JP5580527B2 - 横方向インコアプローブ - Google Patents

Description

例示的な実施形態は、一般的には、横方向インコアプローブ（ＴＩＰ）を使用する、原子炉コアにおける中性子束モニタの出力の読取りの監視および較正の方法ならびに装置に関する。

通常の原子力プラントは、原子炉全体にわたる多くの離散点において中性子束を監視する局所出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）などの中性子束モニタを含む。この情報は、原子炉の出力レベルを監視、制御、およびモデリングするのに使用される３次元（３Ｄ）ノード出力を決定するコア監視ソフトウエアによって処理されることが可能である。ＬＰＲＭは、中性子束を精確に測定することが可能であるが、時間の経過に伴い、これらの機器は異なる率で感度を失い、それにより、これらの機器の利得電子機器は、個々に再較正されなければならない。横方向インコアプローブ（ＴＩＰ）システムが、この再較正プロセスにおいて使用されることが可能である。

従来、ＴＩＰシステムは、乾燥管または他のタイプの機器管を経て原子炉コアの内外に機械的に移動するＴＩＰケーブルに取り付けられたＴＩＰ検出器を含む。従来、機器管は、ＬＰＲＭを収容し、この機器管により、較正されているＬＰＲＭに直接隣接してＴＩＰ検出器が配置されることが可能であるように、管を通してＴＩＰケーブルを延伸することが可能になる。ＴＩＰは、ガンマ束の読取りを行うことができ、これらの読取りは、ケーブルが機器管を通って移動する際、ケーブルが軸方向に約２．５４センチメートル（１インチ）移動するごとに記録されることが可能である。従来、ＴＩＰ検出器のガンマ束の読取りは、コア全体にわたって軸方向の高度において行われ、これらの読取りは、原子炉コア全体にわたって既知の軸方向位置および径方向位置に位置するＬＰＲＭを較正するために使用される。このＬＰＲＭの較正は、連続的に、６０日ごとに、またはプラントの保全スケジュールによって決定されているように、反復されることが必要である可能性がある。
米国特許出願公開２００８／００７６９５７ 米国特許出願公開２００８／００３１８１１ 米国特許出願公開２００７／０２９７５５４ 米国特許出願公開２００７／０１３３７３４ 米国特許出願公開２００７／０１３３７３１ 米国特許出願公開２００６／０１２６７７４ 米国特許出願公開２００６／００６２３４２ 米国特許出願公開２００５／０１０５６６６ 米国特許出願公開２００５／０１１８０９８ 米国特許出願公開２００４／００９１４２１ 米国特許出願公開２００４／０１９６９４２ 米国特許出願公開２００４／０１９６９４３ 米国特許出願公開２００４／０１０５５２０ 米国特許出願公開２００３／０１７９８４４ 米国特許出願公開２００３／００１２３２５ 米国特許出願公開２００３／００１６７７５ 米国特許出願公開２００３／０１０３８９６ 米国特許出願公開２００２／００３４２７５ 米国特許第６，２３３，２９９号 米国特許第６，１９２，０９５号 米国特許第４，４９３，８１３号 米国特許第５，６３３，９００号 米国特許第５，１４５，６３６号 米国特許第５，０５３，１８６号 米国特許第４，７２９，９０３号 米国特許第６，８９６，７１６号 米国特許第６，６７８，３４４号 米国特許第６，１６０，８６２号 米国特許第５，６１５，２３８号 米国特許第５，４００，３７５号 米国特許第４，２８４，４７２号 米国特許第３，９９８，６９１号 米国特許第４，５９７，９３６号 米国特許第７，２３５，２１６号 米国特許第５，８７１，７０８号 米国特許第７，１５７，０６１号 米国特許第４，７８２，２３１号

しかし、ＴＩＰ検出器の正確な位置が既知ではないという懸念が存在する。というのは、ＴＩＰケーブルが時間の経過と共に圧縮され、または磨耗し、ケーブルが原子炉コア全体にわたる蛇行性の長い経路を通って押し出される際、ケーブルの正確な長さおよびＴＩＰケーブルの上に位置するＴＩＰ検出器のその後の正確な位置が不正確になるからである。適所にない可能性があるＴＩＰ検出器の読取りに基づいてＬＰＲＭを再較正することにより、ＬＰＲＭの読取りが不精確になることがあり、これは、コアにおける出力レベルの精確な制御および監視に影響を与えることがある。

例示的な実施形態は、横方向インコアプローブ（ＴＩＰ）監視および較正デバイス、ならびに原子炉コアにおいて監視デバイスを較正する方法を対象とする。監視デバイスは、ＬＰＲＭモニタ、または中性子束を読み取ることができる他のモニタとすることが可能である。ＴＩＰデバイスはケーブルを含み、中性子吸収器がＴＩＰ検出器から離れた固定距離に配置されている。ＴＩＰ検出器は、ガンマ束または中性子束など、束を読み取ることができる機器である。中性子吸収器は、既存または従来のＴＩＰケーブルの上に嵌合することができる延長部によってケーブルに固定されることが可能である。中性子吸収器は、ホウ素−１０、カドミウム、ハフニウム、または、デバイスのごく近傍内に配置されるとき、中性子を吸収し、かつ中性子束監視デバイスの測定値を知覚可能なほど減少させるあらゆる他の材料で作成されることが可能である。

デバイスを較正する方法は、ＴＩＰ検出器の読取り、監視デバイスの読取り、およびコアの中に押し出されるケーブルの長さを連続的に記録しながら、監視デバイスの付近においてケーブルに原子炉コアを通過させることを含む。記録された読取りは、較正のために使用されるＴＩＰ検出器の測定値および監視デバイスの測定値を決定するために使用される。これは、監視デバイスに対する中性子吸収器の位置（したがって、中性子吸収器から固定距離にあるＴＩＰ検出器の位置）を決定する基準点として監視デバイス測定値のピークディップを使用することによって達成される。ＴＩＰ検出器の測定値および監視デバイスの測定値が決定された後、周知の方法によってこれらを互いに比較して監視デバイスを較正することが可能である。

例示的な実施形態の上記および他の特徴および利点は、添付の図面を参照して例示的な実施形態を詳細に説明することによってより明らかになるであろう。添付の図面は、例示的な実施形態を示すことを意図しことを特徴とする請求項の意図した範囲を限定すると解釈されるべきではない。添付の図面は、特に断りのない限り、縮尺調整されて描かれていると考慮されるべきではない。

詳細な例示的な実施形態が、本明細書において開示される。しかし、本明細書において開示される特定の構造および機能の詳細は、例示的な実施形態を説明するための典型に過ぎない。ただし、例示的な実施形態は、多くの代替形態において実現されることが可能であり、本明細書において述べられる実施形態にのみ限定されると解釈されるべきではない。

したがって、例示的な実施形態は、様々な修正および代替形態が可能であるが、その実施形態は、図面において例示として示され、かつ本明細書において詳細に説明される。しかし、例示的な実施形態を開示される特定の形態に限定することを意図するのでなく、対照的に、例示的な実施形態は、例示的な実施形態の範囲内にあるすべての修正、等価物、および代替物を網羅すると理解されたい。同じ符号は、図の記述全体にわたって同じ要素を指す。

第１、第２などの用語が、様々な要素を説明するために本明細書において使用されるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素を他から区別するためにのみ使用される。たとえば、例示的な実施形態の範囲から逸脱せずに、第１要素を第２要素と呼ぶことができ、同様に、第２要素を第１要素と呼ぶことができる。本明細書において使用される際、「および／または」という用語は、関連して挙げられた項目の１つまたは複数のいずれかおよびすべての組合せを含む。

要素が他の要素に「接続される」または「結合される」と言及されるとき、他の要素に直接接続または結合されてもよく、あるいは介在要素が存在してもよいことが理解されるであろう。対照的に、要素が他の要素に「直接接続される」または「直接結合される」と言及されるとき、介在要素は存在しない。要素間の関係を記述するために使用される他の用語も、同様に解釈されるべきである（たとえば、「の間」と「の直接の間」、「隣接する」と「直接隣接する」など）。

本明細書において使用される専門用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とし、例示的な実施形態を限定することを意図するものではない。本明細書において使用される際、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に示さない限り、複数形も同様に含むことを意図する。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、および／または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、本明細書において使用されるとき、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを規定するが、１つもしくは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することまたは追加されることを排除しないことがさらに理解されるであろう。

また、いくつかの代替実施態様では、示された機能／作用は、図に示されたものとは異なる順序で行われることが可能であることも留意されたい。たとえば、連続して示された２つの数字は、実際には、ほぼ同時に実施されることが可能であり、または時には、関与する機能／作用に応じて、反対の順序で実施されることが可能である。

図１は、従来の原子炉コアの上面図を示す。図示されたように、従来の原子炉ベセル１２は、行列アレイを形成する数百の燃料束１４からなる原子炉コア１０を含む。多くの個々の局所出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）３３が、対称線３１に沿って対称に全体的に配置され、ＬＰＲＭ３３は、中性子束の測定を行うことができる。従来、ＬＰＲＭ３３は、４つの燃料束１８の間の十字接合部に配置され、それにより、ＬＰＲＭ３３は、個々の燃料束１４によって囲まれる。図１は、コア１０の１つの高度におけるＬＰＲＭ３３の位置の上面図を示すが、ＬＰＲＭ３３は、他の軸方向位置（すなわち、他の高度）に沿ってコア１０全体にわたって配置されることが可能であることを理解されたい。それにより、ＬＰＲＭ３３は、コア１０全体にわたって分散した多くの径方向位置（たとえば、コアの中心１６から距離２０）および軸方向（高度）位置において、中性子束を集団的に監視する。

図２は、本発明の例示的な実施形態による横方向インコアプローブ（ＴＩＰ）システム４０を示す。図示されたように、ＴＩＰ検出器３８が、ＴＩＰケーブル３６に取り付けられる。ＴＩＰ検出器３８は、任意の周知のＴＩＰ検出器とすることが可能であり、ＴＩＰケーブル３６は、任意の周知のＴＩＰケーブルとすることが可能である。例示的な実施形態は、中性子吸収器４４をさらに含み、中性子吸収器４４は、中性子吸収器４４のごく近傍に入るＬＰＲＭが、中性子束の測定値の降下の知覚に遭遇することが可能であるように、ホウ素−１０、カドミウム、ハフニウム、または中性子を有効に吸収することが可能であるあらゆる他の適切な材料で作成されることが可能である。例示的な実施形態は、中性子吸収器４４をケーブル３６の中に織り込むこと、ケーブル３６を接合して中性子吸収器４４を挿入すること、あるいは吸収器４４をケーブル３６の内部またはケーブル３６の上に取り付けるおよび／または埋め込むことを含めて、任意の数の方法によって中性子吸収器４４を取り付けることを可能にする。中性子吸収器４４は、ＴＩＰ検出器３８から離れた固定距離（ｘ）に配置され、この距離は、ＬＰＲＭを精確に較正するために使用される。

図３は、本発明の他の例示的な実施形態による他のＴＩＰシステム４１を示す。図示されたように、従来のケーブル３６の上にある従来のＴＩＰ検出器３８が、ケーブル延長部４６を装備する。ケーブル延長部４６は、ＴＩＰ検出器３８から固定距離（ｙ）に配置される中性子吸収器４４を含む。ケーブル延長部４６は、クランプ、はんだ付け、接合、織り込み、接着、または延長部４６をケーブル３６に確実に取り付けることができるあらゆる他の手法によって、ケーブル３６に取り付けられることが可能である。

図４は、原子炉コアの機器管の内部において使用されるＴＩＰシステム４０／４１の例示的な実施形態の正面図を示す。図示されたように、従来の機器管３０が、コア１０を通って軸方向に延び、機器管３０の長さに沿っていくつか（この場合は４）のＬＰＲＭ３３を収容する。ＴＩＰケーブル３６は、管３０を通って延伸するように示されている。ＬＰＲＭ３３およびＴＩＰ検出器３８の測定が行われている期間中にケーブル３６が進行する方向は重要ではないが、その理由は、ケーブル３６は、下から上（コア内の高度について軸方向に上昇する）、または上から下（コア内の高度について軸方向に低下する）に移動することが可能であるからである。ケーブル３６は、ケーブル３６に固定されたＴＩＰ検出器３８および中性子吸収器４４を含む。上記で議論されたように、ＴＩＰ検出器３８と中性子吸収器４４は、互いから固定距離にある。ＴＩＰケーブル３６は、巻かれているリール５０の上に収容されることが可能であり、それにより、ケーブル３６は、コアに入り、機器管３０を通って進行することが可能になる。ケーブルの進行長（リール５０によって費やされたケーブルの長さ）は、リール５０の径方向の回転に基づいて測定および記録されることが可能である。代替として、ケーブルは、ケーブルがコアを通って移動する際にケーブルの進行長が測定されることを可能にするあらゆる他の方法によって、コアを通って延伸することが可能であり、または、コアの中に下降することが可能である。信号５４は、測定値を記録するコンピュータ５２に送信されることが可能であるＴＩＰ検出器３８、ＬＰＲＭ３３、およびリール５０（リールの回転を測定する）からの機器信号をまとめて表す。これらの信号５４は例示であり、配線、電波、または無線の伝送、光ファイバケーブル、遠隔測定、あるいは信号５４をコンピュータ５２に送信するあらゆる他の手法により、コンピュータ５２に送信されることが可能である。コンピュータ５２は、データベース、プラント制御室、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、記録機械、あるいは例示的な実施形態に適切な機器の読取りを記録することが可能であるあらゆる他の１つまたは複数のデバイスとすることが可能である。

図５は、本発明の例示的な実施形態による横方向インプローブシステムを使用して局所出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）などの監視デバイスを較正する方法を示す。図示されたように、ステップＳ１０において、ＴＩＰシステム４０／４１は、原子炉の機器管を通過する。ＴＩＰシステムは、たとえば計測したペースでＴＩＰケーブルにコアを通過させることが可能であるモータを使用することにより、一定の率でコアを通過することが示唆される。ステップＳ２０において、測定値が、ＴＩＰ検出器および監視デバイスから連続的に記録され、一方、ケーブル進行長も記録される。記録されたＴＩＰ検出器および監視デバイスの読取りは、ケーブルの進行長の関数として記録されることが可能であり、または代替として、ＴＩＰ／監視デバイスの読取りおよびケーブルの進行長の測定値は、時間−日付を刻印することが可能である。これらの読取りは、連続的に記録されることが可能であり、この文脈の「連続的」は、これらの測定値を断続的に記録することを含み、たとえばケーブルが２．５４センチメートル（１インチ）進行するごとに、またはケーブルが進行する他の離散距離において、あるいは離散時間増分において、ＴＩＰ検出器および監視デバイスの測定値を記録することを含むことが可能である。ＴＩＰ検出器の読取り、監視デバイスの読取り、およびケーブルの進行長はすべて、監視デバイスを較正するのに適切な測定値に後でアクセスするために、コンピュータ５２、データベース、任意の既知の記録デバイスに記録され、手で記録され、または文書化されることが可能である。

図５のステップＳ３０において、ＴＩＰ検出器の測定値および監視デバイスの測定値は、較正の目的で決定される。これは、監視デバイスの測定値のピークディップを識別し、監視デバイスとＴＩＰ検出器が互いに最も近接していた点に関連付けられるケーブルの進行長を決定する基準点としてこのピークディップを使用することによって達成される。中性子吸収器が監視デバイスの側を通過する際、監視デバイスは、ディップ、または中性子吸収器が存在することによって生じる束の読取りの降下の知覚に遭遇することを理解されたい。監視デバイス読取りの知覚可能な降下は、中性子吸収器が監視デバイスに接触するように近づく際、少量降下し、続いてより明確に降下するように、徐々に起きる可能性がある。これがピークディップ、または中性子吸収器が監視デバイスに最も近接しているときの点を表す監視デバイスの束読取りの最も明確な降下である。ピークディップに関連付けられるケーブルの進行長を決定し、次いでケーブルの進行長に対して固定距離（ＴＩＰ検出器と中性子吸収器の間の既知の距離）を加算または減算することによって（中性子吸収器が、それぞれＴＩＰ検出器より先行しているか、またはＴＩＰ検出器に後続しているかによる）、ケーブルの進行較正長を決定することが可能である。ケーブルの進行較正長は、ＴＩＰ検出器を監視デバイスに最も接近させるためにコアの中に押し出されたケーブルの長さである。ケーブルの進行較正長におけるＴＩＰ検出器の測定値および監視デバイスの測定値は、ステップＳ３０において決定された測定値である。

図５のステップＳ４０において、ステップＳ３０の決定されたＴＩＰ検出器の測定値および監視デバイスの測定値を使用して、監視デバイスの電子利得を調整するなど、周知の方法を使用して監視デバイスを較正する。監視デバイスの較正は、ＴＩＰ検出器の読取りに整合する範囲内に監視デバイスの束読取りがあるようにするために行われる。

図５は例示的な手続きであるが、較正は、監視デバイスの読取りにおいてディップを創出するために中性子吸収器を使用する他の方法によって達成されることが可能であり、ディップは、較正の目的で監視デバイスに対するＴＩＰ検出器の位置を決定する基準点として使用される。たとえば、ＴＩＰ検出器および監視デバイスの読取りが連続的に行われること、またはケーブルの進行長の関数として記録されることは必要ではない。図５は、監視デバイスの測定値がピークディップに遭遇する場所にケーブルが配置されるように変更されることが可能であり、その場合、ケーブルは、ＴＩＰ検出器および監視デバイスが互いにごく近傍にあることを保証するように、前方または後方の固定距離に再配置される（ＴＩＰ検出器がコアを通って中性子吸収器にそれぞれ後続するか、または先行するかに応じて）。ＴＩＰ検出器および監視デバイスが互いのごく付近に配置された後、ＴＩＰ検出器および監視デバイスの読取りが行われ、較正のために使用されることが可能である。他のそのようなシナリオにより、監視デバイスを実時間で較正することも可能になることがあり、ＴＩＰ検出器が、較正中および較正後、監視デバイスのごく近傍内に留まることが可能になり、ＴＩＰケーブルが機器管から取り出される前に、監視デバイスが、ＴＩＰ検出器と同じ率で束を測定していることが保証される。

ＴＩＰ検出器が、本発明の例示的な実施形態において使用されるが、当業者なら、中性子吸収器から固定距離に配置された任意の検出器が使用されることが可能であることを容易に理解するであろう。中性子吸収器は、原子炉コア内の検出器の位置を決定する基準点を提供するために使用される。

これらの例示的な実施形態の目的では、監視デバイスと中性子吸収器および／またはＴＩＰ検出器との間の距離に関する「付近」または「ごく近傍」という用語は、２．５４センチメートル（１インチ）未満として定義することが可能であり、または、数インチ以上として定義することも可能である。監視デバイスと中性子吸収器の距離（本質的には、監視デバイスとケーブルの距離）は、中性子吸収器が監視デバイスの読取りに知覚可能であるほど影響を与える能力によってのみ制限される。ＴＩＰ検出器が監視デバイスの付近に位置することを保証するために、ケーブルを後に再配置している最中、ＴＩＰ検出器と監視デバイスの間のこの距離は、較正自体の精度によってのみ制限され、監視デバイスとＴＩＰ検出器の距離がより小さいことによって、より精確な較正が得られる。

例示的な実施形態が、以上のように説明されたが、多くの方式で変更されることが可能であることが明らかになるであろう。そのような変更は、例示的な実施形態の意図される精神および範囲からの逸脱とみなされるべきではなく、またそのようなすべての修正は、当業者には明らかであるように、添付の特許請求の範囲内に含まれることを意図する。

従来の原子炉コアの上面図である。 本発明の例示的な実施形態による横方向インコアプローブ（ＴＩＰ）システムを示す図である。 本発明の例示的な実施形態による他の横方向インコアプローブ（ＴＩＰ）システムを示す図である。 原子炉コアの機器管の内部において使用されるＴＩＰシステムの例示的な実施形態の正面図である。 本発明の例示的な実施形態による横方向インプローブシステムを使用して局所出力領域モニタを較正する方法のフローチャートである。

符号の説明

１０ 原子炉コア
１２ 従来の原子炉ベセル
１４ 燃料束
１６ コアの中心
１８ 燃料束間の十字接合部
２０ コアの中心からの距離
３０ 従来の機器管
３１ 対称線
３３ 局所出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）
３６ ＴＩＰケーブル
３８ ＴＩＰ検出器
４０ 横方向インコアプローブ（ＴＩＰ）システム
４１ ＴＩＰシステム
４４ 中性子吸収器
４６ ケーブル延長部
５０ リール
５２ コンピュータ
５４ 信号

Claims (5)

1. 横方向インコアプローブ（ＴＩＰ）（４０／４１）であって、
   ケーブル（３６）と、
   該ケーブルに取り付けられたＴＩＰ検出器（３８）と、
   該ＴＩＰ検出器から固定距離（２０）離れて該ケーブルに固定された中性子吸収器（４４）とを備え、
   前記中性子吸収器が、ホウ素−１０、カドミウム、またはハフニウムを備える、
   ＴＩＰ。
2. 前記中性子吸収器が、前記ケーブル内に織り込まれる、または埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載のＴＩＰ。
3. 前記離れた固定距離が、約１５．２４センチメートル（６インチ）であることを特徴とする請求項１に記載のＴＩＰ。
4. 横方向インコアプローブ（ＴＩＰ）（４０／４１）であって、
   ケーブル（３６）と、
   該ケーブルに取り付けられたＴＩＰ検出器（３８）と、
   該ケーブルの端部に取り付けられ、中性子吸収器（４４）を含む延長部（４６）とを備え、
   前記中性子吸収器が、ホウ素−１０、カドミウム、またはハフニウムを備える、
   ＴＩＰ。
5. 前記ＴＩＰ検出器と前記中性子吸収器は互いに固定距離（２０）離れており、
   該固定距離が、約１５．２４センチメートル（６インチ）であること
   を特徴とする請求項４に記載のＴＩＰ（４０／４１）。
   

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