JP4658554B2 - 燃料装荷時臨界管理装置及び燃料装荷システム - Google Patents

Description

本発明は、原子炉への燃料装荷に関する。

原子炉は、運転開始前に炉心へ燃料を装荷する。特許文献１には、柱状の燃料の軸方向に垂直な方向へ前記燃料を複数収納する体系において、燃料の装荷過程での前記体系内の径方向中性子束分布を計測し、既に燃料の装荷されている領域の周辺部から中心部にかけての中性子束の増加率が予め設定した許容値を超えたか否かで前記体系内の臨界評価を行う技術が開示されている。

特開２０００−１６２３７９号公報

ところで、特許文献１に開示された技術では、既に燃料の装荷されている領域の周辺部から中心部にかけての中性子束の増加率を用いている。しかし、前記増加率を用いる場合、燃料装荷の各段階における様々な炉心状態で炉心の臨界及び安全性を評価するには改善の余地がある。また、特許文献１には、燃料が炉心へ着底した後に燃料を開放する場合については言及されておらず、着底後における燃料開放には改善の余地がある。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、燃料装荷の各段階における様々な炉心状態において、高い精度で安全性を評価すること、着底後における燃料を迅速に開放し、燃料燃料装荷時間を短縮することのうち、少なくとも一つを達成できる燃料装荷時臨界管理装置及び燃料装荷システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、原子炉の炉心へ燃料を装荷する際に用いるものであり、予め定めた燃料装荷順序にしたがって拡散方程式あるいは輸送方程式を連続的に解くことにより実効増倍率、検出器計数率及び検出器逆計数率比を予測する予測部と、前記燃料を前記炉心に装荷しているときの中性子検出器信号から検出器逆計数率比を求め、前記予測部によって予測された検出器逆計数率比と比較して、燃料装荷に異常があるか否かを判定する比較判定部と、を備えることを特徴とする。

この燃料装荷時臨界管理装置は、予め定めた燃料装荷順序にしたがって拡散方程式あるいは輸送方程式を連続的に解くことにより検出器逆計数率比を予測する。そして、燃料を前記炉心に装荷しているときの中性子検出器信号から求めた検出器逆計数率比と、前記予測部によって予測された検出器逆計数率比とを比較して、燃料装荷に異常があるか否かを判定する。このように、安全に対する基準となる検出器逆計数率比の予測値を用いて、定量的に安全性を評価できるので、燃料装荷の各段階における様々な炉心状態において、高い精度で安全性を評価できる。ここで、「装荷しているとき」とは、一体の燃料の装荷を開始してから、当該燃料を炉心に着底させた後、開放するまでをいう。

次の本発明に係る燃料装荷時臨界管理装置は、前記燃料装荷時臨界管理装置において、前記比較判定部が燃料装荷に異常があると判定した場合には、前記比較判定部は警報を発することを特徴とする。

この燃料装荷装置は、前記燃料装荷装置の構成を備えるので、前記燃料装荷装置と同様の作用、効果を奏する。さらに、この燃料装荷時臨界管理装置は、異常が発生した場合は警報を発生するので、異常発生を作業者に確実に知らせることができるので、燃料装荷時の安全性を確実に確保することができる。

次の本発明に係る燃料装荷時臨界管理装置は、前記燃料装荷時臨界管理装置において、燃料装荷に異常があると前記比較判定部が判定した場合には、異常があると判定された燃料装荷ステップ以降の燃料装荷順序が再設定され、前記予測部は、再設定された前記燃料装荷順序にしたがって拡散方程式あるいは輸送方程式を連続的に解くことにより検出器逆計数率比を再予測し、前記比較判定部は、再予測された検出器逆計数率比と、中性子検出器信号から求めた検出器逆計数率比とを比較して、燃料装荷に異常があるか否かを判定することを特徴とする。

この燃料装荷装置は、前記燃料装荷装置の構成を備えるので、前記燃料装荷装置と同様の作用、効果を奏する。さらに、この燃料装荷時臨界管理装置は、燃料装荷に異常があると前記比較判定部が判定した場合には、異常があると判定された燃料装荷ステップ以降の燃料装荷順序を再設定するとともに、再設定された燃料装荷順序にしたがって検出器逆計数率比を再予測する。これにより、燃料装荷途中において装荷順序に変更が発生しても、柔軟に対応できる。

次の本発明に係る燃料装荷時臨界管理装置は、前記燃料装荷時臨界管理装置において、前記比較判定部は、現在の燃料装荷ステップよりも前のステップで装荷した燃料の中性子検出器信号を用いて検出器逆計数率比を求め、当該検出器逆計数率比と、所定の燃料開放基準値とを比較し、前記比較の結果、前記燃料の着底後、前記燃料を開放してもよいと前記比較判定部が判定した場合には、前記燃料を開放する装荷制御部を備えることを特徴とする。

従来の燃料装荷においては、全装荷ステップを通して一定の、かつ、高い安全余裕を持った安全基準を用いていた。このため、装荷を開始した直後のように未臨界が深い場合には、過剰な安全基準となっており、燃料装荷に時間を要する原因となっていた。この燃料装荷装置は、前記燃料装荷装置の構成を備えるので、前記燃料装荷装置と同様の作用、効果を奏する。さらに、この燃料装荷時臨界管理装置は、現在の燃料装荷ステップよりも前のステップで装荷した燃料の検出器逆計数率比と、所定の燃料開放基準値と検出器逆計数率比とを比較する。そして、燃料の着底後、ただちに前記燃料を開放してもよいか否かを判定する。このように、所定の燃料開放基準値を設定するので、過度の安全余裕を持たせる必要がなくなる。これにより、安全性を十分に確保しつつ、燃料装荷時間を短縮できる。

次の本発明に係る燃料装荷時臨界管理装置は、前記燃料装荷時臨界管理装置において、前記比較判定部は、現在の燃料装荷ステップよりも前のステップで装荷した燃料の中性子検出器信号を用いて検出器逆計数率比を求め、当該検出器逆計数率比と、所定の燃料開放基準値とを比較し、前記比較の結果、前記燃料の着底後、前記燃料を開放できないと前記比較判定部が判定した場合、前記予測部は、前記燃料を開放できないと判定された燃料装荷ステップ以降の、再設定された燃料装荷順序にしたがって拡散方程式あるいは輸送方程式を連続的に解くことにより検出器逆計数率比を再予測し、前記比較判定部は、再予測された検出器逆計数率比と中性子検出器信号から求めた検出器逆計数率比とを比較して、前記燃料の着底後、前記燃料を開放できるか否かを判定することを特徴とする。

この燃料装荷装置は、前記燃料装荷装置の構成を備えるので、前記燃料装荷装置と同様の作用、効果を奏する。さらに、この燃料装荷時臨界管理装置は、燃料の着底後、ただちに前記燃料を開放できない場合には、前記燃料を開放できないと判定された燃料装荷ステップ以降の燃料装荷順序を再設定するとともに、再設定された前記燃料装荷順序にしたがって拡散方程式あるいは輸送方程式を連続的に解くことにより検出器逆計数率比を再予測する。これにより、燃料着底後、燃料を開放できない場合でも、再設定した燃料の装荷順序に基づいて装荷時の安全性を確認して、燃料の装荷を継続できる。

次の本発明に係る燃料装荷時臨界管理装置は、原子炉の炉心へ燃料を装荷する際に用いるものであり、予め定めた燃料装荷順序にしたがって拡散方程式あるいは輸送方程式を連続的に解くことにより実効増倍率、検出器計数率及び検出器逆計数率比を予測する予測部と、現在の燃料装荷ステップよりも前のステップで装荷した燃料の中性子検出器信号を用いて燃料開放基準検出器逆計数率比を求め、燃料開放基準検出器逆計数率比が所定の燃料開放基準値よりも大きい場合には、前記燃料の着底後、前記燃料を開放してもよいと判定し、燃料開放基準検出器逆計数率比が前記所定の燃料開放基準値以下である場合には、前記予測部によって予測された検出器逆計数率比に基づいて燃料装荷に異常があるか否かを判定し、燃料装荷に異常がない場合には、前記燃料を開放してよいと判定する比較判定部と、前記比較判定部が燃料を開放してよいと判定した場合には、前記燃料を開放する装荷制御部と、を含んで構成されることを特徴とする。

従来の燃料装荷においては、全装荷ステップを通して一定の、かつ、高い安全余裕を持った安全基準を用いていた。このため、装荷を開始した直後のように未臨界が深い場合には、過剰な安全基準となっており、燃料装荷に時間を要する原因となっていた。この燃料装荷装置は、現在の燃料装荷ステップよりも前のステップで装荷した燃料の検出器逆計数率比と、所定の燃料開放基準値と検出器逆計数率比とを比較する。そして、燃料の着底後、ただちに前記燃料を開放してもよいか否かを判定する。このように、所定の燃料開放基準値を設定するので、過度の安全余裕を持たせる必要がなくなる。これにより、安全性を十分に確保しつつ、燃料装荷時間を短縮できる。

次の本発明に係る燃料装荷時臨界管理装置は、前記燃料装荷時臨界管理装置において、前記比較判定部の燃料開放に関する判定が終了するまでの期間、前記装荷制御部は、前記燃料の開放動作を禁止することを特徴とする。

この燃料装荷装置は、前記燃料装荷装置の構成を備えるので、前記燃料装荷装置と同様の作用、効果を奏する。さらに、この燃料装荷時臨界管理装置は、燃料の着底後ただちにこれを開放できない場合には、燃料の開放動作を禁止する。これにより、燃料装荷時の安全性を十分に確保できる。

次の本発明に係る燃料装荷システムは、把持した燃料を原子炉の炉心内へ搬送し、着底した燃料を開放して前記炉心内へ前記燃料を装荷する燃料装荷装置と、前記燃料装荷装置による燃料装荷を管理する前記燃料装荷時臨界管理装置と、を備えることを特徴とする。

この燃料装荷システムは、前記燃料装荷時臨界管理装置を備えるので、燃料装荷時の安全性を十分に確保できる。また、装荷時間も短縮できる。

この発明に係る燃料装荷時臨界管理装置及び燃料装荷時臨界管理システムは、燃料装荷の各段階における様々な炉心状態において、高い精度で安全性を評価すること、着底後における燃料を迅速に開放し、燃料燃料装荷時間を短縮することのうち、少なくとも一つを達成できる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態によってこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。本発明は、すべての種類の原子炉に適用することができる。

本発明のこの実施例は、原子炉の炉心へ燃料を装荷するにあたって、予め定めた燃料装荷順序にしたがって拡散方程式あるいは輸送方程式を連続的に解くことにより検出器逆計数率比を予測し、前記燃料を前記炉心に装荷しているときの中性子検出器信号から求めた検出器逆計数率比と、前記予測部によって予測された検出器逆計数率比とを比較して、燃料装荷に異常があるか否かを判定する点に特徴がある。

図１は、この実施例に係る燃料装荷システムを示す全体図である。この実施例に係る燃料装荷システム１００は、燃料装荷時臨界管理装置１０と、燃料装荷装置２０とを含んで構成される。原子炉が備える炉心１の外部には、中性子検出器３が配置される。中性子検出器３は、炉心１の外部に放射される中性子を炉心１の外部で検出するものであり、通常炉外検出器と呼ばれる。そして、中性子検出器３が検出し、計数した中性子の数が、中性子検出器信号（以下検出器信号）として中性子検出器３から取り出される。

一般に原子炉の運転においては、線源領域（ＳＲ：Source Range）、中間領域（ＩＲ：Intermediate Range）及び出力領域（ＰＲ：Power Range）それぞれの領域で中性子検出が可能な中性子検出器を用意するとともに、それぞれの中性子検出器の測定レンジをオーパラップさせる。これにより、原子炉の運転に必要な幅広い測定レンジを十分にカバーすることができる。

原子炉の定格出力を１００％とすると、ＳＲ中性子検出器は１０^−９％〜１０^−３％、ＩＲ中性子検出器は１０^−６％〜１０^２％、ＰＲ中性子検出器は１０^−２％〜１０^３％程度の範囲で用いることができる。この実施例に係る燃料装荷時臨界管理装置を含む燃料装荷装置では、ＳＲ中性子検出器を用いる。

中性子検出器３は、この実施例に係る燃料装荷時臨界管理装置１０に接続され、出力が取得される。燃料装荷時臨界管理装置１０は、取得した出力値から、検出器計数率及び１／Ｍを求める。１／Ｍとは検出器逆計数率比であり、φ_０／φで定義される。この定義から、検出器逆計数率比１／Ｍは、臨界に近づくにしたがって限りなく０に近づく。ここで、φは検出器計数率であり、中性子検出器３で計数される単位時間あたりの中性子の数を表す。これが中性子検出器３から出力される検出器信号となる。φ_０は、基準検出器計数率であり、ある状態の炉心（例えば、燃料が１体装荷された状態）において中性子検出器３が計数した単位時間当たりの中性子の数である。φ_０が求まれば、炉心１へ燃料２を装荷するすべての段階での検出器信号を取得することにより、炉心１へ燃料２を装荷するすべての段階での１／Ｍを求めることができる。

この実施例に係る燃料装荷時臨界管理装置１０は、炉心１に対する燃料装荷時において、中性子検出器３の出力を取得し、検出器逆計数率比１／Ｍを監視する。その結果は、表示装置１０ｄに表示される。また、前記燃料装荷時臨界管理装置１０は、燃料装荷装置２０の動作を制御する機能も備える。この実施例に係る燃料装荷装置２０は、装置本体２２と、装置本体２２に取り付けられて燃料２を把持、開放する燃料取扱部２４と、同じく装置本体に取り付けられる車輪２３とで構成される。

前記車輪２３は、炉心１の鉛直方向上方に備えられるレール２１に組み合わされて支持されており、車輪２３が回転することによって燃料装荷装置２０は前記レール２１に沿って移動する。燃料２は、燃料装荷装置２０の燃料取扱部２４に保持されて、炉心１内に装荷される。燃料２を炉心１へ装荷するときには、燃料ピットに格納された燃料２の長手方向における一端部を、燃料装荷装置２０の燃料取扱部２４が把持する。そして、炉心１内へ燃料２を着底させた後、燃料２を開放し、炉心１へ燃料２が装荷される。

次に、この実施例に係る燃料装荷時臨界管理装置１０の構成について説明する。図２は、この実施例に係る燃料装荷時臨界管理装置の構成を示す説明図である。図２に示すように、燃料装荷時臨界管理装置１０は、入力ポート１８と、処理部１０ｐと、記憶部１０ｍと、出力ポート１９とを含んで構成される。処理部１０ｐは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）とメモリとを組み合わせて構成することができる。

処理部１０ｐは、予測部１１と、比較判定部１２と、装荷制御部１３とを含んで構成される。このうち、予測部１１と、比較判定部１２と、装荷制御部１３とが、この実施例に係る燃料装荷時臨界管理方法を実行する部分となる。処理部１０ｐと記憶部１０ｍとは、入力ポート１８及び出力ポート１９を介して接続される。これにより、処理部１０ｐは記憶部１０ｍへアクセスして、記憶部１０ｍへ格納されている情報を取得したり、処理した情報を記憶部１０ｍへ格納したりすることができる。同様に、処理部１０ｐの予測部１１と、比較判定部１２と、装荷制御部１３とは、入力ポート１８及び出力ポート１９を介して接続される。これにより、予測部１１と比較判定部１２と装荷制御部１３とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。

入力ポート１８には、中性子検出器３が接続されている。そして、中性子検出器３から出力される信号は、ノイズフィルタやＡ／Ｄコンバータ等によって処理部１０ｐが利用できる信号に変換されてから、入力ポート１８を介して処理部１０ｐへ送られる。これにより、処理部１０ｐは、１／Ｍを求めるために必要な情報を取得することができる。出力ポート１９には、燃料装荷装置２０が接続されており、装荷制御部１３により燃料装荷装置２０が作動する。

記憶部１０ｍには、この実施例に係る燃料装荷時臨界管理の処理手順を含むコンピュータプログラム等が格納されている。ここで、記憶部１０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。上記コンピュータプログラムは、処理部１０ｐへすでに記録されているコンピュータプログラムと組み合わせによって、この実施例に係る燃料装荷時臨界管理方法の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この燃料装荷時臨界管理装置１０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、予測部１１、比較判定部１２及び装荷制御部１３の機能を実現するものであってもよい。

次に、この実施例に係る燃料装荷時臨界管理装置による燃料装荷時臨界管理の手順を説明する。図３は、この実施例に係る燃料装荷時臨界管理において、未臨界及び１／Ｍを予測する手順を説明するフローチャートである。図４−１〜図４−４は、この実施例に係る未臨界及び検出器逆計数率比１／Ｍを予測する方法の説明に用いる説明図である。図５−１は、この実施例に係る燃料装荷時臨界管理の手順を示すフローチャートである。図５−２は、この実施例に係る燃料装荷時臨界管理における燃料の開放を判定する手順を示すフローチャートである。図６、図７は、装荷ステップと、実測検出器逆計数率比１／Ｍ及び予測検出器逆計数率比１／Ｍとの関係を示す説明図である。次の説明では、適宜図１、図２も参照されたい。

この実施例に係る燃料装荷時臨界管理では、燃料２を炉心１へ装荷するすべての過程において未臨界であることを、解析により予め確認する。また、燃料２を炉心１へ装荷するすべての過程において、検出器計数率φ及び１／Ｍを解析により予め求める。この実施例において、未臨界であるか否かは、実効増倍率ｋにより評価するので、前記解析では実効増倍率ｋを求める。

実効増倍率ｋ、検出器計数率φ及び検出器逆計数率比１／Ｍを解析により予測するにあたり、まず、燃料２の装荷順序を決定する。そして、決定した装荷順序に基づいて、燃料装荷時臨界管理装置１０の予測部１１が、燃料２を炉心１へ装荷するすべての過程における実効増倍率ｋ、検出器計数率φ及び検出器逆計数率比１／Ｍを解析により予測する。この実施例において、燃料２は炉心にＮ体装荷されるものとする。燃料２は、例えば図４−１〜図４−４に示すように、燃料２_１、２_２、・・・２_６、・・・２_ｉ、・・・の順に、合計Ｎ体の燃料が炉心１へ装荷される。

実効増倍率ｋは、燃料２を炉心１に装荷するそれぞれの段階で、すなわち、燃料２_１を装荷した段階、燃料２_１、２_２を装荷した段階、・・・すべての燃料を装荷した段階のそれぞれにおいて、拡散方程式あるいは輸送方程式を固有値問題として連続的に解くことによって求めることができる。そして、比較判定部１２は、燃料２を炉心１に装荷するすべての段階で未臨界（ｋ＜１）であることを判定する。なお、燃料２を炉心１に装荷するすべての段階において予測した実効増倍率ｋを表示装置１０ｄ等に出力させ、未臨界の判定をしてもよい。

検出器計数率φ及び検出器逆計数率比１／Ｍは、燃料２を炉心１に装荷するそれぞれの段階で、すなわち、燃料２_１を装荷した段階、燃料２_１、２_２を装荷した段階、・・・すべての燃料を装荷した段階のそれぞれにおいて、拡散方程式あるいは輸送方程式を固定源問題として連続的に解くことによって求めることができる。そして、予測部１１は、求めた検出器計数率φ及び検出器逆計数率比１／Ｍを記憶部１０ｍへ格納する。格納した検出器計数率φ及び１／Ｍは、１／Ｍの監視や異常診断等に用いられる。検出器逆計数率比１／Ｍは、拡散方程式あるいは輸送方程式を固定源問題として連続的に解き、中性子束分布を求め、これから検出器計数率φの予測値及び検出器逆計数率比１／Ｍの予測値（予測検出器逆計数率比ともいう）を求める。

ここで、「連続的に解く」とは、決定した燃料の装荷順序にしたがって、燃料２を炉心１に装荷するある段階からある段階まで連続して解くことを意味する。炉心１へ燃料２を装荷するすべての段階でそれぞれ別個に炉心解析モデルを作成する手間を低減できるので、迅速に炉心１へ燃料２を装荷するすべての段階における実効増倍率ｋ、検出器計数率φ及び検出器逆計数率比１／Ｍを求めることができる。次に、図３を用いて、実効増倍率ｋ、検出器計数率φ及び検出器逆計数率比１／Ｍの予測値を求める手順について説明する。

まず、Ｎ体の燃料２を炉心１へ装荷する場合の装荷順序を決定する（ステップＳ１０１）。この装荷手順にしたがって、予測部１１は、拡散方程式あるいは輸送方程式を解く。拡散方程式あるいは輸送方程式を解くにあたって、予測部１１は、装荷ステップ数ｎを１にセットし（ステップＳ１０２）、状態１（燃料２が一体炉心へ装荷された状態）において拡散方程式あるいは輸送方程式を固有値問題として解くことにより、実効増倍率ｋを予測する（ステップＳ１０３）。同様に、拡散方程式あるいは輸送方程式を固有源問題として解くことにより、検出器計数率φの予測値及び検出器逆計数率比１／Ｍを予測する（ステップＳ１０３）。

次に、予測部１１は、現在の装荷ステップ数ｎに１を加算した値（ｎ＋１）を、新たな装荷ステップ数ｎとする（ステップＳ１０４）。そして、予測部１１は、装荷する全装荷ステップＬよりも装荷ステップ数ｎが大きいか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ｎ≦Ｎである場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、ｎ＞Ｌになるまで、燃料２を炉心１に装荷するそれぞれの段階における実効増倍率ｋ、検出器計数率φ及び検出器逆計数率比１／Ｍの予測値を求める。ｎ＞Ｌになったら（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、実効増倍率ｋ、検出器計数率φ及び１／Ｍの予測が終了する。ここで、燃料２の総体数をＮとすると、燃料２の装荷には炉心内での燃料移動ステップが存在するので、Ｌ＞Ｎとなる。

次に、図５−１を用いて、この実施例に係る燃料装荷時臨界管理装置による燃料装荷時臨界管理の手順を説明する。燃料２を炉心１へ装荷するにあたり、比較判定部１２は、装荷ステップ数ｎを１にセットし（ステップＳ２０１）、装荷制御部１３は、燃料装荷装置２０の燃料取扱部２４に燃料２を把持させて、炉心１へ燃料２を装荷する（ステップＳ２０２）。燃料２が炉心１へ着底したら、燃料装荷時臨界管理装置１０は、燃料２を開放してよいか否かを判定し、燃料２を開放してよい場合には、燃料装荷装置２０は燃料２を開放する（ステップＳ２０３）。なお、燃料２の開放判定については後述する。

燃料装荷装置２０が燃料２を開放したら（ステップＳ２０３）、比較判定部１２は、中性子検出器３から検出器信号（検出器計数率）を取得し（ステップＳ２０４）、これに基づいてそのときの１／Ｍを求める（ステップＳ２０５）。なお、燃料２が着底したら、燃料装荷装置２０から着底を知らせる信号を比較判定部１２へ送り、比較判定部１２に検出器信号を自動的に取得させるようにしてもよい。このように、燃料２が着底してから、検出器信号を取得する。なお、検出器信号から求めた検出器計数率、及び検出器信号から求めた検出器逆計数率比１／Ｍを表示装置１０ｄに表示させるとともに、表示した結果から帳票を作成してもよい。

次に、比較判定部１２は、同じ炉心状態、すなわち、同じ装荷ステップ数ｎにおいて、実測した検出器信号から求めた１／Ｍ（実測検出器逆計数率比といい、以下（１／Ｍ）^Ｍで表す）と、予測部１１が予測した１／Ｍ（予測検出器逆計数率比といい、以下（１／Ｍ）^Ａで表す）とを比較する（ステップＳ２０６）。この実施例において、具体的な例としては、（１／Ｍ）^Ｍと（１／Ｍ）との差の絶対値により、両者を比較する。なお、比較結果は、表示装置１０ｄに表示することができる。

この比較の際には、（１／Ｍ）^Ｍの統計的ゆらぎを考慮し、（１／Ｍ）^Ｍの急変及び緩慢な変化に対応した異常を判定する。（１／Ｍ）^Ｍの統計的ゆらぎを考慮するにあたっては、例えば、図６に示すように、（１／Ｍ）^Ｍと（１／Ｍ）^Ａとの差の絶対値Δ（１／Ｍ）_ｎ（＝｜（１／Ｍ）^Ｍ−（１／Ｍ）^Ａ｜）｛ｎは装荷ステップ数｝を判定パラメータとし、この判定パラメータΔ（１／Ｍ）_ｎが所定の閾値よりも小さい場合は、測定やＡ／Ｄ変換等におけるばらつきの範囲内として異常は発生していないと判断する。

（１／Ｍ）^Ｍと（１／Ｍ）^Ａとを比較した結果、前記Δ（１／Ｍ）_ｎが所定の閾値よりも小さい場合（例えば図７の第１〜第４装荷ステップ）、当該装荷ステップにおいて、装荷異常は発生していないと判定する（ステップＳ２０７；Ｎｏ）。この場合、比較判定部１２は、現在の装荷ステップ数ｎに１を加算した値（ｎ＋１）を、新たな装荷ステップ数ｎとする（ステップＳ２０８）。そして、比較判定部１２は、装荷ステップ数ｎが、全装荷ステップＬよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２０９）。ｎ≦Ｌである場合（ステップＳ２０９；Ｎｏ）、すべての燃料２は装荷されていないので、すべての燃料２が炉心１へ装荷させるまで上記手順を繰り返す。ｎ＞Ｌになったら（ステップＳ２０９；Ｙｅｓ）、すべての燃料２が炉心１へ装荷されたと判定できるので、この実施例に係る燃料装荷時臨界管理は終了する。

上記ステップＳ２０７において（１／Ｍ）^Ｍと（１／Ｍ）^Ａとを比較した結果、前記Δ（１／Ｍ）_ｎが所定の閾値以上となっている場合（例えば図７の第５装荷ステップ）、当該装荷ステップ（この実施例では第５装荷ステップ）において、装荷異常が発生していると判定する（ステップＳ２０７；Ｙｅｓ）。例えば、燃料２の装荷順序を間違えたような場合には、装荷異常が発生すると考えられる。この場合、比較判定部１２は警報を発する（ステップＳ２１０）。そして、装荷制御部１３は、異常が発生していると判定された装荷ステップ（例えばｎステップ）において装荷した燃料２を、炉心１から取り出す（ステップＳ２１１）。次に、異常原因を特定する（ステップＳ２１２）。

装荷異常の原因が判明し、燃料装荷順序に変更がない場合（ステップＳ２１３；Ｎｏ）、燃料装荷装置２０は燃料２を再装荷する（ステップＳ２１６）。装荷異常の原因が判明し、燃料装荷順序に変更がある場合（ステップＳ２１３；Ｙｅｓ）、装荷異常が発生していると判定された装荷ステップ以降における燃料２の装荷順序を変更する（ステップＳ２１４）。なお、燃料２の装荷順序は、燃料装荷時臨界管理装置１０が変更するようにしてもよい。

予測部１１は、変更された燃料２の装荷順序で、異常が発生していると判定された装荷ステップ以降における実効増倍率ｋ、検出器計数率φ及び１／Ｍを再予測する（ステップＳ２１５）。この実施例においては、実効増倍率ｋ、検出器計数率φ及び１／Ｍを予測する前に装荷順序を決定し、この決定した装荷順序に基づいて連続的に拡散方程式あるいは輸送方程式を解く。これにより、予測のための計算時間を短縮することができるので、迅速に実効増倍率ｋ、検出器計数率φ及び１／Ｍの再予測ができる。また、計算時間を短縮するために、拡散方程式あるいは輸送方程式を解く際の炉心モデルを２次元としたり、近似を導入したりして計算時間を向上させてもよい。

比較判定部１２は、異常が発生していると判定された装荷ステップ以降におけるすべての段階で、未臨界条件（例えば、ｋ＜０．９５）であることを判定する。異常が発生していると判定された装荷ステップ以降におけるすべての段階で未臨界条件を満足することが確認されたら、装荷制御部１３は、変更後の装荷順序で燃料装荷装置２０に燃料２を再装荷させる（ステップＳ２１６）。燃料２を再装荷した後は、ステップＳ２０３〜Ｓ２０７により、燃料装荷に異常があるか否かを判定する。

次に、図５−２を用いて、燃料２の開放判定について説明する。比較判定部１２は、装荷ステップ数ｎを１にセットし（ステップＳ３０１）、装荷制御部１３は、燃料装荷装置２０の燃料取扱部２４に燃料２を把持させて、炉心１へ燃料２を装荷する（ステップＳ３０２）。燃料２が炉心１へ着底したら、燃料装荷時臨界管理装置１０は、燃料２を開放してよいか否かの判定を実行する。

かかる判定を実行するにあたって、比較判定部１２は、まず、基準検出器計数率測定ステップであるか否かを判定する（ステップＳ３０３）。基準検出器計数率測定ステップは、例えば、中性子源を炉心１内に装荷した場合（この実施例では、第１及び第２装荷ステップ）や、炉心１内の中性子源を移動した場合には、検出器計数率測定ステップへ移行する（ステップＳ３０３；Ｙｅｓ）。

基準検出器計数率測定ステップでない場合（ステップＳ３０３；Ｎｏ）、（ｎ−１）ステップにおける（１／Ｍ）^Ｍを、予め定めた燃料開放基準値（１／Ｍ）^Ｃと比較する（ステップＳ３０４）。この実施例では、第３装荷ステップ（ｎ＝３）以降に、ステップＳ３０４における比較を実行することになる。前記燃料開放基準値（１／Ｍ）^Ｃは、（ｎ−１）ステップ（ここではｎ≧３）における（１／Ｍ）^Ｍが燃料開放基準値（１／Ｍ）^Ｃよりも大きい場合、ｎステップで反応度の高い燃料（例えば新燃料）が炉心１へ装荷されたとしても未臨界条件（例えばｋ＜０．９５）を満たすように定められる。このため、（１／Ｍ）^Ｍ＞（１／Ｍ）^Ｃであれば、ｎステップにおいて燃料２が着底した後、ただちに燃料２を開放することができる。

一方、（ｎ−１）ステップにおける（１／Ｍ）^Ｍが燃料開放基準値（１／Ｍ）^Ｃ≦である場合も、燃料装荷装置２０が燃料２を把持した状態で、ｎステップにおける（１／Ｍ）^Ｍを測定し、測定後異常がなければ燃料２を開放することができる。なお、燃料装荷ステップが増えて（１／Ｍ）^Ｍが小さくなってくると、ある燃料装荷ステップで測定した（１／Ｍ）^Ｍが、燃料開放基準値（１／Ｍ）^Ｃよりも小さくなる場合があるが、かかる場合であっても、必ずしも異常と判断される訳ではない。

ステップＳ３０４において、比較判定部１２が（１／Ｍ）^Ｍと（１／Ｍ）^Ｃとを比較した結果、（１／Ｍ）^Ｍ＞（１／Ｍ）^Ｃであると判定した場合には、燃料装荷装置２０は、燃料着底後、ただちに燃料２を開放する（ステップＳ３０５）。これにより、燃料装荷時間を短縮することができる。その後、比較判定部１２は、中性子検出器３から検出器信号を取得し（ステップＳ３０６）、これに基づいてそのときの（１／Ｍ）^Ｍを求める（ステップＳ３０７）。

次に、比較判定部１２は、現在の装荷ステップ数ｎに１を加算した値（ｎ＋１）を、新たな装荷ステップ数ｎとする（ステップＳ３０８）。そして、比較判定部１２は、装荷ステップ数ｎが、全装荷ステップＬよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３０９）。ｎ≦Ｌである場合（ステップＳ３０９；Ｎｏ）、すべての燃料２は装荷されていないので、すべての燃料２が炉心１へ装荷させるまで上記手順を繰り返す。ｎ＞Ｌになったら（ステップＳ３０９；Ｙｅｓ）、すべての燃料２が炉心１へ装荷されたと判定できるので、この実施例に係る燃料装荷時臨界管理は終了する。

ステップＳ３０４において、比較判定部１２が（１／Ｍ）^Ｍと（１／Ｍ）^Ｃとを比較した結果、（１／Ｍ）^Ｍ≦（１／Ｍ）^Ｃであると判定した場合には、燃料装荷装置２０が燃料２を把持した状態で、比較判定部１２が中性子検出器３から検出器信号を取得する（ステップＳ３１０）。比較判定部１２は、これに基づいてそのときの（１／Ｍ）^Ｍを求める（ステップＳ３１１）。そして、比較判定部１２は、求めた（１／Ｍ）^Ｍから、燃料装荷に異常があるか否かを判定する（ステップＳ３１２）。なお、燃料装荷の異常判定は、上述した通りである。

なお、装荷制御部１３にロック機構を設け、ステップＳ３０４において比較判定部１２が（１／Ｍ）^Ｍと（１／Ｍ）^Ｃとを比較している間に燃料２の開放操作をした場合でも、燃料装荷装置２０が燃料２を開放しないようにしてもよい。このようにすれば、燃料２をただちに開放できないと判定した場合に（ステップＳ３０４；Ｎｏ）、誤って燃料２の開放操作をした場合でも燃料２は開放されないので、十分な安全性を確保できる。

ステップＳ３１２における判定の結果、燃料装荷に異常がない場合には（ステップＳ３１２；Ｙｅｓ）、燃料装荷装置２０は燃料２を開放する（ステップＳ３１３）。次に、比較判定部１２は、現在の装荷ステップ数ｎに１を加算した値（ｎ＋１）を、新たな装荷ステップ数ｎとする（ステップＳ３０８）。そして、比較判定部１２は、装荷ステップ数ｎが、全装荷ステップＬよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３０９）。ｎ≦Ｌである場合（ステップＳ３０９；Ｎｏ）、すべての燃料２は装荷されていないので、すべての燃料２が炉心１へ装荷させるまで上記手順を繰り返す。ｎ＞Ｌになったら（ステップＳ３０９；Ｙｅｓ）、すべての燃料２が炉心１へ装荷されたと判定できるので、この実施例に係る燃料装荷時臨界管理は終了する。

ステップＳ３１２における判定の結果、燃料装荷に異常がある場合には（ステップＳ３１２；Ｎｏ）、異常があると判定された燃料装荷ステップ以降における燃料装荷順序を再設定する（ステップＳ３１３）。予測部１１は、再設定された装荷順序において実効増倍率ｋ、検出器計数率φ及び１／Ｍを再予測し、再設定された装荷順序のすべての燃料装荷ステップで未臨界であることを確認する（ステップＳ３１４）。そして、装荷制御部１３は、未臨界が確認された再予測後の装荷順序で、燃料装荷装置２０に燃料２を再装荷させる（ステップＳ３１５）。

以上、この実施例によれば、予め定めた燃料装荷順序にしたがって拡散方程式あるいは輸送方程式を連続的に解くことにより実効増倍率を予測する。そして、この実効増倍率を用いて、炉心へ燃料を装荷するすべての段階において未臨界であるか否かを確認する。これにより、燃料装荷途中のあらゆる炉心の状態において、未臨界であるか否かを確認できるので、燃料装荷の安全性を高い精度で評価できる。

また、この実施例によれば、予め定めた燃料装荷順序にしたがって拡散方程式あるいは輸送方程式を連続的に解くことにより検出器逆計数率比を予測する。そして、燃料を前記炉心に装荷しているときの検出器信号から求めた検出器逆計数率比と、前記予測部によって予測された検出器逆計数率比とを比較して、燃料装荷に異常があるか否かを判定する。このように、安全に対する基準となる検出器逆計数率比の予測値を用いて定量的に安全性を評価できるので、燃料装荷時の安全性を十分に確保できる。

また、この実施例によれば、燃料が炉心内に着底してから取得した検出器信号を用いて求めた検出器逆計数率比と、所定の燃料開放基準値と検出器逆計数率比とを比較する。そして、燃料の着底後、前記燃料を開放してもよい場合か否かを判定する。このように、所定の燃料開放基準値を設定するので、過度の安全余裕を持たせる必要がなくなる。これにより、燃料装荷時間を短縮でき、安全性も十分に確保できる。

以上のように、本発明に係る燃料装荷時臨界管理装置及び燃料装荷システムは、原子炉の炉心への燃料装荷に有用であり、特に、燃料装荷の各段階における様々な炉心状態において、高い精度で安全性を評価することに適している。

この実施例に係る燃料装荷システムを示す全体図である。 この実施例に係る燃料装荷時臨界管理装置の構成を示す説明図である。 この実施例に係る燃料装荷時臨界管理において、未臨界及び１／Ｍを予測する手順を説明するフローチャートである。 この実施例に係る未臨界及び１／Ｍを予測する方法の説明に用いる説明図である。 この実施例に係る未臨界及び１／Ｍを予測する方法の説明に用いる説明図である。 この実施例に係る未臨界及び１／Ｍを予測する方法の説明に用いる説明図である。 この実施例に係る未臨界及び１／Ｍを予測する方法の説明に用いる説明図である。 この実施例に係る燃料装荷時臨界管理の手順を示すフローチャートである。 この実施例に係る燃料装荷時臨界管理における燃料の開放を判定する手順を示すフローチャートである。 装荷ステップと、実測１／Ｍ及び予測１／Ｍとの関係を示す説明図である。 装荷ステップと、実測１／Ｍ及び予測１／Ｍとの関係を示す説明図である。

符号の説明

１ 炉心
２、２_１、２_６、２_ｉ 燃料
３ 中性子検出器
１０ 燃料装荷時臨界管理装置
１１ 予測部
１２ 比較判定部
１３ 装荷制御部
２０ 燃料装荷装置
２１ レール
２２ 装置本体
２３ 車輪
２４ 燃料取扱部
１００ 燃料装荷システム

Claims (6)

1. 原子炉の炉心へ燃料を装荷する際に用いるものであり、
   予め定めた燃料装荷順序にしたがって拡散方程式あるいは輸送方程式を連続的に解くことにより実効増倍率、検出器計数率及び検出器逆計数率比を予測する予測部と、
   前記燃料を前記炉心に装荷しているときの中性子検出器信号から検出器逆計数率比を求め、前記予測部によって予測された検出器逆計数率比と比較して、燃料装荷に異常があるか否かを判定する比較判定部と、を備え、
   燃料装荷に異常があると前記比較判定部が判定した場合には、異常があると判定された燃料装荷ステップ以降の燃料装荷順序が再設定され、
   前記予測部は、再設定された前記燃料装荷順序にしたがって拡散方程式あるいは輸送方程式を連続的に解くことにより検出器逆計数率比を再予測し、
   前記比較判定部は、再予測された検出器逆計数率比と、中性子検出器信号から求めた検出器逆計数率比とを比較して、燃料装荷に異常があるか否かを判定することを特徴とする燃料装荷時臨界管理装置。
2. 前記比較判定部が燃料装荷に異常があると判定した場合には、前記比較判定部は警報を発することを特徴とする請求項１に記載の燃料装荷時臨界管理装置。
3. 前記比較判定部は、現在の燃料装荷ステップよりも前のステップで装荷した燃料の中性子検出器信号を用いて検出器逆計数率比を求め、当該検出器逆計数率比と、所定の燃料開放基準値とを比較し、
   前記比較の結果、前記燃料の着底後、前記燃料を開放してもよいと前記比較判定部が判定した場合には、前記燃料を開放する装荷制御部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料装荷時臨界管理装置。
4. 前記比較判定部は、現在の燃料装荷ステップよりも前のステップで装荷した燃料の中性子検出器信号を用いて検出器逆計数率比を求め、当該検出器逆計数率比と、所定の燃料開放基準値とを比較し、
   前記比較の結果、前記燃料の着底後、前記燃料を開放できないと前記比較判定部が判定した場合、前記予測部は、前記燃料を開放できないと判定された燃料装荷ステップ以降の、再設定された燃料装荷順序にしたがって拡散方程式あるいは輸送方程式を連続的に解くことにより検出器逆計数率比を再予測し、
   前記比較判定部は、再予測された検出器逆計数率比と中性子検出器信号から求めた検出器逆計数率比とを比較して、前記燃料の着底後、前記燃料を開放できるか否かを判定し、前記燃料を開放してもよいと前記比較判定部が判定した場合には、前記燃料を開放する装荷制御部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料装荷時臨界管理装置。
5. 前記比較判定部の燃料開放に関する判定が終了するまでの期間、前記装荷制御部は、前記燃料の開放動作を禁止することを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料装荷時臨界管理装置。
6. 把持した燃料を原子炉の炉心内へ搬送し、着底した燃料を開放して前記炉心内へ前記燃料を装荷する燃料装荷装置と、
   前記燃料装荷装置による燃料装荷を管理する請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料装荷時臨界管理装置と、
   を備えることを特徴とする燃料装荷システム。

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