JP2895082B2 - 原子炉におけるキセノン振動の制御支援方法 - Google Patents
原子炉におけるキセノン振動の制御支援方法Info
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- JP2895082B2 JP2895082B2 JP1001190A JP119089A JP2895082B2 JP 2895082 B2 JP2895082 B2 JP 2895082B2 JP 1001190 A JP1001190 A JP 1001190A JP 119089 A JP119089 A JP 119089A JP 2895082 B2 JP2895082 B2 JP 2895082B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、原子炉においてキセノン振動を抑制しよう
とする制御棒操作に対し、その支援を行う方法に関する
ものである。
とする制御棒操作に対し、その支援を行う方法に関する
ものである。
［従来の技術］ 原子炉においては、核分裂反応の結果として生ずるヨ
ウ素の崩壊によって発生するキセノンが強い中性子吸収
能力を持つため、炉心中の出力分布形状が周期的に変動
する“キセノン振動”という現象が発生する。この現象
は出力分布の悪化につながり、炉心内での燃料の最高線
出力密度の上昇を伴うなど、燃料の健全性を守る上で問
題となるために、振動が過大にならないうちにその抑制
操作を行わねばならない。
ウ素の崩壊によって発生するキセノンが強い中性子吸収
能力を持つため、炉心中の出力分布形状が周期的に変動
する“キセノン振動”という現象が発生する。この現象
は出力分布の悪化につながり、炉心内での燃料の最高線
出力密度の上昇を伴うなど、燃料の健全性を守る上で問
題となるために、振動が過大にならないうちにその抑制
操作を行わねばならない。
この抑制操作は、主として制御棒によって行われる
が、従来の方法としては、振動のピーク前の適当な時期
に制御棒を適当な位置に移動させて強制的に出力分布を
歪ませ、適当な時間後にその制御棒を初期の位置に復帰
させてキセノン振動を消滅させる、いわゆるファースト
オーバートーン法（First Overtone Control Method）
が知られている。このファーストオーバートーン法によ
りキセノン振動を抑制可能であることは、1977年に頒布
された「日本原子力学会誌」（Vol.19 No.1）の論文「P
WRのキセノン振動制御」に記載されているように実証ず
みである。
が、従来の方法としては、振動のピーク前の適当な時期
に制御棒を適当な位置に移動させて強制的に出力分布を
歪ませ、適当な時間後にその制御棒を初期の位置に復帰
させてキセノン振動を消滅させる、いわゆるファースト
オーバートーン法（First Overtone Control Method）
が知られている。このファーストオーバートーン法によ
りキセノン振動を抑制可能であることは、1977年に頒布
された「日本原子力学会誌」（Vol.19 No.1）の論文「P
WRのキセノン振動制御」に記載されているように実証ず
みである。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、上述のファーストオーバートーン法では、制
御棒の移動のタイミング、移動量及び復帰のタイミング
等のパラメータが非常に重要であるため、正確な抑制操
作を行うには、それ等のパラメータを決定するために、
大掛かりな予測解析を行わねばならず、即応性に欠ける
問題があった。
御棒の移動のタイミング、移動量及び復帰のタイミング
等のパラメータが非常に重要であるため、正確な抑制操
作を行うには、それ等のパラメータを決定するために、
大掛かりな予測解析を行わねばならず、即応性に欠ける
問題があった。
また、予測解析を行って上述のパラメータの最適値を
決定しても、実際の制御棒の移動のタイミング、移動量
及び復帰のタイミングが最適値からずれないように実際
の制御棒操作を行うには、運転員にかなりの経験と技能
とが要求され、しかも、運転員の勘に頼る部分も多い。
決定しても、実際の制御棒の移動のタイミング、移動量
及び復帰のタイミングが最適値からずれないように実際
の制御棒操作を行うには、運転員にかなりの経験と技能
とが要求され、しかも、運転員の勘に頼る部分も多い。
従って、本発明の目的は、上述したような予測解析を
要することなく且つ運転員の高度の熟練等を要すること
なく、原子炉におけるキセノン振動の正確な抑制を支援
する方法を提供することである。
要することなく且つ運転員の高度の熟練等を要すること
なく、原子炉におけるキセノン振動の正確な抑制を支援
する方法を提供することである。
［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明者は、幾多の研究を積み重ねた結果、上述した
従来のフアーストオーバートーン法では、キセノン振動
抑制のために制御しなければならないパラメータ、即ち
“出力分布”、“ヨウ素分布”及び“キセノン分布”の
うち、運転員が観測し得るものが出力分布のみに限られ
ていることに大きな原因があることを知見した。
従来のフアーストオーバートーン法では、キセノン振動
抑制のために制御しなければならないパラメータ、即ち
“出力分布”、“ヨウ素分布”及び“キセノン分布”の
うち、運転員が観測し得るものが出力分布のみに限られ
ていることに大きな原因があることを知見した。
本発明は、この知見に基づいて、炉心の出力レベルを
常時観測し、更に物理定数及び原子炉設計データを用い
て、観測により得られたパラメータの履歴から、炉心の
ヨウ素分布、キセノン分布及び出力分布について、それ
ぞれの軸方向歪みの形で常時可視化してそれ等の時間変
化を表示することによりキセノン振動制御の支援を行
う。
常時観測し、更に物理定数及び原子炉設計データを用い
て、観測により得られたパラメータの履歴から、炉心の
ヨウ素分布、キセノン分布及び出力分布について、それ
ぞれの軸方向歪みの形で常時可視化してそれ等の時間変
化を表示することによりキセノン振動制御の支援を行
う。
従って、運転員は、軸方向出力分布歪み、ヨウ素軸方
向分布歪み及びキセノン軸方向分布歪みを常時知ること
ができる。また、好適な実施例においては、キセノン振
動を抑制しようとする場合には、ヨウ素軸方向分布歪み
とキセノン軸方向分布歪みとの値が一致した時に、制御
棒を操作して軸方向出力分布歪みをその一致した値に合
わせるだけでよく、予測解析も不要であり、運転員の経
験や勘に頼る必要もない。
向分布歪み及びキセノン軸方向分布歪みを常時知ること
ができる。また、好適な実施例においては、キセノン振
動を抑制しようとする場合には、ヨウ素軸方向分布歪み
とキセノン軸方向分布歪みとの値が一致した時に、制御
棒を操作して軸方向出力分布歪みをその一致した値に合
わせるだけでよく、予測解析も不要であり、運転員の経
験や勘に頼る必要もない。
［実施例］ 次に、本発明の一実施例に従って加圧水型原子炉にお
けるキセノン振動の抑制を支援する方法のための装置に
ついて添付図面を参照して説明する。
けるキセノン振動の抑制を支援する方法のための装置に
ついて添付図面を参照して説明する。
第１図において、加圧水型原子炉プラントでは、炉心
１の外部に軸方向に２分割された長尺の中性子検出器２
が設置されており、同中性子検出器２と増幅器等を含む
周知のプラント計測設備３とにより、炉心上半部の出力
レベルPTと、炉心下半部の出力レベルPBとが観測パラメ
ータとして常時モニタされる。
１の外部に軸方向に２分割された長尺の中性子検出器２
が設置されており、同中性子検出器２と増幅器等を含む
周知のプラント計測設備３とにより、炉心上半部の出力
レベルPTと、炉心下半部の出力レベルPBとが観測パラメ
ータとして常時モニタされる。
プラント計測設備３に接続されたコンピュータでよい
演算処理装置４は、上述の出力レベルPT、PBから次の式
に従って出力分布軸方向歪みAOPを求める。Ｐは炉心出
力レベルであり、Ｐ＝PT＋PBである。
演算処理装置４は、上述の出力レベルPT、PBから次の式
に従って出力分布軸方向歪みAOPを求める。Ｐは炉心出
力レベルであり、Ｐ＝PT＋PBである。
また、ヨウ素分布軸方向歪みAOI及びキセノン分布軸
方向歪みAOXについては、炉心上半部のヨウ素密度を
IT、炉心下半部のヨウ素密度をIB、炉心上半部のキセノ
ン密度をXT、炉心下半部のキセノン密度をXB、キセノン
の中性子吸収断面積をσａ、中性子束レベルをφ、Ｓ＝
σａ×φ、キセノン崩崩壊定数をλｘ、 とすると、それぞれ次式で表される。
方向歪みAOXについては、炉心上半部のヨウ素密度を
IT、炉心下半部のヨウ素密度をIB、炉心上半部のキセノ
ン密度をXT、炉心下半部のキセノン密度をXB、キセノン
の中性子吸収断面積をσａ、中性子束レベルをφ、Ｓ＝
σａ×φ、キセノン崩崩壊定数をλｘ、 とすると、それぞれ次式で表される。
ここで、上記のＦは、キセノン振動抑制操作のための
本発明による表示情報を分かり易い簡単なものとするた
めに、キセノン振動が起こらないようなキセノン分布の
平衡時において、キセノンの軸方向分布歪みAOXの値を
軸方向出力分布歪みAOPの値と一致したものとするため
の因子である。
本発明による表示情報を分かり易い簡単なものとするた
めに、キセノン振動が起こらないようなキセノン分布の
平衡時において、キセノンの軸方向分布歪みAOXの値を
軸方向出力分布歪みAOPの値と一致したものとするため
の因子である。
従って、演算処理装置４に接続された入力装置６に予
め入力されている計算に必要な各定数を呼び出し、これ
と前述の観測パラメータである出力レベルPT及びPBとを
用いて、演算処理装置４において、炉心におけるヨウ素
及びキセノンの生成、消滅を表す方程式から、炉心上半
部のヨウ素密度IT、炉心下半部のヨウ素密度IB、炉心上
半部のキセノン密度XT及び炉心下半部のキセノン密度XB
を計算すれば、上述の式（２）、（３）からヨウ素分布
軸方向歪みAOI及びキセノン分布軸方向歪みAOXを求める
ことができる。
め入力されている計算に必要な各定数を呼び出し、これ
と前述の観測パラメータである出力レベルPT及びPBとを
用いて、演算処理装置４において、炉心におけるヨウ素
及びキセノンの生成、消滅を表す方程式から、炉心上半
部のヨウ素密度IT、炉心下半部のヨウ素密度IB、炉心上
半部のキセノン密度XT及び炉心下半部のキセノン密度XB
を計算すれば、上述の式（２）、（３）からヨウ素分布
軸方向歪みAOI及びキセノン分布軸方向歪みAOXを求める
ことができる。
即ち、演算処理装置４において、次の微分方程式を時
々刻々解くことにより、炉心上半部のヨウ素密度IT、炉
心下半部のヨウ素密度IB、炉心上半部のキセノン密度
XT、炉心下半部のキセノン密度XBを得ることができる。
々刻々解くことにより、炉心上半部のヨウ素密度IT、炉
心下半部のヨウ素密度IB、炉心上半部のキセノン密度
XT、炉心下半部のキセノン密度XBを得ることができる。
ここで、YI＝ΣＦ×φ×yI、YX＝ΣＦ×φ×yX、ΣＦ
は核分裂マクロ断面積、yIは核分裂反応時のヨウ素収
率、yXは核分裂反応時のキセノン収率、λＩはヨウ素崩
壊定数である。計算に必要な定数は上記のYI、YX、
λＩ、λＸ、Ｓであり、これ等の定数は前述したように
入力装置６により演算処理装置４に別途に入力してお
く。これ等の定数の値は、時間に伴って、或は燃料の燃
焼に伴って、変化しないか或は変化が緩やかなため、時
々刻々入力する必要はない。
は核分裂マクロ断面積、yIは核分裂反応時のヨウ素収
率、yXは核分裂反応時のキセノン収率、λＩはヨウ素崩
壊定数である。計算に必要な定数は上記のYI、YX、
λＩ、λＸ、Ｓであり、これ等の定数は前述したように
入力装置６により演算処理装置４に別途に入力してお
く。これ等の定数の値は、時間に伴って、或は燃料の燃
焼に伴って、変化しないか或は変化が緩やかなため、時
々刻々入力する必要はない。
また、上記の微分方程式を解いてヨウ素密度IT、IB、
キセノン密度XT、XBを得る方法は幾つか可能であるが、
一例として数値積分よる方法を以下に記す。
キセノン密度XT、XBを得る方法は幾つか可能であるが、
一例として数値積分よる方法を以下に記す。
今、時刻ｔにおける各密度の値IT（ｔ）、IB（ｔ）、
XT（ｔ）、XB（ｔ）が既知であるとき、微小時間Δｔ後
の時刻ｔ＋Δｔにおける値は次のようにして求められ
る。
XT（ｔ）、XB（ｔ）が既知であるとき、微小時間Δｔ後
の時刻ｔ＋Δｔにおける値は次のようにして求められ
る。
IT（ｔ＋Δｔ）＝IT（ｔ）＋ΔIT（ｔ） IB（ｔ＋Δｔ）＝IB（ｔ）＋ΔIB（ｔ） XT（ｔ＋Δｔ）＝XT（ｔ）＋ΔXT（ｔ） XB（ｔ＋Δｔ）＝XB（ｔ）＋ΔXB（ｔ） ただし、 ΔIT（ｔ）＝｛YI×PT（ｔ）−λＩ×IT（ｔ）｝×Δ
ｔ ΔIB（ｔ）＝｛YI×PB（ｔ）−λＩ×IB（ｔ）｝×Δ
ｔ ΔXT（ｔ）＝｛λＩ×IT（ｔ）＋YX×PT（ｔ）−λＸ×XT（ｔ） −Ｓ×PT（ｔ）×XT（ｔ）｝×Δｔ ΔXB（ｔ）＝｛λＩ×IB（ｔ）＋YX×PB（ｔ）−λＸ−YB（ｔ） −Ｓ×PB（ｔ）×XB（ｔ）｝×Δｔ 以上により、例えば時刻ｔ＝０における値IT（０）、
IB（０）、XT（０）、XB（０）を与えることにより、後
は順次解いていくことができる。与えるべき初期値は本
発明による処理を開始する時に、その時の値を別途求め
て入力装置６により入力するか、或は原子炉起動前のヨ
ウ素及びキセノンのない状態において初期値を０として
与えればよい。
ｔ ΔIB（ｔ）＝｛YI×PB（ｔ）−λＩ×IB（ｔ）｝×Δ
ｔ ΔXT（ｔ）＝｛λＩ×IT（ｔ）＋YX×PT（ｔ）−λＸ×XT（ｔ） −Ｓ×PT（ｔ）×XT（ｔ）｝×Δｔ ΔXB（ｔ）＝｛λＩ×IB（ｔ）＋YX×PB（ｔ）−λＸ−YB（ｔ） −Ｓ×PB（ｔ）×XB（ｔ）｝×Δｔ 以上により、例えば時刻ｔ＝０における値IT（０）、
IB（０）、XT（０）、XB（０）を与えることにより、後
は順次解いていくことができる。与えるべき初期値は本
発明による処理を開始する時に、その時の値を別途求め
て入力装置６により入力するか、或は原子炉起動前のヨ
ウ素及びキセノンのない状態において初期値を０として
与えればよい。
演算処理装置４は、軸方向出力分布歪みAOPに加え
て、このようにして求めたヨウ素密度IT、IB及びキセノ
ン密度XT、XBから前記式（１）、（２）に従つてヨウ素
軸方向分布歪みAOIとキセノン軸方向分布歪みAOXとを演
算する。演算処理装置４には表示装置５も接続されてお
り、演算された軸方向出力分布歪みAOP、ヨウ素軸方向
分布歪みAOI、キセノン軸方向分布歪AOXはこの表示装置
５に送られて、該表示装置５においてグラフ化されその
表示画面に第２図及び第３図に示すように表示される。
原子炉運転員はこの表示を見ながらキセノン振動抑制の
ための制御棒操作を行う。
て、このようにして求めたヨウ素密度IT、IB及びキセノ
ン密度XT、XBから前記式（１）、（２）に従つてヨウ素
軸方向分布歪みAOIとキセノン軸方向分布歪みAOXとを演
算する。演算処理装置４には表示装置５も接続されてお
り、演算された軸方向出力分布歪みAOP、ヨウ素軸方向
分布歪みAOI、キセノン軸方向分布歪AOXはこの表示装置
５に送られて、該表示装置５においてグラフ化されその
表示画面に第２図及び第３図に示すように表示される。
原子炉運転員はこの表示を見ながらキセノン振動抑制の
ための制御棒操作を行う。
次に、制御棒操作の仕方について第２図の表示例を参
照して説明する。第２図の（イ）はキセノン振動中の表
示の例であり、現表示時点t1においてAOIとAOXとが交差
し一致しているため、運転員は、制御棒操作を行いAOP
をAOI及びAOXに一致させることにより、キセノン振動を
抑制できることが分かる。
照して説明する。第２図の（イ）はキセノン振動中の表
示の例であり、現表示時点t1においてAOIとAOXとが交差
し一致しているため、運転員は、制御棒操作を行いAOP
をAOI及びAOXに一致させることにより、キセノン振動を
抑制できることが分かる。
第２図の（ロ）は、制御棒操作中の表示の例である。
前述のステップで制御棒の操作が行われることによりAO
Pが変化し、AOI及びAOXに一致している。この一致によ
り、運転員はこの制御棒位置でキセノン振動を抑制でき
ることが分かる。運転員は一致すると制御棒操作を停止
する。
前述のステップで制御棒の操作が行われることによりAO
Pが変化し、AOI及びAOXに一致している。この一致によ
り、運転員はこの制御棒位置でキセノン振動を抑制でき
ることが分かる。運転員は一致すると制御棒操作を停止
する。
第２図の（ハ）は抑制操作後の表示例である。表示さ
れた各値に変動はなく、キセノン振動は抑制されたこと
が分かる。
れた各値に変動はなく、キセノン振動は抑制されたこと
が分かる。
第３図は、ファーストオーバートーン法によりキセノ
ン振動を抑制する場合の例である。この方法では、AOP
が極大となる前の適当な時点t2に制御棒操作を行う。制
御棒を引き抜いてキセノン振動を抑制するが、引き抜き
量は、第２図の例と同様にAOIとAOXとが一致した時t3に
AOPもそれ等に一致するように操作すればよい。
ン振動を抑制する場合の例である。この方法では、AOP
が極大となる前の適当な時点t2に制御棒操作を行う。制
御棒を引き抜いてキセノン振動を抑制するが、引き抜き
量は、第２図の例と同様にAOIとAOXとが一致した時t3に
AOPもそれ等に一致するように操作すればよい。
［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、軸方向出力分布歪み
AOP、ヨウ素軸方向分布歪みAOI及びキセノン軸方向分布
歪AOXが可視化して表示され、原子炉運転員はこれを見
ながら制御棒操作を行うことができるので、キセノン振
動の抑制に際し、抑制操作のための予測計算を行った
り、原子炉運転員の経験やそれに基づく勘に頼る操作を
必要としたりすることなく、キセノン振動に即座に対応
することができる。
AOP、ヨウ素軸方向分布歪みAOI及びキセノン軸方向分布
歪AOXが可視化して表示され、原子炉運転員はこれを見
ながら制御棒操作を行うことができるので、キセノン振
動の抑制に際し、抑制操作のための予測計算を行った
り、原子炉運転員の経験やそれに基づく勘に頼る操作を
必要としたりすることなく、キセノン振動に即座に対応
することができる。
第１図は、本発明によるキセノン振動抑制の支援方法を
実施するための支援装置の概要を示すブロック図、第２
図の（イ）〜（ハ）は、本発明に従ってキセノン振動を
抑制する場合の制御棒の操作の仕方を説明するため、第
１図の支援装置の表示装置に表示された軸方向出力分布
歪み、ヨウ素軸方向分布歪み及びキセノン軸方向分布歪
みの時間変化を示すグラフ、第３図は、ファーストオー
バートーン法によりキセノン振動を抑制する際、第１図
の支援装置の表示装置に表示された軸方向出力分布歪
み、ヨウ素軸方向分布歪み及びキセノン軸方向分布歪み
の時間変化を示すグラフである。 １……原子炉炉心、２……中性子検出器 ３……プラント計測設備、４……演算処理装置 ５……表示装置、６……入力装置
実施するための支援装置の概要を示すブロック図、第２
図の（イ）〜（ハ）は、本発明に従ってキセノン振動を
抑制する場合の制御棒の操作の仕方を説明するため、第
１図の支援装置の表示装置に表示された軸方向出力分布
歪み、ヨウ素軸方向分布歪み及びキセノン軸方向分布歪
みの時間変化を示すグラフ、第３図は、ファーストオー
バートーン法によりキセノン振動を抑制する際、第１図
の支援装置の表示装置に表示された軸方向出力分布歪
み、ヨウ素軸方向分布歪み及びキセノン軸方向分布歪み
の時間変化を示すグラフである。 １……原子炉炉心、２……中性子検出器 ３……プラント計測設備、４……演算処理装置 ５……表示装置、６……入力装置
Claims (2)
- 【請求項１】炉心の上半部及び下半部の出力レベルを観
測して得られたパラメータから軸方向出力分布歪みAOP
を求めるステップと、該パラメータの履歴と物理定数及
び原子炉設計データとから炉心のヨウ素軸方向分布歪み
AOI及びキセノン軸方向分布歪みAOXを演算する演算ステ
ップと、前記軸方向出力分布歪みAOP、前記ヨウ素軸方
向分布歪みAOI及び前記キセノン軸方向分布歪みAOXの時
間的変化をそれぞれ可視化して同一画面上に表示するス
テップを含む、原子炉におけるキセノン振動の制御支援
方法。 - 【請求項２】前記演算ステップは、キセノン振動が起こ
らないキセノン分布の平衡時に、前記キセノン軸方向分
布歪みAOXの値に前記軸方向出力分布歪みAOPの値を一致
させる処理を行う、請求項１に記載の原子炉におけるキ
セノン振動の制御支援方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1001190A JP2895082B2 (ja) | 1989-01-09 | 1989-01-09 | 原子炉におけるキセノン振動の制御支援方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1001190A JP2895082B2 (ja) | 1989-01-09 | 1989-01-09 | 原子炉におけるキセノン振動の制御支援方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02183196A JPH02183196A (ja) | 1990-07-17 |
| JP2895082B2 true JP2895082B2 (ja) | 1999-05-24 |
Family
ID=11494534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1001190A Expired - Lifetime JP2895082B2 (ja) | 1989-01-09 | 1989-01-09 | 原子炉におけるキセノン振動の制御支援方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2895082B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4533911B2 (ja) | 2007-05-10 | 2010-09-01 | 三菱重工業株式会社 | キセノン振動予測方法及びキセノン振動予測用コンピュータプログラム |
-
1989
- 1989-01-09 JP JP1001190A patent/JP2895082B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02183196A (ja) | 1990-07-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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