JP5752467B2 - 原子炉燃料非破壊燃焼度評価方法およびその装置 - Google Patents
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Description
図2は、本発明に係る原子炉燃料の非破壊燃焼度評価方法の一実施の形態に用いる非破壊燃焼度評価装置を測定対象の原子炉燃料とともに示すブロック図である。
S∝P2・φ2 (式1)
BU∝f・φ (式2)
となる。
S∝(P2/f2)・BU2 (式3)
なる関係が得られる。
S=α・BUβ (式4)
なる関係式に基づいて行われる。あるいは、この式を踏襲した使用済ウラン燃料の燃焼度評価方法が知られている。しかし、この式を踏襲した従来の評価方法において、係数αおよび係数βは、初期Pu富化度εと初期核分裂性Pu組成割合fのみを考慮していたが、P2を直接のパラメータとしていなかった。
α=α1・(P2/f2)+α0 (式5)
なる(P2/f2)の1次式で表す。また、係数βを
β=β1・ln(P2/f2)+β0 (式6)
なるln(P2/f2)の1次式で表す。このとき、それぞれの係数α0、α1、β0、β1をεの関数として扱う。
BU∝ε・f・φ (式8)
(式7)を(式8)の2乗で除すことによってφを消去すると、
S∝(P2/ε/f2)・BU2 (式9)
なる関係が得られる。(式9)から、パラメータ(P2/ε/f2)を用いて燃焼度を評価することもできる。
(C4/C7)=Aε・ε+Bε (式10)
なる関係式を作成しておく。このとき係数Aεと係数Bεは燃焼度と核分裂Pu組成割合fとの関数である。fは、燃料製造時の情報を用いても良いが、図15に示すように、(C4/C7)のfによる依存性は小さいので、測定対象燃料の設計上の典型的な値を用いても実用上かまわない。さらに、次の工程で得られるfMをもって、本工程に立ち戻って再計算することもできる。
(Φ/C4)=Af・f+Bf (式11)
なる関係式を作成しておく。このとき係数Afと係数Bfは燃焼度とプルトニウム富化度εとの関数である。(Φ/E4)の場合も同様である。
(Φ/C4)=A2・P2 (式12)
なる関係式を作成しておく。このとき係数A2は燃焼度とプルトニウム富化度εとの関数である。(Φ/E4)の場合も同様である。
そこで、(式13)の関係から、工程S11で測定された中性子束Φと、工程S16で決定されたkとを用いて中性子放出率Sを求める(中性子放出率算出工程S17)。比例係数Pは、測定体系を構成する燃料集合体、燃料棒、燃料ペレットの寸法や材質、密度の情報に基づいて計算により予め決めることができる。これらの情報は、予め記憶部34に記憶させておく。中性子放出率Sの計算は、評価部31が行う。
BUN=exp{(ln(S)−ln(α))/β} (式14)
となる。燃焼度の算出は、評価部31が行う。
第1の実施形態では、中性子実効増倍率kを計算あるいは測定で決めたが、個々の原子炉燃料10を測定するときには、その燃焼度に応じて測定体系の中性子実効増倍率が変化する。測定体系は水中に置かれた燃料集合体1体の体系が通常である。
中性子放出率Sの計算は、評価部31が行う。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
12 燃料棒
16 タイプレート
18 スペーサ
20 非破壊燃焼度評価装置
22 中性子検出器
23 ガンマ線スペクトル検出器
25 コリメータ
26 データ処理器
31 評価部
34 記憶部
35 制御部
Claims (9)
- 原子炉に装荷される前にプルトニウムを含有する原子炉燃料が原子炉で照射された後の燃焼度を非破壊で評価する原子炉燃料の非破壊燃焼度評価方法において、
前記原子炉燃料が原子炉で照射された後に原子炉から取り出されて測定体系に設置された状態で前記原子炉燃料の自発中性子からなる中性子束Φを測定する中性子測定工程と、
前記原子炉燃料の自発ガンマ線からなるガンマ線のエネルギースペクトルを測定するガンマ線スペクトル測定工程と、
前記ガンマ線スペクトル測定工程で測定されたセシウム137のガンマ線強度C7から燃焼度BUGを求める第1燃焼度算出工程と、
前記ガンマ線スペクトル測定工程で測定されたセシウム134のガンマ線強度C4と前記C7との比(C4/C7)および前記BUGとから前記原子炉燃料の初期プルトニウム富化度εを求めるプルトニウム富化度算出工程と、
前記中性子測定工程で測定された中性子束Φと前記C4との比(Φ/C4)と、前記BUGおよび前記εとから、前記原子炉燃料の初期プルトニウム中に占める核分裂性プルトニウムの組成割合fおよび前記原子炉燃料の初期プルトニウム中に占めるPu242の組成割合P 2 とを求めるPu242組成割合算出工程と、
前記測定体系に設置された前記原子炉燃料の中性子実効増倍率kを求める中性子実効増倍率算出工程と、
比例係数をPとする式Φ=S・P/(1−k)からΦおよびkを用いて前記原子炉燃料の中性子放出率Sを求める中性子放出率算出工程と、
前記プルトニウム富化度算出工程で求められた前記原子炉燃料の初期プルトニウム富化度εと前記Pu242組成割合算出工程で求められた前記原子炉燃料の初期核分裂性プルトニウムの組成割合fおよび初期Pu242の組成割合P 2 との関数である係数αおよび係数βを用いて式S=α・BUβから燃焼度BUNを求める第2燃焼度算出工程と、
を有することを特徴とする原子炉燃料非破壊燃焼度評価方法。 - 原子炉に装荷される前にプルトニウムを含有する原子炉燃料が原子炉で照射された後の燃焼度を非破壊で評価する原子炉燃料非破壊燃焼度評価方法において、
前記原子炉燃料が原子炉で照射された後に原子炉から取り出されて測定体系に設置された状態で前記原子炉燃料の自発中性子からなる中性子束Φを測定する中性子測定工程と、
前記原子炉燃料の自発ガンマ線からなるガンマ線のエネルギースペクトルを測定するガンマ線スペクトル測定工程と、
前記ガンマ線スペクトル測定工程で測定されたセシウム137のガンマ線強度C7から燃焼度BUGを求める第1燃焼度算出工程と、
前記ガンマ線スペクトル測定工程で測定されたセシウム134のガンマ線強度C4と前記C7との比(C4/C7)および前記BUGとから前記原子炉燃料初期プルトニウム富化度εを求めるプルトニウム富化度算出工程と、
前記中性子測定工程で測定された中性子束Φと前記ガンマ線スペクトル測定工程で測定されたユーロピウム154のガンマ線強度(E4)との比(Φ/E4)と、前記BUGおよび前記εとから、前記原子炉燃料の初期プルトニウム中に占める核分裂性プルトニウムの組成割合fおよび前記原子炉燃料の初期プルトニウム中に占めるPu242の組成割合P 2 とを求めるPu242組成割合算出工程と、
前記測定体系に設置された前記原子炉燃料の中性子実効増倍率kを求める中性子実効増倍率算出工程と、
比例係数をPとする式Φ=S・P/(1−k)からΦおよびkを用いて前記原子炉燃料の中性子放出率Sを求める中性子放出率算出工程と、
前記プルトニウム富化度算出工程で求められた前記原子炉燃料の初期プルトニウム富化度εと前記Pu242組成割合算出工程で求められた前記原子炉燃料の初期核分裂性プルトニウムの組成割合fおよび初期Pu242の組成割合P 2 との関数である係数αおよび係数βを用いて式S=α・BUβから燃焼度BUNを求める第2燃焼度算出工程と、
を有することを特徴とする原子炉燃料非破壊燃焼度評価方法。 - 前記第2燃焼度算出工程の前に、前記係数αおよび係数βがいずれもεおよびP2/f2の関数であるとして前記係数αおよび係数βを算出する係数算出工程をさらに有すること、を特徴とする請求項1または請求項2に記載の原子炉燃料非破壊燃焼度評価方法。
- 前記係数算出工程では、前記係数αおよび係数βは、式F2=P2/f2で求められるF2および、εの依存性に応じて決められた係数α0、係数α1、係数β0および係数β1を用いて、式α=α1・F2+α0および式β=β1・F2+β0から求めること、を特徴とする請求項3に記載の原子炉燃料非破壊燃焼度評価方法。
- 前記第2燃焼度算出工程の後に、当該第2燃焼度算出工程で求められた前記燃焼度BUNに基づいて中性子実効増倍率の再評価値k1を求める中性子実効増倍率再評価工程と、
前記中性子実効増倍率再評価工程で得られた再評価値k1と前記中性子実効増倍率kとの差の絶対値を所定の判定値とを比較する比較工程と、
をさらに有し、
前記比較工程の結果が、前記差の絶対値が前記所定の判定値より大きい場合に、前記実効増倍率を前記再評価値k1に置き換えて、前記中性子放出率算出工程、第2燃焼度算出工程、中性子実効増倍率再評価工程および比較工程を順次繰り返すこと、
を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の原子炉燃料非破壊燃焼度評価方法。 - 前記繰り返しが所定回数を超えたときに繰り返しを止めること、を特徴とする請求項5に記載の原子炉燃料非破壊燃焼度評価方法。
- 前記原子炉の停止から前記中性子測定工程までの時間の経過による前記原子炉燃料の中性子放出率の減衰および前記中性子束の測定部位の前記原子炉燃料の高さ位置での前記原子炉中でのボイド率の影響に基づいて前記中性子束Φを補正する補正工程をさらに有すること、を特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の原子炉燃料非破壊燃焼度評価方法。
- 原子炉に装荷される前にプルトニウムを含有する原子炉燃料が原子炉で照射された後の燃焼度を非破壊で評価する原子炉燃料非破壊燃焼度評価装置において、
前記原子炉燃料が原子炉で照射された後に原子炉から取り出されて測定体系に設置された状態で前記原子炉燃料の自発中性子からなる中性子束Φを測定する中性子検出器と、
前記原子炉燃料の自発ガンマ線からなるガンマ線のエネルギースペクトルを測定するガンマ線スペクトル検出器と、
前記中性子検出器で測定される中性子測定値と前記ガンマ線スペクトル検出器で測定されるガンマ線スペクトル測定値とを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された中性子測定値およびガンマ線スペクトル測定値に基づいて前記原子炉燃料が原子炉で照射された後の燃焼度を非破壊で評価する評価部と、
を有し、
前記評価部は、
前記原子炉燃料のセシウム137のガンマ線強度C7から燃焼度BUGを求め、
前記原子炉燃料のセシウム134のガンマ線強度C4と前記C7との比(C4/C7)および前記BUGとから前記原子炉燃料の初期プルトニウム富化度εMを求め、
前記原子炉燃料の中性子束Φと前記C4との比(Φ/C4)と、前記BUGおよび前記εMとから、前記原子炉燃料の初期プルトニウム中に占める核分裂性プルトニウムの組成割合fMおよび前記原子炉燃料の初期プルトニウム中に占めるPu242の組成割合P2Mとを求め、
前記測定体系に設置された前記原子炉燃料の中性子実効増倍率kを求め、
比例係数をPとする式Φ=S・P/(1−k)からΦおよびkを用いて前記原子炉燃料の中性子放出率Sを求め、
前記原子炉燃料の初期プルトニウム富化度εMと前記原子炉燃料の初期核分裂性プルトニウムの組成割合fMおよび初期Pu242の組成割合P2Mとの関数である係数αおよび係数βを用いて式S=α・BUβから燃焼度BUNを求める機能を有すること、を特徴とする原子炉燃料非破壊燃焼度評価装置。 - 原子炉に装荷される前にプルトニウムを含有する原子炉燃料が原子炉で照射された後の燃焼度を非破壊で評価する原子炉燃料非破壊燃焼度評価装置において、
前記原子炉燃料が原子炉で照射された後に原子炉から取り出されて測定体系に設置された状態で前記原子炉燃料の自発中性子からなる中性子束Φを測定する中性子検出器と、
前記原子炉燃料の自発ガンマ線からなるガンマ線のエネルギースペクトルを測定するガンマ線スペクトル検出器と、
前記中性子検出器で測定される中性子測定値と前記ガンマ線スペクトル検出器で測定されるガンマ線スペクトル測定値とを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された中性子測定値およびガンマ線スペクトル測定値に基づいて前記原子炉燃料が原子炉で照射された後の燃焼度を非破壊で評価する評価部と、
を有し、
前記評価部は、
前記原子炉燃料のセシウム137のガンマ線強度C7から燃焼度BUGを求め、
前記原子炉燃料のセシウム134のガンマ線強度C4と前記C7との比(C4/C7)および前記BUGとから前記原子炉燃料の初期プルトニウム富化度εMを求め、
前記原子炉燃料の中性子束Φとユーロピウム154のガンマ線強度(E4)との比(Φ/E4)と、前記BUGおよび前記εMとから、前記原子炉燃料の初期プルトニウム中に占める核分裂性プルトニウムの組成割合fMおよび前記原子炉燃料の初期プルトニウム中に占めるPu242の組成割合P2Mとを求め、
前記測定体系に設置された前記原子炉燃料の中性子実効増倍率kを求め、
比例係数をPとする式Φ=S・P/(1−k)からΦおよびkを用いて前記原子炉燃料の中性子放出率Sを求め、
前記原子炉燃料の初期プルトニウム富化度εMと前記原子炉燃料の初期核分裂性プルトニウムの組成割合fMおよび初期Pu242の組成割合P2Mとの関数である係数αおよび係数βを用いて式S=α・BUβから燃焼度BUNを求める機能を有すること、を特徴とする原子炉燃料非破壊燃焼度評価装置。
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