JP3137569B2 - 原子炉の中性子源強度及びガンマ線強度を評価する方法 - Google Patents
原子炉の中性子源強度及びガンマ線強度を評価する方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉の反応度を
計測する技術に係るものである。
計測する技術に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ＰＷＲでは、毎回の燃料交換後
の起動時に、炉物理試験を実施し、核特性を測定する。
核特性のうちでも反応度特性は最も重要なパラメタの一
つであり、零出力炉物理試験において測定される。零出
力炉物理試験は、反応度フィードバックの効果が現れな
い範囲で、中性子源の影響が無視できる程度に中性子束
レベルを高くして実施される。反応度特性は、反応度計
で測定されるが、上述の理由から、反応度の算出には中
性子源は省略されている。このため、中性子束のレベル
が大幅に低下するような場合には、中性子源の影響によ
り、測定される反応度が真値からずれてくる。この様な
事がないようにするには、中性子源強度を事前に評価
し、反応度算出に際して考慮する必要がある。更に、実
際の炉心においては、中性子束のレベルが低い場合に
は、中性子源の影響のみならず、照射中の燃料からのガ
ンマ（γ）線の影響がでてくる。中間領域の検出器は補
償型中性子検出器であるため、この影響は排除できる
が、出力値は対数スケールである事、並びに検出器の有
効長が炉心高さに比べて短いため、中性子束の分布の変
化の影響を受ける。出力領域検出器は非補償型である
が、長尺であり、中性子束分布の変化の影響は受けにく
い。このため、通常、出力領域の検出器信号を使用す
る。中性子束が低下する場合において精度よく反応度を
評価するためには、中性子源強度の他に、ガンマ線強度
も評価する必要がある。
の起動時に、炉物理試験を実施し、核特性を測定する。
核特性のうちでも反応度特性は最も重要なパラメタの一
つであり、零出力炉物理試験において測定される。零出
力炉物理試験は、反応度フィードバックの効果が現れな
い範囲で、中性子源の影響が無視できる程度に中性子束
レベルを高くして実施される。反応度特性は、反応度計
で測定されるが、上述の理由から、反応度の算出には中
性子源は省略されている。このため、中性子束のレベル
が大幅に低下するような場合には、中性子源の影響によ
り、測定される反応度が真値からずれてくる。この様な
事がないようにするには、中性子源強度を事前に評価
し、反応度算出に際して考慮する必要がある。更に、実
際の炉心においては、中性子束のレベルが低い場合に
は、中性子源の影響のみならず、照射中の燃料からのガ
ンマ（γ）線の影響がでてくる。中間領域の検出器は補
償型中性子検出器であるため、この影響は排除できる
が、出力値は対数スケールである事、並びに検出器の有
効長が炉心高さに比べて短いため、中性子束の分布の変
化の影響を受ける。出力領域検出器は非補償型である
が、長尺であり、中性子束分布の変化の影響は受けにく
い。このため、通常、出力領域の検出器信号を使用す
る。中性子束が低下する場合において精度よく反応度を
評価するためには、中性子源強度の他に、ガンマ線強度
も評価する必要がある。
【０００３】中性子源強度の評価法については、文献
（日本原子力学会「１９９２年秋の大会予稿集」「逆動
特性法による未臨界度推定」）等で報告されているよう
に既知の技術があるが、γ線強度の評価法については議
論されていない。しかし、下記に示すように、基本式か
ら測定法を想定することはできる。即ち、中性子源と、
ガンマ線が共存する体系における炉心反応度測定系は以
下のように表せる。炉心
（日本原子力学会「１９９２年秋の大会予稿集」「逆動
特性法による未臨界度推定」）等で報告されているよう
に既知の技術があるが、γ線強度の評価法については議
論されていない。しかし、下記に示すように、基本式か
ら測定法を想定することはできる。即ち、中性子源と、
ガンマ線が共存する体系における炉心反応度測定系は以
下のように表せる。炉心
【数１】
【数２】 反応度計（中性子源省略モデル）
【数３】
【数４】
【数５】 初期条件
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】 なお、以上の数１ないし数９において符号は次の通りで
ある。 ｎ ：中性子密度 Ｃｉ：炉心内遅発中性子先行核密度 βｉ：遅発中性子発生割合、ｉ＝１〜６ β ：βｉの合計 λｉ：遅発中性子先行核崩壊定数 ：中性子寿命 ρ：反応度 Ｓ：中性子源強度 γ：ガンマ線強度 ρm ：反応度計で算出される反応度 Ｑi ：反応度計内で算出される遅発中性子先行核密度 添字０（ゼロ）は、初期値を示す。
ある。 ｎ ：中性子密度 Ｃｉ：炉心内遅発中性子先行核密度 βｉ：遅発中性子発生割合、ｉ＝１〜６ β ：βｉの合計 λｉ：遅発中性子先行核崩壊定数 ：中性子寿命 ρ：反応度 Ｓ：中性子源強度 γ：ガンマ線強度 ρm ：反応度計で算出される反応度 Ｑi ：反応度計内で算出される遅発中性子先行核密度 添字０（ゼロ）は、初期値を示す。
【０００４】この状態から反応度変化が与えられると中
性子密度の変化は、変化後の反応度により定まる中性子
束レベルｎfに向かって変化する。この過度変化の時定
数は中性子源がない場合と同じである。即ち、
性子密度の変化は、変化後の反応度により定まる中性子
束レベルｎfに向かって変化する。この過度変化の時定
数は中性子源がない場合と同じである。即ち、
【数１０】 ここで、Ｆjは以下の数１１で算出されるものであり、
Ｓjは数１２の根である。
Ｓjは数１２の根である。
【数１１】
【数１２】
【０００５】一方、反応度計での反応度は中性子密度の
値が一定値に収束していく事から、零に収束していく。
数６から分かるように、反応度と安定時の中性子束レベ
ルとの間には一対一の関係がある。よって、反応度が正
確に分かっている場合には、この関係式から、Ｓとγの
値を決定できる。即ち、既知の反応度をρ1とρ2とすれ
ば、
値が一定値に収束していく事から、零に収束していく。
数６から分かるように、反応度と安定時の中性子束レベ
ルとの間には一対一の関係がある。よって、反応度が正
確に分かっている場合には、この関係式から、Ｓとγの
値を決定できる。即ち、既知の反応度をρ1とρ2とすれ
ば、
【数１３】
【数１４】 よって、
【数１５】
【数１６】 として得られる。
【０００６】この様にして得られたＳ，γを反応度のモ
デルに考慮すれば、中性子束レベルが中性子源の影響を
受けるレベルまで低下しても反応度は正確に算出でき
る。ＰＷＲの起動時炉物理試験時においては、ほう素濃
度の希釈の後、制御棒を引き抜いて臨界を達成する。こ
の際の制御棒位置は全引き抜き位置から少し挿入された
位置である。臨界達成後に中性子束レベルを上昇し、さ
らにほう素濃度を調整しながら一度制御棒を全引き抜き
位置近辺まで引き抜き、その状態で炉心特性の測定を行
う。よって、この間に制御棒の価値は反応度計で精度よ
く測定できる。この既知の精度棒価値（１５０ｐｃｍ程
度の反応度は十分測定できる。ｐｃｍ＝０.００００１
△ｋ／ｋ）を利用すれば、上記の原理に従い、Ｓ，γを
評価できる。
デルに考慮すれば、中性子束レベルが中性子源の影響を
受けるレベルまで低下しても反応度は正確に算出でき
る。ＰＷＲの起動時炉物理試験時においては、ほう素濃
度の希釈の後、制御棒を引き抜いて臨界を達成する。こ
の際の制御棒位置は全引き抜き位置から少し挿入された
位置である。臨界達成後に中性子束レベルを上昇し、さ
らにほう素濃度を調整しながら一度制御棒を全引き抜き
位置近辺まで引き抜き、その状態で炉心特性の測定を行
う。よって、この間に制御棒の価値は反応度計で精度よ
く測定できる。この既知の精度棒価値（１５０ｐｃｍ程
度の反応度は十分測定できる。ｐｃｍ＝０.００００１
△ｋ／ｋ）を利用すれば、上記の原理に従い、Ｓ，γを
評価できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、未臨界状態で
安定な中性子束レベルを得るまでには、かなり長い時間
待つ必要がある。具体的には図１に示すとおりである。
この安定待ちの時間は、添加反応度が小さくなればなる
ほど長くなる。長時間一定の安定した条件を保つことは
実際に運転上困難な場合がある上、外乱の影響を受けや
すく、正確な測定を行う上で不利である。本発明は、こ
の様な問題を解決する手段を提供することを目的とす
る。即ち、中性子源強度とガンマ線強度双方を短時間で
正確に評価する方法に係るものである。
安定な中性子束レベルを得るまでには、かなり長い時間
待つ必要がある。具体的には図１に示すとおりである。
この安定待ちの時間は、添加反応度が小さくなればなる
ほど長くなる。長時間一定の安定した条件を保つことは
実際に運転上困難な場合がある上、外乱の影響を受けや
すく、正確な測定を行う上で不利である。本発明は、こ
の様な問題を解決する手段を提供することを目的とす
る。即ち、中性子源強度とガンマ線強度双方を短時間で
正確に評価する方法に係るものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明では、反応度計測
器、即ち反応度計の原理を利用し、反応度を添加した直
後からの過度変化の情報を利用する。具体的には以下の
通りである。通常状態では中性子源のないモデルにより
算出される反応度計の反応度とγ線を含んだ反応度計へ
の入力信号と真の反応度との間には、下記の関係が成立
する。なお、以下、簡略化のため、遅発中性子先行核は
１群として扱う。また、実用反応度計では、中性子束信
号の微分項と中性子寿命の積は十分小さいため、零とし
ていることを考慮した式になっている。
器、即ち反応度計の原理を利用し、反応度を添加した直
後からの過度変化の情報を利用する。具体的には以下の
通りである。通常状態では中性子源のないモデルにより
算出される反応度計の反応度とγ線を含んだ反応度計へ
の入力信号と真の反応度との間には、下記の関係が成立
する。なお、以下、簡略化のため、遅発中性子先行核は
１群として扱う。また、実用反応度計では、中性子束信
号の微分項と中性子寿命の積は十分小さいため、零とし
ていることを考慮した式になっている。
【０００９】
【数１７】
【数１８】
【数１９】
【数２０】 ここで、Ｒ＝Ｑ−Ｃとおくと、
【数２１】
【数２２】 よって
【数２３】 ところが、
【数２４】 であるため、
【数２５】 即ち、定数となる。よって、反応度計内で算出されるＱ
は、下記の通り表される。
は、下記の通り表される。
【数２６】 また、反応度計で算出される反応度は以下の通りに表さ
れる。
れる。
【数２７】 整理すると、
【数２８】 一方、真の反応度の関係は（中性子密度の微分項を省略
している。）、
している。）、
【数２９】 である。数２８を代入して整理すると、
【数３０】 または、
【数３１】 よって、（ρｍ−ρ）Ｎ／ｌを算出し、その後反応度を
変化させて同様にその反応度に相当する値を算出する。
これらをＧ1，Ｇ2とする。これらによりＳ，γは次式で
得られる。
変化させて同様にその反応度に相当する値を算出する。
これらをＧ1，Ｇ2とする。これらによりＳ，γは次式で
得られる。
【数３２】
【数３３】
【００１０】
【発明の実施の形態】この原理によるＳ，γ線の評価を
数値シミュレーションにより行った。中性子源強度は１
００／秒、γ線強度は２とし、初期反応度は−１．ｐｃ
ｍと仮定した。初期反応度を−０.１としたのは、−１
００ｐｃｍ程度の反応度で、中性子束のオーダーが３桁
程度変化するようにしたためである。中性子束の過度変
化は即発跳躍近似を採用し、計算時間幅は０.００１秒
とした。即発跳躍近似計算は、添加反応度が−１５０ｐ
ｃｍの場合でも、解析解と比べて、反応度添加後０.０
２秒以降では誤差は０.０２５％以下で一致している。
これらのシミュレーション計算は全て倍精度計算であ
る。数値シミュレーション結果を図２に示す。この図に
は、２種の算出結果を示す。具体的には、下記の通りで
ある。 ＳＧ１：ρとして、既知の反応度をそのまま使用。 ＳＧ２：ρとして、中性子密度信号に基づいて反応度を
逆算したものを使用。ＳＧ１では理論式から得た結果と
少しずれている。この理由は、反応度計の反応度計算は
一定時間幅で離散化されたモデルで行われているため、
その誤差が非常に僅かではあるが発生している。このた
め、真の反応度との差の値が理論的な値とずれる。特
に、中性子束の値が大きい初期においてはそれが強調さ
れ、図に示すような結果となるためである。この考察が
正しい事を示すのが、ＳＧ２である。算出には、離散化
されたモデルで算出された遅発中性子先行核値を用い、
反応度を算出しているため、この離散化の誤差がキャン
セルされているため、理論的考察から得られるように、
反応度の変化に対応した一定値になっている。
数値シミュレーションにより行った。中性子源強度は１
００／秒、γ線強度は２とし、初期反応度は−１．ｐｃ
ｍと仮定した。初期反応度を−０.１としたのは、−１
００ｐｃｍ程度の反応度で、中性子束のオーダーが３桁
程度変化するようにしたためである。中性子束の過度変
化は即発跳躍近似を採用し、計算時間幅は０.００１秒
とした。即発跳躍近似計算は、添加反応度が−１５０ｐ
ｃｍの場合でも、解析解と比べて、反応度添加後０.０
２秒以降では誤差は０.０２５％以下で一致している。
これらのシミュレーション計算は全て倍精度計算であ
る。数値シミュレーション結果を図２に示す。この図に
は、２種の算出結果を示す。具体的には、下記の通りで
ある。 ＳＧ１：ρとして、既知の反応度をそのまま使用。 ＳＧ２：ρとして、中性子密度信号に基づいて反応度を
逆算したものを使用。ＳＧ１では理論式から得た結果と
少しずれている。この理由は、反応度計の反応度計算は
一定時間幅で離散化されたモデルで行われているため、
その誤差が非常に僅かではあるが発生している。このた
め、真の反応度との差の値が理論的な値とずれる。特
に、中性子束の値が大きい初期においてはそれが強調さ
れ、図に示すような結果となるためである。この考察が
正しい事を示すのが、ＳＧ２である。算出には、離散化
されたモデルで算出された遅発中性子先行核値を用い、
反応度を算出しているため、この離散化の誤差がキャン
セルされているため、理論的考察から得られるように、
反応度の変化に対応した一定値になっている。
【００１１】この様な過渡現象を短くするためには、中
性子束をなるべく早く低下させる事が必要である事か
ら、出来るだけ大きな負の反応度を添加する事、並びに
反応度計算の時間幅を出来るだけ小さくする必要がある
と言える。この様な配慮は必要であるが、この結果か
ら、目的とするＳ，γの値を評価するために必要な時間
はこの過渡変化時間のみに短縮できる事が分かる。この
時間は高々秒のオーダーであり、従来法とくらべると大
幅に短縮できると共に、他の不要な外乱の影響も排除で
きると言える。
性子束をなるべく早く低下させる事が必要である事か
ら、出来るだけ大きな負の反応度を添加する事、並びに
反応度計算の時間幅を出来るだけ小さくする必要がある
と言える。この様な配慮は必要であるが、この結果か
ら、目的とするＳ，γの値を評価するために必要な時間
はこの過渡変化時間のみに短縮できる事が分かる。この
時間は高々秒のオーダーであり、従来法とくらべると大
幅に短縮できると共に、他の不要な外乱の影響も排除で
きると言える。
【００１２】
【発明の効果】上記で説明したように、本発明により、
中性子源並びにγ線の強度は、高々秒のオーダーの時間
で評価でき、従来技術が有している問題を解決すること
ができる。
中性子源並びにγ線の強度は、高々秒のオーダーの時間
で評価でき、従来技術が有している問題を解決すること
ができる。
【図１】反応度添加後の過渡変化を安定状態までに要す
る時間と共に示すグラフである。
る時間と共に示すグラフである。
【図２】本発明の方法の数値シミュレーション結果を示
すグラフである。
すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】 原子炉の反応度を計測するディジタル反
応度計の原理、並びに既知の反応度情報を用いて、既知
の反応度ρを添加した直後からのガンマ線を含んだ原子
炉の過渡変化情報Ｎ（ｔ）から、中性子源強度及びガン
マ線強度を補正しない反応度ρm（ｔ）を算出し、（ρm
（ｔ）−ρ）Ｎ（ｔ）／（中性子寿命）が、中性子源強
度＋ガンマ線強度＊ρに等しいことを利用して原子炉の
中性子源強度及びガンマ線強度を評価する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07263018A JP3137569B2 (ja) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | 原子炉の中性子源強度及びガンマ線強度を評価する方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07263018A JP3137569B2 (ja) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | 原子炉の中性子源強度及びガンマ線強度を評価する方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09105796A JPH09105796A (ja) | 1997-04-22 |
| JP3137569B2 true JP3137569B2 (ja) | 2001-02-26 |
Family
ID=17383747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07263018A Expired - Lifetime JP3137569B2 (ja) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | 原子炉の中性子源強度及びガンマ線強度を評価する方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3137569B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4901631B2 (ja) * | 2007-07-30 | 2012-03-21 | 原子燃料工業株式会社 | ドップラー反応度係数の測定方法 |
-
1995
- 1995-10-11 JP JP07263018A patent/JP3137569B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09105796A (ja) | 1997-04-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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