JP2768793B2

JP2768793B2 - 原子炉の出力領域中性子モニタ

Info

Publication number: JP2768793B2
Application number: JP2068631A
Authority: JP
Inventors: 繁宏河野; 博久北川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-19
Filing date: 1990-03-19
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: JPH03269287A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］〔産業上の利用分野〕本発明は原子力発電プラントにおいて定格出力運転状
態での原子炉内中性子束を監視する原子炉の出力領域中
性子モニタに関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の出力領域中性子束モニタとしては、原
子炉内に設置した中性子検出器に高電圧を印加してお
き、中性子検出器に入射する中性子束強度に比例した電
流を検出して、この検出信号を監視するモニタが知られ
ている。

第２図は従来の出力領域中性子束モニタの構成例を示
す図である。同図に示す１は原子炉内に設置された中性
子検出器であり、低抗器２を介して高圧電源３に接続さ
れている。この中性子検出器１は、中性子束が入射する
と入射する中性子束強度に比例した電流が低抗体２をと
おって高圧電源から流れ、抵抗器２の両端に検出器電流
（中性子検出器の出力信号）に比例した電圧が発生す
る。この抵抗器２の両端電圧は、高圧電源２の出力電圧
が印加されている入力側回路と出力側回路とを電気的に
絶縁している絶縁アンプ４の出力側に発生する。これに
より出力側に接続される回路の基準電圧（コモン）を接
地レベル（0V）とすることができこれら回路に用いる各
素子と接地レベルのもの（たとえば人間の手等）との短
絡の発生を防止して回路の取扱いを容易にしている。

絶縁アンプ４の出力側に発生した電圧は、中性子検出
器１の電流に比例しており、この電圧はA/D変換器５に
よってディジタル信号に変換された後、演算回路６によ
って処理される。演算回路６ではA/D変換器出力の電流
値への変換，原子炉出力パーセント値への変換、高レベ
ル監視，低レベル監視等の処理を行い、その結果がデー
タ入出力手段７から出力され、必要なデータがメモリ８
に記憶される。

また、中性子検出器１の感度校正時には、データ入出
力手段７より中性子検出器１の利得を入力し、その利得
をメモリ８に記録して以後の原子炉出力パーセント値へ
の変換時の演算係数として用いる。すなわち、中性子検
出器１の利得は100％出力時の電流値（μＡ）として与
えられ検出器パーセント出力は次式により計算される。

検出器パーセント出力＝（検出器電流／利得）×100（％）従来の回路では、この検出器利得を演算係数の変更の
みで調整することによりアンプ段での回路の調整を不要
とし操作性・保守性の向上を図っていた。

ところで、原子炉の出力領域中性子モニタに用いられ
る中性子検出器の出力範囲は一般に０〜3mAである。ま
た、中性子検出器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共に中性子の検出感度が劣化す
ることは良く知られている。

例えば、使用開始時に原子炉出力100％に対して1mAを
出力していた中性子検出器がその寿命の後期には75μＡ
しか出力しなくなる。これに対して、高い安全性が要求
される核計装系に於いては、常時、測定回路側に対して
100％出力に対して１％の測定精度が要求されている。
このことは測定回路に対して０〜3mAの電流を0.75μＡ
以下の精度で測定することを示しており、回路の分解能
は1/4000以下でなければならない。

従来の回路では上記信号をアンプ入力段でのレンジ切
換えなしに測定するために12bit以上の分解能のA/D変換
器を使用していた。これにより見かけ上は1/4095以下の
分解能が得られる。

しかし、AD変換器の入力範囲は通常の単極性場合では
０〜10Vであり、1/4000以下の分解能とするためには2.5
mV以下の信号を正確に入力できなければならない。とこ
ろが絶縁アンプの出力にはノイズが多いことは広く知ら
れる所であり、数mV〜10mV程度のノイズ及びオフセット
電圧があるため、A/D変換器の分解能を改善したとして
も0.75μＡの検出器電流を長期に渡り安定に測定するこ
とができなかった。

また、正確な検出器電流の測定には中性子検出器に印
加する高電圧の安定供給が必要である。しかし、従来の
回路では中性子検出器１と検出器電流を電圧に変換する
抵抗器２と高圧電源３を直列に接続していたため、検出
器電流が変化すると抵抗器２における電圧降下によって
中性子検出器１に印加される電圧が変化してしまう。

例えば、検出器電流が最大時の絶縁アンプ入力を10V
とするために抵抗器２の抵抗値を3.3kΩ、高圧電源３の
出力を100Vとすると、検出器電流が0mAのときは中性子
検出器１に対する印加電圧は100Vであるが、検出器電流
が3mAのときは約10V低下して90Vとなり相対的にも10％
の変動となる。中性子検出器１の印加電圧と出力電流の
間にはプラト−特性があり、ある一定の電圧範囲では印
加電圧の変化率に較べて出力電流の変化率が小さくなる
特性を有している。しかしそれでも尚10％の印加電圧の
変化が生じると、検出器電流を１％以下の精度で測定す
るのは困難である。また、0.75μＡの様に小さな電流を
精度良く測定するためには抵抗値を大きくしなければな
らないが抵抗値を大きくすると抵抗器における電圧降下
が大きくなり検出器の印加電圧の変化幅が大きくなって
しまう。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、従来の出力領域中性子モニタは、中性子検出
器からの検出器電流を極めて高精度に測定するのは非常
に困難であり、測定精度が低下する可能性があった。

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもの
で、操作性・保守性を損うことなく、検出器電流の大小
に関係なく安定した電圧を中性子検出器に印加でき、検
出器電流のような微小電流を極めて正確に測定すること
ができる原子炉の出力領域中性子モニタを提供すること
を目的とする。

［発明の構成］〔課題を解決するための手段〕上記の目的を達成するために本発明では、原子炉に設
置された中性子検出器に高電圧を印加し、中性子検出器
に入射する中性子束強度に比例して出力される電流信号
を絶縁アンプを介して演算部に取込み、当該電流信号を
A/D変換した後、中性子検出器の利得に応じた演算係数
を乗じて電流信号を補正する原子炉の出力領域中性子モ
ニタにおいて、上記中性子検出器を複数設けると共に、
上記絶縁アンプを当該中性子検出器にそれぞれ対応させ
て複数設け、各絶縁アンプの入力段にそれぞれ設けら
れ、対応する中性子検出器の電流信号を電圧信号に変換
するための演算増幅器と、各絶縁アンプと演算部との間
に設けられ、各絶縁アンプの出力信号のうちいずれか一
つを選択する信号選択手段と、複数の抵抗値の中から任
意の抵抗値を演算増幅器の帰還抵抗値として選択する帰
還抵抗値切換手段と、中性子検出器の感度校正時に得ら
れる中性子検出器の利得に基づいて帰還抵抗値および演
算係数を決定し、帰還抵抗値切換手段に電気的絶縁手段
を介して制御信号を出力すると共に、演算部に制御信号
を出力する手段とを備え、さらに中性子検出器に高電圧
を印加するための高圧電源を、各演算増幅器および各絶
縁アンプの接地側に設置して、各中性子検出器で高圧電
源を共有するマルチチャンネル構成としている。

〔作用〕

本発明は以上のような手段を講じたことにより、感度
校正時に得られる中性子検出器の利得に基づいて演算増
幅部の帰還抵抗値および演算部の演算係数が決定され、
演算増幅部ではその帰還抵抗に切換えられる。中性子検
出器には演算増幅器の仮想短絡の特性により高電圧が印
加され、検出器電流が演算増幅器の出力端子から上記選
択されている帰還抵抗値を通って中性子検出器に流れ込
む。演算増幅器の出力電圧は、帰還抵抗によって生じる
電圧降下分だけ演算増幅器の入力側より高い値となる。
絶縁アンプは演算増幅器出力と印加されている高電圧と
の電位差すなわち帰還抵抗による電圧降下分の電圧値と
等しい電圧を出力側に発生する。この出力電圧はA/D変
換された後、演算部にて上記演算乗数を乗じられて補正
される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は実施例である出力領域中性子モニタの構成図
である。この出力領域中性子モニタは、原子炉内の複数
箇所に設置され入射中性子束強度に比例した電流信号を
出力する複数の中性子検出器１−１〜１−８がそれぞれ
対応する演算増幅器11の一方の入力端子に接続されてい
る。各演算増幅器11の他方の入力端子には高圧電源12が
印加可能に接続されている。各演算増幅器11の出力端子
は絶縁アンプ13の一方の入力端子に接続され、この絶縁
アンプ13の他方の入力端子には、高圧電源12が接続され
ている。

すなわち、中性子検出器１−１〜１−８に高電圧を印
加するための高圧電源12を、各演算増幅器11および各絶
縁アンプ13の接地側に設置して、各中性子検出器１−１
〜１−８で高圧電源12を共有するマルチチャンネル構成
となっている。

一方、これら各絶縁アンプ13はその出力端子がそれぞ
れ信号選択回路14に接続されている。この信号選択回路
14で選択された絶縁アンプ13の出力はA/D変換器15に入
力し、そこでA/D変換された後、各種演算機能を有する
マイクロプロセッサ16に入力する。このマイクロプロセ
ッサ16は、データ入出力手段17を介して外部機器及びマ
ンマシンインタフェースとデータの入出力を行なうと共
に、メモリ18に対してデータの書込みおよび読出しを行
う構成となっている。

演算増幅器11には、この増幅器の帰還抵抗値となる複
数の抵抗器20−１〜20−３が設けられている。各抵抗器
20−１〜20−３は、一端が演算増幅器11の中性子検出器
側入力にそれぞれ接続され、他端がアナログスイッチ19
にそれぞれ接続され、電流が流れると両端に各々異なる
電圧が発生する。アナログスイッチ19は、一端が演算増
幅器11の出力側に接続されていて、演算回路16より電気
的絶縁手段である信号絶縁手段21を介して送られてくる
制御信号によって所定の抵抗器20の他端を演算増幅器11
の出力側に接続する。

また、演算回路16は、それぞれの中性子検出器１−１
〜１−８の各出力信号について電流単位の数値への変換
と、中性子検出器１−１〜１−８の各出力信号の原子炉
出力パーセント値への変換と、高レベル監視および低レ
ベル監視と、８個の検出器の原子炉出力パーセント値の
平均演算との各機能を有している。また、検出器感度の
校正時には、原子炉出力が100％時の個々の中性子検出
器１のそれぞれの出力電流値を、個々の中性子検出器１
の利得としてデータ入力手段17より入力してメモリ18に
記録し、その利得に基づいて演算増幅器11の帰還抵抗値
および原子炉出力パーセント値を演算する際の演算係数
を決定する。そして、帰還抵抗値に応じた抵抗器20を選
択してその切換え信号をアナログスイッチ19に出力す
る。

次に、本実施例の動作について説明する。

各中性子検出器１には演算増幅器11の仮想短絡の特性
により高圧電源12の出力電圧が各検出器電流値に関係な
く印加され、検出器電流が各演算増幅器11の出力端子か
ら各アナログスイッチ19で選択されているそれぞれの抵
抗器20を通って各検出器１に流れ込む。各演算増幅器11
の出力電圧は選択されている各抵抗器20の両端に発生し
た電圧値だけ演算増幅器11の入力側すなわち高圧電源12
の出力電圧より高い値となる。各絶縁アンプ13は各演算
増幅器11の出力と高圧電源12の出力との電圧差すなわち
選択されている各抵抗器の両端の電圧差と等しい電圧を
出力側に発生させる。各絶縁アンプ13の出力は、信号選
択回路14によって周期的に順次選択されて取り込まれ、
A/D変換器15でディジタル信号に変換される。演算回路1
6では各抵抗器両端の電圧値すなわち８個の検出器電流
それぞれに比例したディジタル信号が順次入力され、そ
れぞれの検出器電流について電流単位の数値への変換が
なされ、その変換値およびメモリ18に記憶されている利
得，演算係数を用いて各中性子検出器１の出力の原子炉
出力パーセント値への換算が実行される。そして、原子
炉出力パーセント値を用いて高レベル監視および低レベ
ル監視が行われると共に、８個の中性子検出器１−１〜
１−８の原子炉出力パーセント値の平均演算が行われ、
その演算結果がデータ入出力手段17から出力される。

また、中性子検出器１の感度校正時には、データ入力
手段17より原子炉出力が100％時の個々の中性子検出器1
7の検出器電流を、個々の中性子検出器17の利得として
入力し、メモリ18に記録する。そして、個々の中性子検
出器１の利得に基づいて、その中性子検出器１の出力が
入力する演算増幅器11の帰還抵抗値および演算回路16で
の変換演算の際に用いる演算係数を決定する。演算回路
16は、決定した帰還抵抗値に対応する抵抗器20を接続す
るための制御信号を出力する。この制御信号は信号絶縁
手段21を介してアナログスイッチ19に入力し、演算増幅
器11の出力側への接続が決定された抵抗器20へ切換えら
れる。演算回路16での上記変換演算は、この演算係数を
用いて行われる。

すなわち、本実施例では、A/D変換器15の出力である
デジタル信号に対して、A/D変換器15の出力が最大値と
なる時の各検出器電流をA/D変換器15の出力の最大値で
割った値を演算係数として乗じて電流値（電流単位の数
値）へ変換する。そして、各原子炉出力パーセント値
を、演算係数を乗じて変換した電流値をその中性子検出
器の利得で除算し、その除算値に100を乗じる事により
得る。

例えば、入力が０〜10Vで、出力が12bitのA/D変換器1
5を用いた場合、A/D変換器15の出力の最大値は10進数で
は4095となる。一方、入力される利得に対して、利得が
801μＡ〜3000μＡならば、3.3kΩの各抵抗器を選択
し、利得が201μＡ〜800μＡならば、12.5kΩの各抵抗
器を選択し、利得が75μＡ〜200μＡならば、50kΩの各
抵抗器を選択するものとする。

よって、検出器の寿命の後期において利得が最低の75
μＡとなった時にその１％の信号すなわち0.75μＡは演
算増幅器11によって37.5mVの電圧信号に変換される。こ
の電圧は絶縁アンプ13のノイズ電圧（数mA〜10mV）に対
して３倍以上大きく高精度な信号として検出することが
できる。この電圧がA/D変換器15に入力された場合、出
力は10進数で15となる。さらに演算回路16では、A/D変
換器出力を電流値へ変換する場合に、A/D変換器15の出
力が最大値となるときの検出器電流は200μＡであり、
これより検出器電流は15×（200μA/4095）＝0.73μＡ
として計算される。この計算結果に含まれる誤差は、原
子炉出力100％時の検出電流信号75μＡに対して0.03％
以下である。また、最大のノイズ電圧10mVが信号に重畳
して絶縁アンプ出力が47.5mVとなった場合、A/D変換器
出力は10進数で19となり、演算回路16で計算される検出
電流信号は0.93μＡとなる。これは測定誤差0.27％であ
る。一方、中性子検出器１への印加電圧は演算増幅器11
の仮想短絡の特性により検出電流の大小に関係なく恒に
高圧電源12の出力値となる。

したがって、このような本実施例によれば、中性子検
出器１の寿命の後期においてもなお原子炉出力換算１％
の検出器電流を絶縁アンプ13のノイズ等に影響されるこ
となく正確に測定することができる。また、検出器電流
の大小に関係なく安定した高電圧を中性子検出器１に印
加することができる。さらに、演算増幅器11の帰還抵抗
となる抵抗器20を複数設置したにもかかわらず抵抗の選
択と演算回路16における演算係数の選択を中性子検出器
１の感度校正時に入力される中性子検出器１の利得の値
によって一意的に自動選択される様にしたことにより操
作性・保守性を損うことなく高精度な測定値を得ること
ができる。

さらに本実施例においては、信号選択回路14を用いて
８個の検出器信号を１つの演算回路で処理することを可
能にしたため装置の小型化及び経済性を向上することが
できる。

以上により、本実施例の出力領域中性子モニタでは、
中性子検出器１−１〜１−８に動作電源を供給するため
の高圧電源12を各演算増幅器11および各絶縁アンプ13の
接地側に設置して、複数の中性子検出器１−１〜１−８
で高圧電源を共有する（マルチチャンネル構成とする）
ことと、中性子検出器１−１〜１−８信号の電流／電圧
変換率を自動的に変更することとを同時に可能とし、か
つこの自動化による測定精度の劣化も防止することが可
能となる。

なお、上記実施例においては１つの演算増幅器11に対
して３個の抵抗器20−１〜20−３を選択可能とした構成
を示したが、抵抗器の数を変更し、また、各抵抗器を選
択する際の中性子検出器１の利得の範囲を変えるごとき
変更は本発明の範囲を逸脱するものではない。

また、上記実施例においては８個の検出器電流を１つ
の演算回路16で処理する構成を示したが演算回路の数及
び各演算回路において処理する検出器電流の数はシステ
ムの規模に応じて任意に変更することができる。

［発明の効果］以上詳記したように本発明によれば、操作性・保守性
を損うことなく、検出器電流の大小に関係なく安定した
電圧を中性子検出器に印加でき、検出器電流のような微
小電流を極めて正確に測定することができる原子炉の出
力領域中性子モニタを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかる原子炉出力領域モニタ
の構成図、第２図は従来の原子炉出力領域モニタの構成
図である。１−１〜１−８…中性子検出器、11…演算増幅器、12…
高圧電源、13…絶縁アンプ、14…信号選択回路、15…A/
D変換器、16…演算回路、17…信号入力手段、18…メモ
リ、19…アナログスイッチ、20…抵抗器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01T 3/00 G21C 17/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉に設置された中性子検出器に高電圧
を印加し、前記中性子検出器に入射する中性子束強度に
比例して出力される電流信号を絶縁アンプを介して演算
部に取込み、当該電流信号をA/D変換した後、前記中性
子検出器の利得に応じた演算係数を乗じて前記電流信号
を補正する原子炉の出力領域中性子モニタにおいて、前記中性子検出器を複数設けると共に、前記絶縁アンプ
を当該中性子検出器にそれぞれ対応させて複数設け、前記各絶縁アンプの入力段にそれぞれ設けられ、対応す
る前記中性子検出器の電流信号を電圧信号に変換するた
めの演算増幅器と、前記各絶縁アンプと前記演算部との間に設けられ、前記
各絶縁アンプの出力信号のうちいずれか一つを選択する
信号選択手段と、複数の抵抗値の中から任意の抵抗値を前記演算増幅器の
帰還抵抗値として選択する帰還抵抗値切換手段と、前記中性子検出器の感度校正時に得られる中性子検出器
の利得に基づいて前記帰還抵抗値および前記演算係数を
決定し、前記帰還抵抗値切換手段に電気的絶縁手段を介
して制御信号を出力すると共に、前記演算部に制御信号
を出力する手段とを備え、前記中性子検出器に高電圧を印加するための高圧電源
を、前記各演算増幅器および前記各絶縁アンプの接地側
に設置して、前記各中性子検出器で前記高圧電源を共有
するマルチチャンネル構成としたことを特徴とする原子
炉の出力領域中性子モニタ。