JP4509831B2 - 出力分布監視装置及びその監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、中性子の出力分布を監視する出力分布監視装置及びその監視方法に関する。

沸騰水型原子炉(ＢＷＲ)内において、原子燃料が装荷される炉心部には、炉心内部の中性子束を計測するために核分裂型中性子検出器が挿入されている。この中性子検出器内部に存在する中性子反応物質であるウランは、中性子照射により消耗するため、中性子照射量に応じて中性子に対する感度が低下する傾向がある。このため、中性子検出器は長期の使用期間にわたって定期的に感度校正を行って使用する必要がある。

この中性子束は熱出力に比例するので、従来の中性子検出器は、炉心性能計算により求められる炉内の熱出力分布に対応して相対的に校正されていた。このような中性子検出器の校正方法としては、原子炉内に複数配置したγ線検出器からの出力及び原子炉の熱収支から計算した熱出力分布を用いて校正する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平３−６５６９６号公報

しかしながら、上述した従来の中性子検出器の校正方法は、γ線検出器からの出力及び原子炉の熱収支から計算した熱出力分布を用いて校正されるために、中性子検出器は熱出力に対して相対的に校正されているのみである。このため、従来の中性子検出器の校正方法においては、中性子束の絶対値に対する校正が行われていない。このため、中性子検出器の測定値から検出器位置の中性子束値を得ることはできない、という課題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、中性子束値から核反応の反応状態を熱収支計算によらずに直接監視することができる出力分布監視装置及びその監視方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の出力分布監視装置においては、中性子を検出する中性子検出器と、前記中性子検出器で検出された中性子の直流成分を測定する直流成分測定手段と、前記直流成分測定手段で測定された直流成分測定値から中性子束を算出する第１の中性子束計算手段と、前記中性子検出器で検出された中性子の揺らぎ成分を測定する揺らぎ成分測定手段と、前記揺らぎ成分測定手段で測定された揺らぎ成分測定値から中性子束を算出する第２の中性子束計算手段と、γ線を検出するγ線検出器と、前記γ線検出器で検出されたγ線によりγ線束を算出するγ線束計算手段と、中性子束とγ線束の比を予測する予測手段と、前記第２の中性子束計算手段で算出された中性子束、前記γ線束計算手段で算出されたγ線束及び前記予測手段で予測された中性子束とγ線束の比の予測値が入力され、前記第２の中性子束計算手段で算出された中性子束及び前記γ線束計算手段で算出されたγ線束により、前記予測手段で予測された中性子束とγ線束の比を補正する補正手段と、この補正手段で補正された中性子束とγ線束の比と前記γ線束計算手段で算出されたγ線束から中性子束を算出する第３の中性子束計算手段と、を備え、前記第３の中性子束計算手段で算出された中性子束により、前記第１の中性子束計算手段で算出された中性子束を校正すること、を特徴とするものである。

また、上記目的を達成するため、本発明の出力分布監視方法においては、中性子を検出する中性子検出ステップと、この検出された中性子により中性子束を算出する第１の中性子束計算ステップと、γ線を検出するγ線検出ステップと、検出されたγ線によりγ線束を算出するγ線束計算ステップと、前記第１の中性子束計算ステップで算出された中性子束と前記γ線束計算ステップで算出されたγ線束が入力され、前記第１の中性子束計算ステップで算出された中性子束を校正する校正ステップと、を備え、前記第１の中性子束計算ステップは、前記中性子検出器で検出された中性子の直流成分を測定する直流成分測定手段で測定された直流成分測定値から中性子束を換算する第２の中性子束計算ステップと、前記中性子検出器で検出された中性子の揺らぎ成分を測定する揺らぎ成分測定手段で測定された揺らぎ成分測定値の中性子感度測定値を使用して中性子束を感度校正する第３の中性子束計算ステップと、を具備し、前記校正ステップは、前記中性子束とγ線束の比を予測する予測ステップと、この予測ステップの予測値により、入力された前記中性子束とγ線束の比を補正する補正ステップとを備え、この補正ステップで補正された中性子束とγ線束の比から中性子束を校正する第４の中性子束計算ステップを具備すること、を特徴とするものである。

本発明の出力分布監視装置及びその監視方法により、中性子束の絶対値を監視することが可能となり、中性子束の監視精度を格段に向上させることができる。

以下、本発明に係る出力分布監視装置及びその監視方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態の中性子検出器の校正手順を示すブロック図である。

図１に示すように、検出器集合体１ａ、１ｂ、１ｃが原子炉内において出力分布を監視するために配置される。この検出器集合体１ａの内部には、中性子検出器２ａ及びγ線検出器３ａが並列に収納される。同様に、検出器集合体１ｂの内部には、中性子検出器２ｂ及びγ線検出器３ｂが並列に収納される。また、検出器集合体１ｃの内部には、中性子検出器２ｃ及びγ線検出器３ｃが並列に収納される。

この検出器集合体１ａ、１ｂ、１ｃに収納される中性子検出器２ａ、２ｂ、２ｃ及びγ線検出器３ａ、３ｂ、３ｃは、本図において各々１個ずつ収納されているが、これに限定されることなく、各々複数収納される場合もある。また、検出器集合体１ａ、１ｂ、１ｃは、本図において３個設置されているが、これに限定されることなく、適宜複数原子炉内に配置される。

この中性子検出器２ａ、２ｂ、２ｃからの出力信号はマルチプレクサ４により順次切り替えられて伝送される。プラントによっては、このマルチプレクサ４を配置しないで直接に伝送する場合もある。中性子検出器２ａ、２ｂ、２ｃから順次選択されて伝送された信号は、揺らぎ成分測定手段６及び直流信号測定手段１３に入力される。この揺らぎ成分測定手段６により出力された揺らぎ成分測定値は、中性子束計算手段Ａ７に入力される。

また、中性子束計算手段Ａ７により計算された中性子束値は、校正手段を構成する中性子束／γ線束履歴記録手段１０及び監視手段である中性子束／γ線束監視・補正手段１１に入力される。さらに、中性子束／γ線束履歴記録手段１０に記録された中性子束／γ線束履歴は、予測手段である中性子束／γ線束予測手段１２に入力される。また、中性子束／γ線束予測手段１２から出力された中性子束／γ線束予測値は、中性子束／γ線束監視・補正手段１１に入力される。また、中性子束／γ線束監視・補正手段１１から出力される中性子束／γ線束値は、中性子束計算手段Ｂ９に入力される。

一方、直流信号測定手段１３から出力された直流電流値は、中性子束計算手段Ｃ１４に入力される。

また、γ線検出器３ａ、３ｂ、３ｃからの出力信号はマルチプレクサ５により順次切り替えられて伝送される。プラントによっては、このマルチプレクサ５を配置しないで直接に伝送する場合もある。γ線検出器３ａ、３ｂ、３ｃから順次切り替えられて伝送された信号は、γ線計算手段８に入力される。このγ線計算手段８により計算されたγ線束値は、校正手段を構成する中性子束計算手段Ｂ９、中性子束／γ線束履歴記録手段１０並びに中性子束／γ線束監視・補正手段１１に入力される。

中性子束計算手段Ｃ１４で算出された中性子束値は、中性子計算手段Ｂ９により算出された中性子束値より校正される。

この校正された中性子束値は、プラント制御装置１５又は炉心反応度監視装置１６に伝送される。

このように構成された本実施の形態において、中性子検出器２ａ、２ｂ、２ｃの出力はマルチプレクサ４で切り替えながら伝送される。各中性子検出器２ａ、２ｂ、２ｃからの直流電流は直流成分測定手段１３で測定される。また、揺らぎ成分は揺らぎ成分測定手段６で測定される。

揺らぎ成分の計測は、一般にキャンベル計測又はＭＳＶ（ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｖｏｌｔａｇｅ）計測と呼ばれる計測方法による。この両方の測定は、本図に示すように同時測定することも可能であるが、順次切り替えて測定してもよい。直流成分測定手段１３で測定された直流測定値は中性子束計算手段Ｃ１４により中性子束値に換算される。

揺らぎ成分測定手段６で測定された揺らぎ測定値は、中性子束計算手段Ａ７により中性子束値に換算される。中性子束計算手段Ａ７においては、中性子検出器２ａ、２ｂ、２ｃの揺らぎ成分の感度が使用されるが、中性子検出器２ａ、２ｂ、２ｃの原子炉内装荷前に金箔照射法等のトレーサブルな方法で測定された値が、感度校正するために使用される。このように、中性子束は、既知の中性子束照射場において測定された揺らぎ成分の中性子感度の測定値を使用して校正される。これは、中性子検出器２ａ、２ｂ、２ｃの装荷直後においては、前述の揺らぎ成分に係る中性子感度の変化がほとんどないためである。揺らぎ成分の初期中性子感度をＳｍｓｖ（０）、装荷直後の揺らぎ測定値をＭＳＶ（０）とすると、原子炉内の中性子束φｎは下記の（１）式により求めることができる。

φｎ ＝ ＭＳＶ（０）／Ｓｍｓｖ（０）・・・・・・・（１）
一方、γ線検出器３ａ、３ｂ、３ｃから順次切り替えられて伝送された信号は、γ線計算手段８に入力される。このγ線束計算手段８により、γ線束値に換算される。このγ線計算手段８により算出されたγ線束値は中性子束計算手段Ｂ９に入力される。この中性子束計算手段Ｂ９おいて、γ線束計算手段８により換算されたγ線束値から中性子束値が訂正される。

具体的には、γ線検出器３ａ、３ｂ、３ｃの装荷直後においてγ線検出器の測定値から求めたγ線束をφγ、その後炉心の出力変化により中性子束，γ線束が変化した後にγ線検出器の測定値より求められたγ線束をφγ’とすると、出力変化後の原子炉内の中性子束φｎ’は下記の（２）式により求めることができる。

φｎ’ ＝ φγ’・φｎ／φγ ・・・・・・(2)
また、γ線束値は、中性子束計算手段Ａ７によって算出された中性子束と共に、中性子束／γ線束履歴記録手段１０及び中性子束／γ線束監視・補正手段１１に伝送される。

予測手段である中性子束／γ線束予測手段１２は、中性子束／γ線束履歴記録手段１０より得られる履歴からの外挿並びに中性子検出器２ａ、２ｂ、２ｃのウラン量から算出された理論感度変化予測値等を用いて、中性子束／γ線束の予測値が算出される。

中性子束／γ線束監視・補正手段１１は、中性子束／γ線束予測手段１２により算出される中性子束／γ線束の予測値と中性子束値、γ線束値との比較並びに中性子束値,γ線束値の時間あたりの変化率から、炉出力の変動、中性子検出器２ａ、２ｂ、２ｃの感度の変化、検出器の異常を弁別し、原子炉出力の変動及び中性子検出器感度の変化に対しては中性子束／γ線束値を補正して中性子束計算手段Ｂ９にフィードバックする。また、中性子検出器２ａ、２ｂ、２ｃに異常が発生している場合には、運転員への警報を発すると共に、この異常が発生している検出器の信号をバイパスすることにより安全監視機能を維持することができる。

具体的な弁別方法を、図２を使用して説明する。本図は、中性子束値とγ線束値の変化から、中性子検出器の異常、炉出力の変動及び検出器感度変化を弁別する方法を示す説明図である。

本図において、実線は中性子束値／γ線束値の測定値２４、γ線束値の測定値２６を示し、破線は中性子束値／γ線束値の予測値２５を示す。

例えば、数ミリ秒〜数秒オーダーで中性子束値のみが上昇するときは、中性子検出器の瞬時放電の事象２１を現している。数十日オーダーで中性子束値のみが下降したときは、中性子検出器感度の低下の事象２２を現している。数分〜数時間オーダーで中性子束値及びγ線束値が共に変化するときは、原子炉出力の変動の事象２３を現している。上述のように、中性子束値とγ線束値の変化から、中性子検出器の異常、炉出力の変動及び検出器感度変化等を弁別することが可能である。

また、監視手段である中性子束／γ線束監視・補正手段１１により補正された中性子束／γ線束値とγ線検出器による測定信号から上述の(２)式を使用して、中性子束計算手段Ｂ９により中性子束値が得られる。

本実施の形態によれば、中性子検出器２ａ、２ｂ、２ｃからの信号のうち直流成分信号を入力して中性子束計算手段Ｃ１４によって求めた中性子束値は、揺らぎ成分を入力して中性子束計算手段Ａ７によって算出された中性子束とγ線検出器３ａ、３ｂ、３ｃの測定値とを入力して中性子束計算手段Ｂ９によって求めた中性子束により校正される。

このように、中性子束計算手段Ｃ１４で算出された中性子束値の算出に係わる中性子検出器の感度校正をすることが可能となる。このように、従来は、中性子束に係る相対値しか入手できなかったが、揺らぎ成分を入力して中性子計算手段により求められた中性子束と、γ線検出器により検出されたγ線に基づいて中性子束計算手段で算出された中性子束値を校正することにより、中性子束の絶対値を監視することが可能となった。

このことにより従来と比較して、中性子束に係る絶対値を算出できるので、原子炉内中性子束の監視精度を大幅に向上させることができる。また、中性子検出器の校正においてトレーサビリティを確保することができ、中性子検出器の信頼性の向上を図ることができる。また、中性子束値とγ線束値の変化から中性子検出器の異常、炉出力の変動及び検出器感度変化を弁別することも可能となる。

さらに、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、校正された中性子束の画像処理手段を追設する等の変更をしてもよく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の実施の形態の出力分布監視装置の校正手段を示すブロック図。 中性子束値及びγ線束値の変化から、中性子検出器の異常、炉出力の変動及び検出器感度変化を弁別する方法を示す説明図。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ… 検出器集合体、２ａ，２ｂ，２ｃ… 中性子検出器、３ａ、３ｂ、３ｃ… γ線検出器、４，５… マルチプレクサ、 ６… 揺らぎ成分測定手段、７… 中性子束計算手段Ａ、８… γ線束計算手段、９…中性子束計算手段Ｂ、１０…中性子束/γ線束履歴記録手段、１１… 中性子束/γ線束監視・補正手段（監視手段）、１２…中性子束/γ線束予測手段（予測手段）、１３…直流成分測定手段、１４… 中性子計算手段Ｃ、１５… プラント制御装置、１６… 炉心反応度監視装置。

Claims (4)

1. 中性子を検出する中性子検出器と、
   前記中性子検出器で検出された中性子の直流成分を測定する直流成分測定手段と、
   前記直流成分測定手段で測定された直流成分測定値から中性子束を算出する第１の中性子束計算手段と、
   前記中性子検出器で検出された中性子の揺らぎ成分を測定する揺らぎ成分測定手段と、
   前記揺らぎ成分測定手段で測定された揺らぎ成分測定値から中性子束を算出する第２の中性子束計算手段と、
   γ線を検出するγ線検出器と、
   前記γ線検出器で検出されたγ線によりγ線束を算出するγ線束計算手段と、
   中性子束とγ線束の比を予測する予測手段と、
   前記第２の中性子束計算手段で算出された中性子束、前記γ線束計算手段で算出されたγ線束及び前記予測手段で予測された中性子束とγ線束の比の予測値が入力され、前記第２の中性子束計算手段で算出された中性子束及び前記γ線束計算手段で算出されたγ線束により、前記予測手段で予測された中性子束とγ線束の比を補正する補正手段と、
   この補正手段で補正された中性子束とγ線束の比と前記γ線束計算手段で算出されたγ線束から中性子束を算出する第３の中性子束計算手段と、を備え、
   前記第３の中性子束計算手段で算出された中性子束により、前記第１の中性子束計算手段で算出された中性子束を校正すること、を特徴とする出力分布監視装置。
2. 前記補正手段は、
   入力された中性子束とγ線束の比の変化率から、出力変動によるものか前記中性子検出器の感度変化によるものか前記中性子検出器の異常によるものかを弁別する弁別手段を備えたこと、を特徴とする請求項１に記載の出力分布監視装置。
3. 前記弁別手段は、
   前記中性子検出器の異常によるものであると弁別したときに異常警報を発する異常警報発生手段を備えたこと、を特徴とする請求項２に記載の出力分布監視装置。
4. 中性子を検出する中性子検出ステップと、
   検出された中性子の直流成分を測定する直流成分測定ステップと、
   測定された直流成分測定値から中性子束を算出する第１の中性子束計算ステップと、
   検出された中性子の揺らぎ成分を測定する揺らぎ成分測定ステップと、
   測定された揺らぎ成分測定値から中性子束を算出する第２の中性子束計算ステップと、
   γ線を検出するγ線検出ステップと、
   検出されたγ線によりγ線束を算出するγ線束計算ステップと、
   中性子束とγ線束の比を予測する予測ステップと、
   前記第２の中性子束計算ステップで算出された中性子束、前記γ線束計算ステップで算出されたγ線束及び前記予測ステップで予測された中性子束とγ線束の比の予測値が入力され、前記第２の中性子束計算ステップで算出された中性子束及び前記γ線束計算ステップで算出されたγ線束により、前記予測ステップで予測された中性子束とγ線束の比を補正する補正ステップと、
   この補正ステップで補正された中性子束とγ線束の比と前記γ線束計算ステップで算出されたγ線束から中性子束を算出する第３の中性子束計算ステップと、を備え、
   前記第３の中性子束計算ステップで算出された中性子束により、前記第１の中性子束計算ステップで算出された中性子束を校正すること、を特徴とする出力分布監視方法。

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