core 11 is estimated.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、炉心を収納し液体金属が充填された原子炉容器の外部から当該原子炉容器内部にあるデブリの堆積量を推定するデブリの堆積量推定装置及び推定方法に関する。   The present invention relates to a debris accumulation amount estimation apparatus and an estimation method for estimating a debris accumulation amount inside a nuclear reactor vessel from the outside of a nuclear reactor vessel containing a core and filled with liquid metal.

原子力発電所の過酷事故(シビアアクシデント)の一つに、炉心損傷事故がある。例えば、高速増殖炉では炉心の出力密度が高く、事故時に炉心の反応度が大きくなることから短時間で炉心損傷に至る可能性が指摘されている。そのためJSFR(Japan Sodium-cooled Fast Reactor:日本で開発中の先進ループ型ナトリウム冷却高速炉)では、炉心損傷事故時に損傷物質によって再臨界することを回避し、原子炉容器底部が溶融するメルトスルーを生じることなく炉内で事象が終息するよう種々の対策が施されている。   One of the severe accidents at nuclear power plants is a core damage accident. For example, in fast breeder reactors, the power density of the core is high, and the reactivity of the core increases at the time of an accident, so it has been pointed out that the core may be damaged in a short time. For this reason, JSFR (Japan Sodium-cooled Fast Reactor) is an advanced loop-type sodium-cooled fast reactor that is under development in Japan. Various measures are taken to end the event in the furnace without occurring.

損傷炉心物質は炉心燃料や種々構造物が混在したデブリであり、炉内で事象が終息した場合、当該デブリは原子炉容器底部に設けたコアキャッチャ等に再配置される。デブリは、核反応により生成された中性子やガンマ線を放射する同位体元素を数多く含んでおり、高い放射能を有している。   The damaged core material is debris in which core fuel and various structures are mixed. When the event ends in the reactor, the debris is rearranged on a core catcher or the like provided at the bottom of the reactor vessel. Debris contains many isotopes that emit neutrons and gamma rays generated by nuclear reactions, and has high radioactivity.

過酷事故が発生した場合、炉内で事象を終息させるための前述したような対策が想定通りに機能し再臨界を回避していることを監視する手段として、各位置に再配置したデブリの堆積量を測定することが有効であると考えられる。   In the event of a severe accident, the debris relocated at each location as a means of monitoring that the measures described above to terminate the event in the furnace function as expected and avoid recriticality. It is considered effective to measure the amount.

従来、軽水炉発電プラントにおいてデブリの位置を特定する方法として、レーザー発振装置と、レーザー発振装置から発振されたレーザー光をシート状に照射するレーザーシート形成用の走査光学系と、レーザーシートにおける測定領域の光データを伝送する光ケーブルと、光ケーブルによって伝送された光データを撮影して画像データを取得するカメラと、画像データを処理する画像処理部と、走査光学系および光ケーブルを原子炉圧力容器または原子炉格納容器内の冷却水中に挿入するアームと、を備え、画像処理部によりデブリの崩壊熱が周辺の冷却水に生じさせる対流を検知することによってデブリの位置を特定するようにしたものが公知となっている(例えば、下記特許文献1参照)。   Conventionally, as a method for identifying the position of debris in a light water reactor power plant, a laser oscillation device, a scanning optical system for forming a laser sheet that irradiates a laser beam oscillated from the laser oscillation device in a sheet shape, and a measurement region in the laser sheet An optical cable for transmitting optical data, a camera for capturing image data by capturing the optical data transmitted by the optical cable, an image processing unit for processing the image data, a scanning optical system and an optical cable for the reactor pressure vessel or atomic And an arm that is inserted into the cooling water in the reactor containment vessel, and the position of the debris is identified by detecting convection caused by the decay heat of the debris in the surrounding cooling water by the image processing unit. (For example, see Patent Document 1 below).

また、同じく軽水炉発電プラントにおけるデブリの位置特定方法として、対象物に光を照射してスクリーンに投影し、スクリーンに投影された光を撮影し、撮影された画像からゆらぎがある位置を判断し、ゆらぎがある位置からデブリの位置を検知するようにしたものも公知となっている(例えば、下記特許文献2参照)。   Similarly, as a method for specifying the position of debris in a light water reactor power plant, the object is irradiated with light and projected onto a screen, the light projected on the screen is photographed, and the position where there is fluctuation is determined from the photographed image, A device in which the position of debris is detected from a position where there is a fluctuation is also known (for example, see Patent Document 2 below).

特開2013−160738号公報JP 2013-160738 A 特開2014−215185号公報JP 2014-215185 A

しかしながら、上述した従来のデブリの堆積位置特定方法は、過酷事故発生時に原子炉格納容器内へ検出器を挿入するものであり、検出器の耐環境性、検出器挿入用開口部の設置の必要性、作業員の安全性(作業員の炉内への近接可能性)など、種々の課題を有している。   However, the conventional debris deposition position specifying method described above is to insert a detector into the reactor containment vessel in the event of a severe accident, and it is necessary to install the detector in the environment resistance and the detector insertion opening. There are various problems such as safety and safety of workers (possibility of proximity of workers to the furnace).

一方で、近年では上述したようにデブリがある程度特定された位置に堆積するよう種々の対策が施されているため、デブリの堆積量が推定できれば、炉内の状況を把握することができると考えられる。   On the other hand, in recent years, as described above, since various measures have been taken to deposit debris at a specified position to some extent, if the amount of debris accumulated can be estimated, the situation inside the furnace can be grasped. It is done.

以上のことから本発明は、安全かつ確実に、炉内に堆積したデブリの堆積量を推定することを可能としたデブリの堆積量推定装置及び推定方法を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a debris accumulation amount estimation apparatus and an estimation method capable of safely and reliably estimating the amount of debris accumulated in a furnace.

上記の課題を解決するための第1の発明に係るデブリの堆積量推定装置は、
炉心を収納し液体金属が充填された原子炉容器内のデブリの堆積量を推定する装置であって、
前記原子炉容器の外部から当該原子炉容器内の中性子束の計測を行う中性子検出器と、
前記中性子検出器によって検出した中性子束の値に基づき前記原子炉容器内のデブリの堆積量を推定するデブリ堆積量推定手段と
を備える
ことを特徴とする。
The debris accumulation amount estimation device according to the first invention for solving the above-mentioned problems is
An apparatus for estimating the amount of debris deposited in a nuclear reactor vessel containing a core and filled with liquid metal,
A neutron detector for measuring the neutron flux in the reactor vessel from the outside of the reactor vessel;
Debris deposition amount estimation means for estimating the amount of debris deposition in the reactor vessel based on the value of the neutron flux detected by the neutron detector.

上記の課題を解決するための第2の発明に係るデブリの堆積量推定装置は、
前記中性子検出器が、前記原子炉容器の外周を覆う生体遮蔽壁に形成された上下方向に延びる穴に挿通され、
前記デブリ堆積量推定手段が、
炉心損傷状況を想定した遮蔽解析を行ってデブリの堆積位置及び堆積量と中性子束の鉛直方向の分布との関連付けを行う遮蔽解析部と、
前記遮蔽解析部による解析結果と前記中性子検出器によって検出した中性子束の値とを比較して原子炉容器内に実際に堆積しているデブリの量を推定するデブリ堆積量推定演算部と
を備える
ことを特徴とする。
The debris accumulation amount estimation device according to the second invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
The neutron detector is inserted into a vertically extending hole formed in a biological shielding wall covering the outer periphery of the reactor vessel,
The debris accumulation amount estimation means is
A shielding analysis unit that performs shielding analysis assuming a core damage situation and associates the deposition position and amount of debris with the vertical distribution of neutron flux,
A debris deposition amount estimation calculation unit that compares the analysis result of the shielding analysis unit with the value of the neutron flux detected by the neutron detector and estimates the amount of debris actually deposited in the reactor vessel It is characterized by that.

上記の課題を解決するための第3の発明に係るデブリの堆積量推定装置は、
前記遮蔽解析部が、解析結果に基づいて前記中性子検出器による計測を実施する計測位置を決定し、
前記デブリ堆積量推定演算部が、前記遮蔽解析部による解析結果と前記計測位置に配置した前記中性子検出器によって検出された中性子束の値とを比較して前記原子炉容器内の前記計測位置に堆積したデブリの量を推定する
ことを特徴とする。
A debris accumulation amount estimation device according to a third invention for solving the above-described problems is
The shielding analysis unit determines a measurement position for performing measurement by the neutron detector based on the analysis result,
The debris deposition amount estimation calculation unit compares the analysis result by the shielding analysis unit with the value of the neutron flux detected by the neutron detector arranged at the measurement position, and sets the measurement position in the reactor vessel. It is characterized by estimating the amount of accumulated debris.

上記の課題を解決するための第4の発明に係るデブリの堆積量推定装置は、
前記遮蔽解析部が、解析結果に基づいて実際に前記中性子検出器による計測を実施する複数の計測位置を決定し、
前記デブリ堆積量推定演算部が、前記遮蔽解析部による解析結果と前記中性子検出器によってそれぞれの前記計測位置ごとに検出した中性子束の値とを比較して前記原子炉容器内の各前記計測位置に堆積したデブリの量を推定する
ことを特徴とする。
A debris accumulation amount estimation apparatus according to a fourth invention for solving the above-described problems is
The shielding analysis unit determines a plurality of measurement positions for actually performing measurement by the neutron detector based on the analysis result,
The debris accumulation amount estimation calculation unit compares the analysis result by the shielding analysis unit with the value of the neutron flux detected for each measurement position by the neutron detector, and each measurement position in the reactor vessel It is characterized by estimating the amount of debris deposited on the surface.

上記の課題を解決するための第5の発明に係るデブリの堆積量推定方法は、
炉心を収納し液体金属が充填された原子炉容器内のデブリの堆積量を推定する方法であって、
前記原子炉容器の外部から中性子束の計測を行い、
検出した中性子束の値に基づいて前記原子炉容器内のデブリの堆積量を推定する
ことを特徴とする。
A debris accumulation amount estimation method according to a fifth aspect of the present invention for solving the above problem is as follows.
A method for estimating the amount of debris deposited in a reactor vessel containing a core and filled with liquid metal,
Measure the neutron flux from the outside of the reactor vessel,
The amount of debris deposited in the reactor vessel is estimated based on the detected neutron flux value.

上記の課題を解決するための第6の発明に係るデブリの堆積量推定方法は、
炉心損傷状況を想定した遮蔽解析を行ってデブリの堆積位置及び堆積量と中性子束の鉛直方向の分布とを関連付け、
解析結果と実際に検出した中性子束の値とを比較して前記原子炉容器内に堆積したデブリの量を推定する
ことを特徴とする。
A debris accumulation amount estimation method according to a sixth aspect of the present invention for solving the above problem is as follows.
Shielding analysis assuming core damage situation was performed to correlate the deposition position and amount of debris with the vertical distribution of neutron flux,
The analysis result is compared with the actually detected neutron flux value to estimate the amount of debris accumulated in the reactor vessel.

上記の課題を解決するための第7の発明に係るデブリの堆積量推定方法は、
解析結果に基づいて中性子束の計測を実施する計測位置を決定し、
解析結果と前記計測位置で検出した中性子束の値とを比較して前記原子炉容器内に堆積したデブリの量を推定する
ことを特徴とする。
A debris accumulation amount estimation method according to a seventh aspect of the present invention for solving the above problem is as follows:
Based on the analysis results, determine the measurement position where neutron flux measurement will be performed,
The analysis result and the value of the neutron flux detected at the measurement position are compared to estimate the amount of debris accumulated in the reactor vessel.

上記の課題を解決するための第8の発明に係るデブリの堆積量推定方法は、
解析結果に基づいて中性子束の計測を実施する複数の計測位置を決定し、
解析結果とそれぞれの前記計測位置で検出した中性子束の値とを比較して前記原子炉容器内に堆積したデブリの量を推定する
ことを特徴とする。
A debris accumulation amount estimation method according to an eighth aspect of the present invention for solving the above problems is as follows.
Based on the analysis results, determine the multiple measurement positions for measuring the neutron flux,
The analysis result and the value of neutron flux detected at each measurement position are compared to estimate the amount of debris accumulated in the reactor vessel.

上述した本発明に係るデブリの堆積量推定装置及び推定方法によれば、安全かつ確実に、炉内に堆積したデブリの堆積量を推定することができる。   According to the debris accumulation amount estimation apparatus and estimation method according to the present invention described above, the amount of debris accumulation in the furnace can be estimated safely and reliably.

本発明の実施例に係るデブリの堆積量推定装置を用いた中性子束計測例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of neutron flux measurement using the deposition amount estimation apparatus of the debris which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係るデブリの堆積量推定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the deposition amount estimation apparatus of the debris which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係るデブリの堆積量推定方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the deposition amount estimation method of the debris which concerns on the Example of this invention. 炉心中心高さからの距離と中性子束分布との関係を示す分布図である。It is a distribution map which shows the relationship between the distance from core center height, and neutron flux distribution. 炉心中心高さからの距離と計数率との関係を示す分布図である。It is a distribution map which shows the relationship between the distance from core center height, and a count rate. デブリが複数個所に堆積した例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example which debris accumulated in multiple places.

以下、図面を参照しつつ本発明に係るデブリの堆積量推定装置及び推定方法について説明する。   Hereinafter, a debris accumulation amount estimation apparatus and estimation method according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1から図4を用いて本発明の一実施例に係るデブリの堆積量推定装置及び推定方法の詳細を説明する。   Details of the debris accumulation amount estimation apparatus and estimation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1に高速増殖炉であるJSFRに本実施例に係るデブリの堆積推定装置及び推定方法を適用した例を示す。
図1に示すように、炉心11を収納する原子炉容器10の内部空間には、下部プレナム12と中間プレナム13とを隔てるスカート部15が設けられており、炉心11は当該スカート部15等の据付部によって支持されている。
炉心11の上方には、中間プレナム13と上部プレナム14とを隔てる円環状に形成された積層板16が原子炉容器10の内周面に沿って設けられている。また、下部プレナム12には過酷事故発生時に溶融した燃料の受け皿となるコアキャッチャ17が設けられている。
この原子炉容器10内には冷却材として液体金属である液体ナトリウム18が充填されている。また、原子炉容器10は、その外周を生体遮蔽壁20によって取り囲まれている。
FIG. 1 shows an example in which the debris accumulation estimation apparatus and estimation method according to this embodiment are applied to JSFR, which is a fast breeder reactor.
As shown in FIG. 1, a skirt portion 15 that separates the lower plenum 12 and the intermediate plenum 13 is provided in the internal space of the reactor vessel 10 that houses the core 11, and the core 11 includes the skirt portion 15 and the like. It is supported by the installation part.
Above the core 11, a laminated plate 16 formed in an annular shape that separates the intermediate plenum 13 and the upper plenum 14 is provided along the inner peripheral surface of the reactor vessel 10. The lower plenum 12 is provided with a core catcher 17 that serves as a tray for the molten fuel when a severe accident occurs.
The reactor vessel 10 is filled with liquid sodium 18 which is a liquid metal as a coolant. Further, the outer periphery of the nuclear reactor vessel 10 is surrounded by the biological shielding wall 20.

なお、図1は過酷事故発生時を想定したものであり、コアキャッチャ17にデブリDが堆積した状態を示している。   FIG. 1 assumes that a severe accident has occurred, and shows a state in which debris D has accumulated on the core catcher 17.

そして、デブリの堆積量推定装置30は、一つの中性子検出器31と、デブリ堆積量推定手段としてのデブリ堆積量推定部32とから構成されている。
本実施例では、生体遮蔽壁20に上下方向(本実施例では鉛直方向)に沿って計測用の穴20aが形成されており、中性子検出器31は当該検出器31の水平方向外側の空間に存在する中性子束を計測するようにこの計測用の穴20aに挿通され、原子炉容器10の外側から原子炉容器10内部の中性子束の計測を行う。計測用の穴20aの深さは、少なくともコアキャッチャ17と同じ高さにおいて中性子検出器31による計測を行うことができる深さとする。
中性子検出器31によって計測した結果はデブリ堆積量推定部32に送られる。
The debris accumulation amount estimation device 30 includes a single neutron detector 31 and a debris accumulation amount estimation unit 32 as debris accumulation amount estimation means.
In the present embodiment, a measurement hole 20a is formed in the biological shielding wall 20 along the vertical direction (vertical direction in the present embodiment), and the neutron detector 31 is located in a space outside the detector 31 in the horizontal direction. The neutron flux inside the reactor vessel 10 is measured from the outside of the reactor vessel 10 through the measurement hole 20a so as to measure the existing neutron flux. The depth of the measurement hole 20 a is set to a depth at which measurement by the neutron detector 31 can be performed at least at the same height as the core catcher 17.
The result measured by the neutron detector 31 is sent to the debris accumulation amount estimation unit 32.

デブリ堆積量推定部32は、図2に示すように遮蔽解析部321と、遮蔽解析結果記憶部322と、中性子計測結果記憶部323と、デブリ堆積量推定演算部324とを備えている。   As shown in FIG. 2, the debris accumulation amount estimation unit 32 includes a shielding analysis unit 321, a shielding analysis result storage unit 322, a neutron measurement result storage unit 323, and a debris accumulation amount estimation calculation unit 324.

遮蔽解析部321は、予め過酷事故が発生した場合の状況(原子炉構造、デブリ堆積位置、デブリ堆積量、計測開始時期など)を想定して模擬解析(以下、遮蔽解析という)を実施する。この遮蔽解析によりデブリDの堆積位置及び堆積量と特定の位置(例えば、計測用の穴20aのコアキャッチャと同じ深さにある位置)に配置した中性子検出器31により検出した中性子束の量との関係を把握し、デブリDの堆積量と計測位置での中性子束の鉛直方向の分布との関連付けを行う。   The shielding analysis unit 321 performs simulation analysis (hereinafter referred to as shielding analysis) assuming a situation (reactor structure, debris deposition position, debris deposition amount, measurement start timing, etc.) when a severe accident occurs in advance. The deposition position and deposition amount of debris D and the amount of neutron flux detected by the neutron detector 31 arranged at a specific position (for example, a position at the same depth as the core catcher of the measurement hole 20a) by this shielding analysis And the correlation between the deposition amount of the debris D and the vertical distribution of the neutron flux at the measurement position is performed.

遮蔽解析結果記憶部322は、遮蔽解析部321によって実施した遮蔽解析の結果を保管する。
中性子計測結果記憶部323は、中性子検出器31によって検出した中性子束の計測結果を保管する。
The shielding analysis result storage unit 322 stores the result of the shielding analysis performed by the shielding analysis unit 321.
The neutron measurement result storage unit 323 stores the measurement result of the neutron flux detected by the neutron detector 31.

デブリ堆積量推定演算部324は、遮蔽解析結果記憶部322に保管された遮蔽解析の結果と、中性子計測結果記憶部323に保管された中性子束の計測結果とに基づいて原子炉容器10内部の特定の位置に堆積したデブリDの堆積量の推定を行う。すなわち、原子炉容器10の外部から中性子束を計測した結果と遮蔽解析で得られたデブリDの堆積量に対する計測位置における中性子束の値とを比較してデブリDの堆積量を推定する。推定結果は、図示しない表示部等に出力される。   The debris accumulation amount estimation calculation unit 324 is based on the result of the shielding analysis stored in the shielding analysis result storage unit 322 and the measurement result of the neutron flux stored in the neutron measurement result storage unit 323. The amount of debris D deposited at a specific position is estimated. That is, the deposition amount of debris D is estimated by comparing the result of measuring the neutron flux from the outside of the reactor vessel 10 with the value of the neutron flux at the measurement position with respect to the deposition amount of debris D obtained by shielding analysis. The estimation result is output to a display unit (not shown).

以下、図3から図5を用いて本実施例におけるデブリの堆積量推定方法についてより詳しく説明する。
本実施例に係るデブリの堆積量推定装置では、まず、遮蔽解析部321において、過酷事故発生における計測時の状況(原子炉構造、デブリ堆積位置、デブリ堆積量、計測開始時期など)を想定して遮蔽解析を実施し(ステップS1)、原子炉容器10内部の中性子束の鉛直方向の分布を求める(ステップS2)。なお、デブリDに含まれる中性子束の量については、これまでの知見を踏まえて求めたデブリDの組成(燃料と構造材との割合)に基づいて定めるものとする。ステップS2で求めた中性子束の分布は、解析結果として遮蔽解析結果記憶部323に保管される。
図4に示す例は、デブリDが全てコアキャッチャ17に堆積したと想定した場合の中性子束の分布の一例である。
Hereinafter, the debris accumulation amount estimation method according to the present embodiment will be described in more detail with reference to FIGS.
In the debris deposition amount estimation apparatus according to the present embodiment, first, the shielding analysis unit 321 assumes the situation at the time of a severe accident occurrence (reactor structure, debris deposition position, debris deposition amount, measurement start timing, etc.). The shielding analysis is performed (step S1), and the vertical distribution of the neutron flux inside the reactor vessel 10 is obtained (step S2). The amount of neutron flux contained in the debris D is determined based on the composition of the debris D (ratio of fuel and structural material) obtained based on the knowledge so far. The distribution of the neutron flux obtained in step S2 is stored in the shielding analysis result storage unit 323 as an analysis result.
The example shown in FIG. 4 is an example of the distribution of neutron flux when it is assumed that the debris D is all deposited on the core catcher 17.

続いて、同じく遮蔽解析部321において、ステップS2で求めた中性子束の分布を、中性子検出器31が計測する計数率の分布に変換する(ステップS3)。図5に示す例は、図4に示す中性子束の仮想分布を、計数率分布に変換した例である。ステップS3で求めた計数率分布は、解析結果として遮蔽解析結果記憶部323に保管される。   Subsequently, the shielding analysis unit 321 also converts the distribution of neutron flux obtained in step S2 into the distribution of count rate measured by the neutron detector 31 (step S3). The example shown in FIG. 5 is an example in which the virtual distribution of neutron flux shown in FIG. 4 is converted into a count rate distribution. The count rate distribution obtained in step S3 is stored in the shielding analysis result storage unit 323 as an analysis result.

続いて、ステップS3で求めた計数率分布から、デブリDが堆積していることを特徴づける次の二つの観点に基づいて、過酷事故が発生した場合に中性子検出器31により中性子束の計測を行う位置(本実施例では、計測用の穴20a内の中性子検出器31を配置する深さ。以下、計測位置という)を決定する(ステップS4)。
・計数率が多い。
・鉛直方向の計数率の変化が小さい。
Subsequently, based on the following two viewpoints that characterize the accumulation of debris D from the count rate distribution obtained in step S3, the neutron detector 31 measures the neutron flux when a severe accident occurs. A position to be performed (in this embodiment, a depth at which the neutron detector 31 in the measurement hole 20a is disposed; hereinafter referred to as a measurement position) is determined (step S4).
・ There are many counting rates.
・ Vertical change in counting rate is small.

図5に示す例では、炉心11の中心高さよりも850cm下方の位置(コアキャッチャが設置されている位置)が、計数率が高く且つ鉛直方向の計数率の変化が小さいことから、この位置が計測位置として決定される。   In the example shown in FIG. 5, the position below 850 cm from the center height of the core 11 (the position where the core catcher is installed) has a high count rate and a small change in the count rate in the vertical direction. It is determined as a measurement position.

そして、事故が発生した場合には、ステップS4で決定した計測位置に中性子検出器31を手動又は遠隔操作等により配置し、当該計測位置において中性子束の計測を行う(ステップS5)。計測結果は、中性子計測結果記憶部323に保管される。   When an accident occurs, the neutron detector 31 is placed at the measurement position determined in step S4 manually or remotely, and the neutron flux is measured at the measurement position (step S5). The measurement result is stored in the neutron measurement result storage unit 323.

続いて、デブリ堆積量推定演算部324において、遮蔽解析の結果と中性子検出器31によって計測した結果とに基づき、デブリDの堆積量を推定する(ステップS6)。より具体的には、デブリ堆積量推定演算部324では、解析で求めたデブリDの堆積量(本実施例では、全てのデブリDがコアキャッチャ17に堆積したと仮定したときのデブリDの堆積量)を1としたときの比率rを下式(1)により求める。   Subsequently, the debris accumulation amount estimation calculation unit 324 estimates the accumulation amount of debris D based on the result of the shielding analysis and the result measured by the neutron detector 31 (step S6). More specifically, in the debris accumulation amount estimation calculation unit 324, the debris D accumulation amount obtained in the analysis (in this embodiment, the debris D accumulation when it is assumed that all the debris D has accumulated on the core catcher 17). The ratio r when the (amount) is 1 is obtained by the following equation (1).

Figure 2017049028
Figure 2017049028

ただし、C:計測した中性子束のカウント数[c]
T:計測時間[s]
a:解析結果から求まる計数率[cps]
However, C: Count number of measured neutron flux [c]
T: Measurement time [s]
a: Count rate obtained from the analysis result [cps]

そして、式(1)により求めた比率rから、実際に原子炉容器10の内部に堆積しているデブリDの堆積量を推定する。このように構成される本実施例に係るデブリの堆積量推定方法での推定誤差は約2%であった(誤差要素として検出器の据付誤差(±10cm)に起因するものとカウント数のゆらぎ(1σ)に起因するものとを考慮)。
なお、本実施例では、デブリDの組成(燃料と構造材の割合)をこれまでの知見を踏まえて定めているため、そこから発生する中性子束を計測することで堆積量の推定を可能としている。
Then, the deposition amount of the debris D actually deposited in the reactor vessel 10 is estimated from the ratio r obtained by the equation (1). The estimation error in the debris accumulation amount estimation method according to the present embodiment configured as described above was about 2% (the error factor was caused by detector installation error (± 10 cm) and the fluctuation of the count number (Considering that due to (1σ)).
In this example, the composition of the debris D (ratio of fuel and structural material) is determined based on the knowledge so far, so the amount of deposition can be estimated by measuring the neutron flux generated from it. Yes.

このように、本実施例に係るデブリの堆積量推定方法は、デブリDの中に中性子を放射する同位体元素が含まれていることに着目し、原子炉容器10の外部から原子炉容器10内部の中性子束を計測することによってデブリDの堆積位置における量を推定するものである。   As described above, the debris accumulation amount estimation method according to the present embodiment pays attention to the fact that the debris D contains an isotope element that emits neutrons, and from the outside of the reactor vessel 10, the reactor vessel 10. The amount of the debris D at the deposition position is estimated by measuring the internal neutron flux.

JSFRに代表される高速増殖炉ではナトリウムなどの液体金属を冷却材に使用していることから、軽水に比べ中性子が冷却材等に吸収されにくく、デブリDから放射される中性子束を原子炉容器10の外部から計測できるため、原子炉容器10の内部に中性子検出器31を挿入する必要がなく、安全にデブリDの堆積位置における量を推定することが可能である。   Since fast breeder reactors such as JSFR use liquid metals such as sodium as coolant, neutrons are less likely to be absorbed by coolant compared to light water, and the neutron flux emitted from debris D is a reactor vessel. 10 can be measured from the outside, it is not necessary to insert the neutron detector 31 in the reactor vessel 10 and the amount of the debris D at the deposition position can be safely estimated.

また、JSFRでは、再臨界を回避するため種々の対策が施されており、デブリが堆積する位置はある程度特定することが可能であるため、デブリの量を推定することで、炉内の状況を把握することも可能となる。   In JSFR, various measures are taken to avoid recriticality, and the position where debris accumulates can be specified to some extent. Therefore, by estimating the amount of debris, It is also possible to grasp.

このように、本実施例に係るデブリの堆積量推定装置及び推定方法によれば、確実かつ安全に、特定された位置に堆積したデブリの堆積量を推定することができ、これにより、炉内の状況を把握することができる。   As described above, according to the debris accumulation amount estimation apparatus and the estimation method according to the present embodiment, it is possible to reliably and safely estimate the amount of debris accumulated at the specified position. Can understand the situation.

なお、JSFRでは、上述した再臨界を回避するため種々の対策として、炉心を構成する燃料集合体内に損傷炉心物質が通るダクトを設け、事故時には損傷炉心物質がこのダクトを通って上部に吹き上げ積層板に堆積し、残りの損傷炉心物質も受け皿であるコアキャッチャに落ちて堆積するように構成されている(図6参照)。本実施例ではデブリが全てコアキャッチャ17に堆積したと想定して遮蔽解析を行う例を示したが、例えば図6に示すように、過酷事故時に損傷炉心物質が積層板16及びコアキャッチャ17に堆積するように構成されている場合は、計測位置として各堆積位置に対応する計測位置を設定し、それぞれの計測位置ごとに解析結果と実際の計測結果とに基づき各堆積位置におけるデブリDの堆積量を推定すればよい。   In JSFR, in order to avoid the above-mentioned recriticality, as various measures, a duct through which damaged core material passes is provided in the fuel assembly constituting the core. It accumulates on the plate, and the remaining damaged core material is configured to fall on the core catcher, which is a saucer, and accumulate (see FIG. 6). In the present embodiment, an example is shown in which the shielding analysis is performed on the assumption that all debris has accumulated on the core catcher 17. However, for example, as shown in FIG. When configured to deposit, the measurement position corresponding to each deposition position is set as the measurement position, and the debris D is deposited at each deposition position based on the analysis result and the actual measurement result for each measurement position. What is necessary is just to estimate the quantity.

また、本実施例では一つの中性子検出器31により中性子束の計測を行う例を示したが、生体遮蔽壁に計測用の穴を複数形成し、それぞれの穴に中性子検出器を挿通して原子炉容器10内の中性子束を計測し、それぞれの計測結果を総合的に判断してデブリDの堆積量を推定するようにしてもよい。   Further, in this embodiment, an example in which the neutron flux is measured by one neutron detector 31 is shown, but a plurality of measurement holes are formed in the biological shielding wall, and the neutron detector is inserted into each hole to perform atomic measurement. The neutron flux in the reactor vessel 10 may be measured, and the accumulated amount of the debris D may be estimated by comprehensively determining each measurement result.

本発明は、炉心を収納し液体金属が充填された原子炉容器の外部から当該原子炉容器内部にあるデブリの堆積量を推定するデブリの堆積量推定装置及び推定方法に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a debris accumulation amount estimation apparatus and an estimation method for estimating a debris accumulation amount inside a reactor vessel from the outside of a reactor vessel that contains a core and is filled with a liquid metal.

10 原子炉容器
11 炉心
12 下部プレナム
13 中間プレナム
14 上部プレナム
15 スカート部
16 積層板
17 コアキャッチャ
18 液体ナトリウム
20 生体遮蔽壁
20a 計測用の穴
30 デブリの堆積量推定装置
31 中性子検出器
32 デブリ堆積量推定部
321 遮蔽解析部
322 遮蔽解析結果記憶部
323 中性子計測結果記憶部
324 デブリ堆積量推定演算部
D デブリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Reactor vessel 11 Core 12 Lower plenum 13 Middle plenum 14 Upper plenum 15 Skirt part 16 Laminated board 17 Core catcher 18 Liquid sodium 20 Biological shielding wall 20a Measurement hole 30 Debris deposition amount estimation apparatus 31 Neutron detector 32 Debris deposition Quantity estimation part 321 Shielding analysis part 322 Shielding analysis result storage part 323 Neutron measurement result storage part 324 Debris deposition amount estimation calculation part D Debris

Claims (8)

炉心を収納し液体金属が充填された原子炉容器内のデブリの堆積量を推定する装置であって、
前記原子炉容器の外部から当該原子炉容器内の中性子束の計測を行う中性子検出器と、
前記中性子検出器によって検出した中性子束の値に基づき前記原子炉容器内のデブリの堆積量を推定するデブリ堆積量推定手段と
を備える
ことを特徴とするデブリの堆積量推定装置。
An apparatus for estimating the amount of debris deposited in a nuclear reactor vessel containing a core and filled with liquid metal,
A neutron detector for measuring the neutron flux in the reactor vessel from the outside of the reactor vessel;
A debris accumulation amount estimation device, comprising: debris accumulation amount estimation means for estimating a debris accumulation amount in the reactor vessel based on a value of a neutron flux detected by the neutron detector.
前記中性子検出器が、前記原子炉容器の外部を覆う生体遮蔽壁に形成された上下方向に延びる穴に挿通され、
前記デブリ堆積量推定手段が、
炉心損傷状況を想定した遮蔽解析を行ってデブリの堆積位置及び堆積量と中性子束の鉛直方向の分布との関連付けを行う遮蔽解析部と、
前記遮蔽解析部による解析結果と前記中性子検出器によって検出した中性子束の値とを比較して原子炉容器内に実際に堆積しているデブリの量を推定するデブリ堆積量推定演算部と
を備える
ことを特徴とする請求項1に記載のデブリの堆積量推定装置。
The neutron detector is inserted into a vertically extending hole formed in a biological shielding wall that covers the outside of the reactor vessel,
The debris accumulation amount estimation means is
A shielding analysis unit that performs shielding analysis assuming a core damage situation and associates the deposition position and amount of debris with the vertical distribution of neutron flux,
A debris deposition amount estimation calculation unit that compares the analysis result of the shielding analysis unit with the value of the neutron flux detected by the neutron detector and estimates the amount of debris actually deposited in the reactor vessel The debris accumulation amount estimation apparatus according to claim 1, wherein
前記遮蔽解析部が、解析結果に基づいて前記中性子検出器による計測を実施する計測位置を決定し、
前記デブリ堆積量推定演算部が、前記遮蔽解析部による解析結果と前記計測位置に位置付けた前記中性子検出器によって検出した中性子束の値とを比較して前記原子炉容器内の前記計測位置に堆積したデブリの量を推定する
ことを特徴とする請求項2に記載のデブリの堆積量推定装置。
The shielding analysis unit determines a measurement position for performing measurement by the neutron detector based on the analysis result,
The debris deposition amount estimation calculation unit compares the analysis result by the shielding analysis unit with the value of the neutron flux detected by the neutron detector positioned at the measurement position, and deposits at the measurement position in the reactor vessel The debris accumulation amount estimation apparatus according to claim 2, wherein the debris accumulation amount is estimated.
前記遮蔽解析部が、解析結果に基づいて実際に前記中性子検出器による計測を実施する複数の計測位置を決定し、
前記デブリ堆積量推定演算部が、前記遮蔽解析部による解析結果と前記中性子検出器によってそれぞれの前記計測位置ごとに検出した中性子束の値とを比較して前記原子炉容器内の各前記計測位置に堆積したデブリの量を推定する
ことを特徴とする請求項2に記載のデブリの堆積量推定装置。
The shielding analysis unit determines a plurality of measurement positions for actually performing measurement by the neutron detector based on the analysis result,
The debris accumulation amount estimation calculation unit compares the analysis result by the shielding analysis unit with the value of the neutron flux detected for each measurement position by the neutron detector, and each measurement position in the reactor vessel The debris accumulation amount estimation device according to claim 2, wherein the amount of debris accumulated on the surface is estimated.
炉心を収納し液体金属が充填された原子炉容器内のデブリの堆積量を推定する方法であって、
前記原子炉容器の外部から中性子束の計測を行い、
検出した中性子束の値に基づいて前記原子炉容器内のデブリの堆積量を推定する
ことを特徴とするデブリの堆積量推定方法。
A method for estimating the amount of debris deposited in a reactor vessel containing a core and filled with liquid metal,
Measure the neutron flux from the outside of the reactor vessel,
A debris deposition amount estimation method, comprising: estimating a debris deposition amount in the reactor vessel based on a detected neutron flux value.
炉心損傷状況を想定した遮蔽解析を行ってデブリの堆積位置及び堆積量と中性子束の鉛直方向の分布とを関連付け、
解析結果と実際に検出した中性子束の値とを比較して前記原子炉容器内に堆積したデブリの量を推定する
ことを特徴とする請求項5に記載のデブリの堆積量推定方法。
Shielding analysis assuming core damage situation was performed to correlate the deposition position and amount of debris with the vertical distribution of neutron flux,
6. The debris deposition amount estimation method according to claim 5, wherein the amount of debris deposited in the reactor vessel is estimated by comparing the analysis result with the actually detected neutron flux value.
解析結果に基づいて中性子束の計測を実施する計測位置を決定し、
解析結果と前記計測位置で検出した中性子束の値とを比較して前記原子炉容器内に堆積したデブリの量を推定する
ことを特徴とする請求項6に記載のデブリの堆積量推定方法。
Based on the analysis results, determine the measurement position where neutron flux measurement will be performed,
The debris accumulation amount estimation method according to claim 6, wherein an amount of debris accumulated in the reactor vessel is estimated by comparing an analysis result with a value of a neutron flux detected at the measurement position.
解析結果に基づいて中性子束の計測を実施する複数の計測位置を決定し、
解析結果とそれぞれの前記計測位置で検出した中性子束の値とを比較して前記原子炉容器内に堆積したデブリの量を推定する
ことを特徴とする請求項6に記載のデブリの堆積量推定方法。
Based on the analysis results, determine the multiple measurement positions for measuring the neutron flux,
The amount of debris deposited in the reactor vessel is estimated by comparing an analysis result with a value of a neutron flux detected at each of the measurement positions. Method.
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JP2019211340A (en) * 2018-06-05 2019-12-12 三菱Fbrシステムズ株式会社 Analysis method and analysis program for fast furnace debris bed cooling
CN112146600A (en) * 2020-08-20 2020-12-29 中国原子能科学研究院 Device and method for rapidly determining scab position in precipitation reactor

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