JP6168582B2 - Nuclear fuel material criticality monitoring method - Google Patents
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Description
本発明は、核燃料物質の臨界監視方法に係り、特に、原子力プラントに適用するのに好適な核燃料物質の臨界監視方法に関する。 The present invention relates to a nuclear fuel material criticality monitoring method, and more particularly to a nuclear fuel material criticality monitoring method suitable for application to a nuclear power plant.
原子炉で使用された使用済の燃料集合体、すなわち、照射燃料集合体を燃料貯蔵ラック、燃料輸送貯蔵容器に収納する過程において臨界安全性を確保するための照射燃料集合体装荷未臨界体系の実効増倍率測定方法の一例が、特開平5−288888号公報に記載されている。この実効増倍率測定方法では、その未臨界体系の未臨界度が評価される。すなわち、中性子発生率、照射燃料集合体装荷未臨界体系の形状寸法及び群定数を与えて行う中性子輸送・拡散計算の固定源モード計算において、燃料領域の核分裂断面積を零とした計算を追加し、2つの中性子束計算値を用いて、中性子検出器の測定位置で実際に中性子束計数率を測定評価している場所に対応した実効増倍率を測定評価している。 Spent fuel assemblies used in nuclear reactors, that is, irradiation fuel assemblies loaded subcritical system for ensuring critical safety in the process of storing irradiated fuel assemblies in fuel storage racks and fuel transport storage containers An example of an effective multiplication factor measuring method is described in JP-A-5-288888. In this effective multiplication factor measurement method, the subcriticality of the subcritical system is evaluated. In other words, in the fixed source mode calculation of the neutron transport / diffusion calculation given the neutron generation rate, the geometry and group constant of the irradiated fuel assembly loaded subcritical system, a calculation with the fission cross section of the fuel region as zero was added. Using two calculated neutron flux values, the effective multiplication factor corresponding to the place where the neutron flux count rate is actually measured and evaluated at the measurement position of the neutron detector is measured and evaluated.
特開平5−288888号公報に記載された未臨界度測定方法は、既知の核燃料物質に対するものである。これに対し、核燃料再処理施設の溶解層及び配管内に存在する処理液に含まれる核燃料物質の未臨界度の測定が、特開昭58−45599号公報、特開昭62−277595号公報及び特開昭62−2944998号公報に記載されている。 The subcriticality measuring method described in JP-A-5-288888 is for a known nuclear fuel material. On the other hand, the measurement of the subcriticality of nuclear fuel material contained in the processing solution existing in the dissolved layer and piping of the nuclear fuel reprocessing facility is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 58-45599, 62-277595, and This is described in JP-A-62-2944998.
特開昭58−45599号公報は、核燃料再処理施設の処理液が流れる配管に、中性子増倍率が小さくなるようにした流路を並列または直列に設け、この流路における中性子計数率を用いて、配管の中性子計数率から配管内を流れる処理液中の自発中性子放出核種の濃度変化の効果を除去する未臨界度監視方法を記載している。 Japanese Patent Laid-Open No. 58-45599 discloses that a flow path in which a neutron multiplication factor is reduced is provided in parallel or in series in a pipe through which a processing liquid of a nuclear fuel reprocessing facility flows, and a neutron count rate in the flow path is used. Describes a subcriticality monitoring method that eliminates the effect of changes in the concentration of spontaneous neutron emitting nuclides in the processing liquid flowing in the pipe from the neutron counting rate of the pipe.
特開昭62−277595号公報に記載された核燃料物質存在領域の未臨界度監視方法では、処理液が流れる配管に中性子実効増倍率評価部及び中性子束計測部を形成し、中性子束計測部を取り囲んで測定用中性子反射体を配置し、中性子束計測部と測定用中性子反射体の間に熱中性子吸収体を配置した部分で測定用中性子反射体の外側に第1中性子検出器を配置し、中性子束計測部と測定用中性子反射体の間に熱中性子吸収体を配置していない部分で測定用中性子反射体の外側に第2中性子検出器を配置した中性子束測定部構造を用いている。そして、第1中性子検出器で計測された中性子束と第2中性子検出器で計測された中性子束の比を求め、この比を用いて求めた中性子束計測部の実効増倍率に基づいて、中性子実効増倍率評価部における未臨界度を監視する。 In the method for monitoring the subcriticality of the nuclear fuel material existing region described in JP-A-62-277595, a neutron effective multiplication evaluation unit and a neutron flux measuring unit are formed in a pipe through which the processing liquid flows, and the neutron flux measuring unit is Surrounding the measurement neutron reflector, placing a thermal neutron absorber between the neutron flux measurement unit and the measurement neutron reflector, placing the first neutron detector outside the measurement neutron reflector, A neutron flux measuring unit structure in which a second neutron detector is disposed outside the measuring neutron reflector at a portion where a thermal neutron absorber is not disposed between the neutron flux measuring unit and the measuring neutron reflector is used. Then, the ratio of the neutron flux measured by the first neutron detector and the neutron flux measured by the second neutron detector is obtained, and the neutron flux is calculated based on the effective multiplication factor of the neutron flux measurement unit obtained by using this ratio. Monitor the subcriticality in the effective multiplication factor evaluation section.
特開昭62−2944998号公報に記載された未臨界度の測定方法では、核分裂性物質及び自発中性子を放出する核種を有する核燃料物質を含む処理液が存在する、核燃料再処理施設の溶解槽及び配管等の形状が異なる複数の部位で中性子を計測し、これらの部位で計測された中性子計数率の比に基づいて中性子実効増倍率を算出している。 In the subcriticality measuring method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-294498, a dissolution tank of a nuclear fuel reprocessing facility in which a processing liquid containing a nuclear fuel material having a fissile material and a nuclide emitting spontaneous neutrons exists, Neutrons are measured at a plurality of parts having different shapes such as pipes, and the effective neutron multiplication factor is calculated based on the ratio of the neutron count rates measured at these parts.
例えば、原子力プラントにおいて事故が発生し、原子炉内からの循環水に核燃料物質が混入している場合を想定する。このような循環水を浄化するためには、核燃料物質の流入を防止するストレーナ部の設置、または核燃料物質に含まれる放射性核種を取り除く吸着材層の設置が必要である。また、配管の曲り部等に核燃料物質が多量に蓄積する可能性がある。核燃料物質を含む水が流れる上記したストレーナ部、吸着材層または曲り部等において局部的に核燃料物質が多量に蓄積された状態では、核燃料物質の再臨界の可能性があるため、蓄積された核燃料物質の量を検出する必要がある。 For example, it is assumed that an accident has occurred in a nuclear power plant and nuclear fuel material is mixed in circulating water from the reactor. In order to purify such circulating water, it is necessary to install a strainer section that prevents the inflow of nuclear fuel material or an adsorbent layer that removes radionuclides contained in the nuclear fuel material. In addition, there is a possibility that a large amount of nuclear fuel material accumulates in the bent part of the piping. When a large amount of nuclear fuel material is locally accumulated in the strainer, adsorbent layer, or bending portion where water containing nuclear fuel material flows, there is a possibility of recriticality of the nuclear fuel material. It is necessary to detect the amount of the substance.
このような蓄積された核燃料物質の未臨界度の測定に、特開昭58−45599号公報、特開昭62−277595号公報または特開昭62−2944998号公報に記載された未臨界度の測定方法を適用することが考えられる。これらの未臨界度の測定方法は、中性子計数率を測定してこの測定された中性子計数率に基づいて蓄積された核燃料物質の未臨界度を測定している。しかしながら、中性子計数率に基づいて、原子力プラント内の或る箇所に蓄積された核燃料物質の臨界を精度良く監視することができない。 For the measurement of the subcriticality of such accumulated nuclear fuel material, the subcriticality described in JP-A-58-45599, JP-A-62-277595, or JP-A-62-2944998 is used. It is conceivable to apply a measurement method. These subcriticality measurement methods measure the neutron count rate and measure the subcriticality of the nuclear fuel material accumulated based on the measured neutron count rate. However, based on the neutron count rate, the criticality of nuclear fuel material accumulated at a certain location in the nuclear power plant cannot be monitored with high accuracy.
本発明の目的は、核燃料物質を含む液体が流れる系統内で蓄積された核燃料物質の未臨界状態をより精度良く監視することができる核燃料物質の臨界監視方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a criticality monitoring method for nuclear fuel material that can more accurately monitor the subcritical state of nuclear fuel material accumulated in a system in which a liquid containing nuclear fuel material flows.
上記した目的を達成する本発明の特徴は、原子力プラントの系統内で蓄積された核燃料物質の第1量を求め、その核燃料物質から放出される中性子を検出し、この中性子の検出により得られた中性子計数率を用い、データ処理装置で、中性子逆増倍法により、中性子実効増倍率の逆数を求め、そのデータ処理装置により、求められた第1量及び中性子実効増倍率の逆数に基づいて臨界点で蓄積される核燃料物質の第2量を算出することにある。 The feature of the present invention that achieves the above-described object is obtained by obtaining a first amount of nuclear fuel material accumulated in a nuclear power plant system, detecting neutrons emitted from the nuclear fuel material, and detecting the neutrons. Using the neutron count rate, the data processor uses the neutron inverse multiplication method to determine the reciprocal of the effective neutron multiplication factor, and the data processor determines the critical quantity based on the first quantity determined and the inverse of the effective neutron multiplication factor. The second quantity of nuclear fuel material accumulated at the point is to be calculated.
求められた核燃料物質の第1量及び中性子実効増倍率の逆数に基づいて臨界点で蓄積される核燃料物質の第2量を算出するので、核燃料物質の第2量を精度良く算出することができる。このため、核燃料物質を含む液体が流れる系統内で蓄積された核燃料物質の未臨界状態をより精度良く監視することができる。 Since the second amount of nuclear fuel material accumulated at the critical point is calculated based on the obtained first amount of nuclear fuel material and the reciprocal of the effective neutron multiplication factor, the second amount of nuclear fuel material can be accurately calculated. . For this reason, the subcritical state of the nuclear fuel material accumulated in the system through which the liquid containing the nuclear fuel material flows can be monitored with higher accuracy.
本発明によれば、核燃料物質を含む液体が流れる系統内で蓄積された核燃料物質の未臨界状態をより精度良く監視することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the subcritical state of the nuclear fuel material accumulate | stored in the system | strain in which the liquid containing a nuclear fuel material flows can be monitored more accurately.
本発明の実施例を以下に説明する。 Examples of the present invention will be described below.
本発明の好適な一実施例である実施例1の核燃料物質の臨界監視方法を、図1を用いて説明する。
A criticality monitoring method for nuclear fuel material according to
本実施例の核燃料物質の臨界監視方法に用いられる臨界監視装置1は、He−3比例計数管(中性子検出装置)2、LaBr3(Ce)検出器(γ線検出装置)3、データ処理装置4及び表示装置5を有する。He−3比例計数管2及びLaBr3(Ce)検出器3はデータ処理装置4に接続される。表示装置5はデータ処理装置4に接続される。γ線検出装置として、LaBr3(Ce)検出器の替りに、CdTe半導体検出器、Ge(Li)半導体検出器等の半導体放射線検出器、またはNaI(Tl)検出器等のシンチレータを用いても良い。
The
原子力プラントにおいて、原子炉に接続された配管10内を流れる冷却水12に核燃料物質が流出する事故が発生する場合を想定して、その配管10内には、ストレーナ11が設置される。上記の事故が発生した場合において、このストレーナ11により配管10内を流れる冷却水12に含まれる核燃料物質13が除去される。除去された核燃料物質13はストレーナ11内に蓄積される。ストレーナ11の替りに核燃料物質に含まれる放射性核種を吸着する吸着材層を配管10に設けてもよい。
In the nuclear power plant, a
臨界監視装置1はストレーナ11で除去されてストレーナ11内に蓄積された核燃料物質13の臨界を監視する装置であり、He−3比例計数管2及びLaBr3(Ce)検出器3がストレーナ11の設置位置で配管10の外側に配置される。配管10内を流れる冷却水12に核燃料物質が流出する事故が発生したとき、臨界監視装置1に接続される電源のスイッチがONされ、He−3比例計数管2、LaBr3(Ce)検出器3、データ処理装置4及び表示装置5に電流が供給される。このため、He−3比例計数管2、LaBr3(Ce)検出器3、データ処理装置4及び表示装置5が起動される。
The
ストレーナ11内に蓄積された核燃料物質の重量が増大すると、ストレーナ11内の核燃料物質が局部的に再臨界になる可能性がある。このため、ストレーナ11内での臨界近接を予測する必要があり、ストレーナ11に蓄積された核燃料物質の臨界が、臨界監視装置1により監視される。臨界監視装置1を用いた未臨界度の測定を以下に詳細に説明する。
If the weight of the nuclear fuel material accumulated in the
ストレーナ11内に蓄積された核燃料物質13から放出されたγ線は、LaBr3(Ce)検出器3によって検出される。LaBr3(Ce)検出器3は、γ線を検出することによってγ線検出信号を出力する。このγ線検出信号は、データ処理装置4に入力される。データ処理装置4は、入力したγ線検出信号の計数率(γ線計数率)を求め、得られたγ線計数率を用いてγ線スペクトル分布を求める。このγ線スペクトル分布の一例を図2に示す。γ線スペクトル分布は、ストレーナ11内に蓄積された核燃料物質の成分物質、例えば、Cs−137,Cs−134及びEu−154に対応するピーク毎のγ線計数率を含んでいる。このγ線スペクトル分布は、さらに、パルサ信号20を含んでいる。
The γ rays emitted from the
データ処理装置4は、γ線スペクトル分布に基づいて、後述する中性子計数率と共に臨界近接の予測に用いる指標である蓄積された核燃料物質の重量を算出する。この核燃料物質の重量の算出は、γ線スペクトル分布における或る一つのピークのγ線計数率(例えば、Cs−137)に基づいて求められる。Cs−137のピークのγ線計数率に基づいてストレーナ11内に蓄積された核燃料物質13の重量を求める場合には、Cs−137のピークのγ線計数率に基づいて求めた重量を、この核燃料物質13に含まれるCs−137の比率で割ればよい。
Based on the γ-ray spectrum distribution, the data processing device 4 calculates the weight of the accumulated nuclear fuel material, which is an index used for predicting critical proximity together with a neutron count rate described later. The calculation of the weight of the nuclear fuel material is obtained based on the γ-ray count rate (for example, Cs-137) of a certain peak in the γ-ray spectrum distribution. When determining the weight of the
ストレーナ11内に蓄積された核燃料物質から放出される中性子は、He−3比例計数管2により検出される。この中性子は、主に、核燃料物質に含まれるキュリウム(Cm)の自発核分裂により発生する。He−3比例計数管2は、中性子を検出することによって中性子検出信号を出力する。データ処理装置4は、入力した中性子検出信号に基づいて中性子計数率を求める。この中性子計数率は、ストレーナ11内に核燃料物質が蓄積される初期段階では、値が小さく、ストレーナ11内に蓄積された核燃料物質の重量に比例して増加する(図3参照)。時間が経過してストレーナ11内に蓄積された核燃料物質の重量が或る量(図3に示す矢印22の位置での核燃料物質の重量)まで増加したとき、中性子計数率は、増倍の効果が加わって、図3に示すように急激に増加する。
Neutrons emitted from the nuclear fuel material accumulated in the
上記の事故が発生してHe−3比例計数管2が起動された直後、すなわち、上記した初期段階では、上記したように、中性子計数率が小さい状態が継続される。ストレーナ11内に蓄積された核燃料物質が矢印22で示される核燃料物質の重量まで増加して臨界近接の状態になったときに、He−3比例計数管2から出力された中性子検出信号に基づいて求められた中性子計数率は大きくなる。このため、データ処理装置4は、矢印22で示される核燃料物質の重量に対応する中性子計数率(以下、設定中性子計数率という)以下の低い中性子計数率のときには、中性子計数率を平均化する統計時間を長くとり、設定中性子計数率を超える高い中性子計数率のときには、その統計時間を短くする。これにより、データ処理装置4で求める中性子計数率の平均値の統計誤差を同程度にし、かつ、高計数率での速応答性を確保することができる。なお、設定中性子計数率は、核燃料物質の重量の増加に伴って中性子計数率の増加度合いが変化する時点での中性子計数率の値である。
Immediately after the above accident has occurred and the He-3
データ処理装置4は、求められた中性子計数率を用いて、中性子逆増倍法によりストレーナ11に蓄積された核燃料物質13の臨界点を求める。
The data processing device 4 obtains the critical point of the
一般的な中性子逆増倍法は、中性子測定装置から出力された中性子検出信号に基づいて求められた中性子計数率を用いて計算される中性子実効増倍率の逆数(1/M)を、例えば、炉心に装荷された核燃料物質の重量を指標として、図4に示すように、測定ステップ(ステップ1及びステップ2等)ごとにプロットして曲線(以下、逆増倍曲線という)を求め、得られた逆増倍曲線を外挿することによって臨界になる(1/M=0)ために必要な核燃料物質の重量(予測臨界量)を推定する方法である(図4参照)。中性子逆増倍法を用いることによって、臨界超過に達する前において臨界点(1/M=0)までの余裕を定量的に計算・予測できるため、予期せぬ臨界超過の危険性を未然に回避することができる。従来、中性子実効増倍率の逆数の指標として、核燃料物質の重量及び濃度、減速材及び反射体の量、制御棒の位置、及びホウ酸濃度などの明確な測定値データが用いられている。
A general neutron inverse multiplication method uses an inverse number (1 / M) of an effective neutron multiplication factor calculated by using a neutron count rate obtained based on a neutron detection signal output from a neutron measurement device, for example, Using the weight of nuclear fuel material loaded in the core as an index, as shown in FIG. 4, a curve (hereinafter referred to as a reverse multiplication curve) is obtained by plotting each measurement step (
本実施例では、ストレーナ11内に蓄積された核燃料物質13の重量を表す情報、例えば、LaBr3(Ce)検出器3から出力されたγ線検出信号を用いて求められたγ線スペクトル分布に含まれた或るピークのγ線計数率(例えば、Cs−137のピークのγ線計数率)を用いている。また、本実施例では、外部中性子源を用いずに、蓄積された核燃料物質13に含まれる自発核分裂性物質であるキュリウムを中性子源としているので、中性子源の強度が変動する。
In the present embodiment, the information indicating the weight of the
本実施例で用いられる中性子逆増倍法について説明する。配管10内を流れる冷却水12に含まれる核燃料物質13がストレーナ11に捕捉されると、ストレーナ11内に蓄積される核燃料物質13の重量が増加し、これに伴って、ストレーナ11内の核燃料物質13に含まれるキュリウム(中性子源)の重量も増加する。このため、ストレーナ11内の核燃料物質13に含まれる中性子源(キュリウム)の強度が変化するため、本実施例で用いられる中性子逆増倍法は、前述した一般的な中性子逆増倍法とは原理が同じであるが計算式が異なっている。本実施例で用いる中性子逆増倍法の計算式を以下に説明する。
The neutron reverse multiplication method used in the present embodiment will be described. When the
中性子計数率Cと中性子実効増倍率keffの間には、式(1)に示す関係がある。 Between the neutron counting rate C and the effective neutron multiplication factor k eff , there is a relationship represented by the formula (1).
ここで、Sは或る測定時点tにおける、蓄積された核燃料物質に含まれる中性子源の強度、及びεは中性子検出効率である。 Here, S is the intensity of the neutron source contained in the accumulated nuclear fuel material at a certain measurement time t, and ε is the neutron detection efficiency.
起点となる時点t0(例えば、中性子の測定開始時点)で中性子計数率C0が得られたとし、このときの中性子増倍率をk0とすると、中性子計数率C0は式(2)で表される。 Assuming that the neutron count rate C 0 is obtained at the starting time t 0 (for example, the neutron measurement start time), and the neutron multiplication factor at this time is k 0 , the neutron count rate C 0 is given by equation (2). expressed.
ここで、S0は起点となる時点t0(例えば、中性子の測定開始時点)における、蓄積された核燃料物質に含まれる中性子源の強度である。中性子検出効率εは、中性子検出装置の測定条件を変更しないと仮定し、一定とする。式(2)を変形すると、式(3)が得られる。 Here, S 0 is the intensity of the neutron source contained in the accumulated nuclear fuel material at the starting point t 0 (for example, the neutron measurement start point). The neutron detection efficiency ε is assumed to be constant on the assumption that the measurement conditions of the neutron detector are not changed. By transforming equation (2), equation (3) is obtained.
1/Mは、式(3)を変形することによって式(4)のように表される。 1 / M is expressed as equation (4) by modifying equation (3).
He−3比例計数管2から出力された中性子検出信号に基づいてデータ処理装置4において求められた中性子計数率を用いた中性子実効増倍率の逆数1/Mの算出について説明する。式(4)の中性子計数率Cには起点となる時点t0から時間が経過した或る測定時点tでHe−3比例計数管2から出力された中性子検出信号に基づいてデータ処理装置4により求められた中性子計数率を代入し、式(4)の中性子計数率C0には起点となる時点t0でHe−3比例計数管2から出力された中性子検出信号に基づいてデータ処理装置4により求められた中性子計数率を代入する。従来の方法では、固定線源を用いるために、式(4)に示された、起点となる時点t0から時間が経過した或る測定時点tにおける中性子源強度Sに、固定値を代入していた。しかしながら、本実施例では、ストレーナ11に蓄積される濃縮度が未定の核燃料物質13に含まれる自発核分裂性物質を中性子源とするために、中性子源強度Sが以下に述べる二つの方法のいずれかにより算出される。
The calculation of the reciprocal 1 / M of the neutron effective multiplication factor using the neutron count rate obtained in the data processor 4 based on the neutron detection signal output from the He-3
中性子源強度Sを求める第一の方法は、起点となる時点t0における、蓄積された核燃料物質に含まれる中性子源の強度S0に対する、起点となる時点t0から時間が経過した或る測定時点tにおける、蓄積された核燃料物質に含まれる中性子源の強度Sの比(S/S0)を一定(S/S0=1)と近似する方法である。すなわち、第一の方法は、蓄積された核燃料物質13内の中性子源の強度が測定開始時点(起点となる時点t0)とこの開始時点以降の或る測定時点tで一定であると仮定して、式(4)において未知の中性子源強度S0及び中性子源強度Sを消去する方法である。
The first method for determining the neutron source strength S is at time t 0 as the starting point, to the intensity S 0 of the neutron source contained in the stored nuclear fuel material, some measurement time has elapsed from the time t 0 as the starting point This is a method of approximating the ratio (S / S 0 ) of the intensity S of the neutron source contained in the accumulated nuclear fuel material at time t to a constant (S / S 0 = 1). That is, the first method assumes that the intensity of the accumulated neutron source in the
式(5)に示すように、中性子源強度Sは、蓄積された核燃料物質13の重量に対して比例関係にあるが、臨界付近(図3の矢印22の位置)において急激に増加するため、中性子源強度Sの変化は中性子計数率Cの変化に比べて無視することができる。
As shown in Equation (5), the neutron source intensity S is proportional to the weight of the accumulated
中性子源強度Sを求める第二の方法は、中性子源強度Sが蓄積された核燃料物質13に含まれる或る放射性核種(例えば、Cs−137)のγ線のピーク値と比例すると近似する方法である。冷却水12が流れる配管10内に設けられたストレーナ11内に、冷却水12に含まれた核燃料物質13が蓄積されるに伴って、得られたγ線スペクトル分布における、蓄積された核燃料物質13に含まれる放射線核種から放出されるγ線の計数率のピークが増加していく。また、中性子源強度Sも同様に増加する。そこで、或る測定時点tでのγ線計数率のピーク値をγmax、及び比例係数をαとして、S=αγmaxの関係があると仮定する。この場合、式(4)におけるS/S0は、S/S0=αγmax/αγ0max=γmax/γ0maxと求められる。すなわち、S/S0はγ線のピーク値から算出される。
The second method for obtaining the neutron source intensity S is a method that approximates that it is proportional to the peak value of γ rays of a certain radionuclide (for example, Cs-137) contained in the
中性子強度Sは、中性子計測装置の出力である中性子検出信号に基づいて求められる中性子計数率Cに基づいて単純に見積もることができない。この理由を以下に述べる。中性子強度Sは、冷却水12に含まれる核燃料物質の蓄積量に比例して増加するが、その蓄積により中性子実効増倍率keffも増加する。中性子実効増倍率keffが増加して1に近づくと、式(5)の1/(1−keff)項は、1000倍、10000倍…となるため、中性子計数率Cは中性子実効増倍率keffの値に大きく影響を受ける。したがって、中性子計数率Cと中性子強度Sを単純に関連付けることはできない。
The neutron intensity S cannot be simply estimated based on the neutron count rate C obtained based on the neutron detection signal that is the output of the neutron measurement device. The reason for this will be described below. The neutron intensity S increases in proportion to the accumulation amount of nuclear fuel material contained in the cooling
複数の或る測定時点tにおけるそれぞれの中性子実効増倍率の逆数1/Mを、式(4)を用いて算出する。例えば、中性子の測定開始時点である基点となる時点t0から経過時間が異なる測定時点t1、t2及びt3におけるそれぞれの逆数1/Mを求めることを想定する。測定時点t1における逆数1/M1は、式(4)のC0に時点t0での中性子計数率C0の値を、式(4)のk0に時点t0での中性子増倍率k0の値を、及び式(4)のCに測定時点t1での中性子計数率C1の値をそれぞれ代入する。なお、中性子増倍率k0は、測定開始時点(時点t0)における中性子増倍率であり、k0=0と仮定する。本実施例では、S/S0を第二の方法で求めるので、時点t0での例えばCs−137のγ線計数率のピーク値γ0max及び測定時点t1でのCs−137のγ線計数率のピーク値γ1maxを用いてγ1max/γ0maxを算出する。この算出はデータ処理装置4で行われる。γ1max/γ0maxの値を式(4)のS/S0に代入する。データ処理装置4は、これらの値を代入した式(4)により、測定時点t1における中性子実効増倍率の逆数1/M1を算出する。
The reciprocal 1 / M of each neutron effective multiplication factor at a plurality of measurement points in time t is calculated using Equation (4). For example, it is assumed that the
測定時点t2における中性子実効増倍率の逆数1/M2は、逆数1/M1を算出すると同様に式(4)に中性子計数率C0及び中性子増倍率k0を代入し、式(4)のCに測定時点t2での中性子計数率C2の値をそれぞれ代入し、S/S0にγ2max/γ0maxの値を代入する。γ2maxは測定時点t2におけるCs−137のγ線計数率のピーク値である。測定時点t3における中性子実効増倍率の逆数1/M3も、同様に、式(4)に測定時点t3での中性子計数率C3の値及びγ3max/γ0maxの値等を代入することにより算出される。γ3maxは測定時点t2におけるCs−137のγ線計数率のピーク値である。 The reciprocal 1 / M 2 of the effective neutron multiplication factor at the measurement time t 2 is calculated by substituting the neutron count rate C 0 and the neutron multiplication factor k 0 into equation (4) in the same manner as calculating the reciprocal 1 / M 1. C to the value of the neutron count rate C 2 at the measurement time t 2 by substituting each), substitutes the value of gamma 2max / gamma 0max the S / S 0. γ 2max is the peak value of the γ-ray count rate of Cs-137 at the measurement time t 2 . Reciprocal 1 / M 3 of effective neutron multiplication factor at the measurement time t 3 likewise, substituting Equation (4) to the value of the value of the neutron count rate C 3 at the measurement time t 3 and gamma 3max / gamma 0max etc. Is calculated by gamma 3max is the peak value of the gamma ray counting rate of Cs-137 in the measurement time t 2.
逆数1/M1はステップ1(図4参照)での中性子実効増倍率の逆数の値であり、同様に、逆数1/M2はステップ2での中性子実効増倍率の逆数の値、及び1/M3はステップ3での中性子実効増倍率の逆数の値となる。測定時点t3以降の測定時点t4及びt5等におけるそれぞれの中性子実効増倍率の逆数1/Mの値を算出しても良い。
The reciprocal 1 / M 1 is the value of the reciprocal of the effective neutron multiplication factor in step 1 (see FIG. 4). Similarly, the reciprocal 1 / M 2 is the value of the reciprocal of the effective neutron multiplication factor in
さらに、データ処理装置4は、測定開始時点t0及び測定時点t1、t2のそれぞれの時点における、ストレーナ11内に蓄積された核燃料物質13の重量W0,W1及びW2を、前述したように、それぞれの時点でのCs−137のピークのγ線計数率に基づいて算出する。
Further, the data processing device 4 determines the weights W 0 , W 1 and W 2 of the
データ処理装置4は、例えば、中性子実効増倍率の逆数1/M0,1/M1及び1/M2のそれぞれの値、及び核燃料物質13の重量W0,W1及びW2のそれぞれの値を用いて、最小二乗法により核燃料物質13の重量と中性子実効増倍率の逆数の関係を示す逆増倍曲線(図4において実線で示された曲線)の式を求める。得られた逆増倍曲線の式を用いて、データ処理装置4は、中性子実効増倍率の逆数1/M=0になるときの、ストレーナ11内に蓄積された核燃料物質13の重量を算出する。中性子実効増倍率の逆数1/M=0になるときの核燃料物質13の重量が、臨界点での核燃料物質13の重量WCである。
For example, the data processing device 4 is configured such that each of the
データ処理装置4で求められた核燃料物質13の重量WC、さらに、臨界点前の測定時点t1及びt2でのストレーナ11内に蓄積された核燃料物質の重量W1及びW2のそれぞれの情報が、データ処理装置4から表示装置5に出力され、表示装置5に表示される。オペレータは、表示された各核燃料物質の重量を見ることによって、ストレーナ11内に蓄積された核燃料物質13の未臨界の状態を確認することができる。データ処理装置4は、ストレーナ11内に蓄積された核燃料物質13の重量が、臨界点の核燃料物質の重量WCに対して余裕を持って設定された核燃料物質の設定重量(核燃料物質の重量WCよりも小さい値)まで増加したとき、警報情報を発生し、この警報情報を表示装置5に表示させる。警報情報は、音声情報とし、スピーカに出力されても良い。
The weight W C of the
また、データ処理装置4から出力された警報情報が制御装置(図示せず)に入力され、この制御装置は、ボロン溶液を貯蔵したタンクに接続されたボロン溶液注入管に設けられた弁を開いてボロン溶液注入管に設けられた注入ポンプを駆動する。これらの操作により、タンク内のボロン溶液が配管10内に注入され、ボロン溶液に含まれるボロン10がストレーナ11内に蓄積された核燃料物質13から放出される中性子を吸収する。このため、ストレーナ11に蓄積された核燃料物質13が臨界状態になることを回避することができる。また、出力された上記の警報情報に基づいて上記の制御装置が、配管10に設けられたポンプ(図示せず)の運転を停止して、ストレーナ11への冷却水の供給を停止させる。また、警報情報発生時に、配管10に設けられた弁(図示せず)を全閉状態にしても良い。
Further, alarm information output from the data processing device 4 is input to a control device (not shown), which opens a valve provided in a boron solution injection pipe connected to a tank storing boron solution. Then, an infusion pump provided in the boron solution infusion tube is driven. By these operations, the boron solution in the tank is injected into the
本実施例では、冷却水12に核燃料物質13が流出する事故が万が一発生した場合においても、原子力プラントの、冷却水12に含まれる核燃料物質13が蓄積される箇所(例えば、配管10内に設けられたストレーナ11)に蓄積された核燃料物質13から放出されるγ線をLaBr3(Ce)検出器3で検出し、LaBr3(Ce)検出器3から出力されたγ線検出信号に基づいて求められたγ線計数率を用いてγ線スペクトル分布の情報を作成し、γ線スペクトル分布の情報に含まれる或る放射性核種(例えば、Cs−137)のピークのγ線計数率を用いてストレーナ11内に蓄積された核燃料物質13の重量を求めている。さらに、本実施例では、ストレーナ11内に蓄積された核燃料物質13から放出される、自発核分裂性物質の自発核分裂により発生する中性子がHe−3比例計数管2で検出され、He−3比例計数管2から出力された中性子検出信号に基づいて中性子計数率が求められる。
In the present embodiment, even if an accident that the
さらに、各測定時点に対応して得られた中性子計数率等の値を、前述したように、式(4)に代入して、すなわち、中性子逆増倍法により、各測定時点における中性子実効増倍率の逆数1/Mを算出する。算出された各中性子実効増倍率の逆数1/Mの値、及び各測定時点における、算出された核燃料物質の重量に基づいて、中性子実効増倍率の逆数1/Mが0になる時点(臨界点)で蓄積される核燃料物質の重量WCが求められる。
Further, as described above, the value of the neutron count rate obtained corresponding to each measurement time point is substituted into the equation (4), that is, the neutron effective multiplication at each measurement time point by the neutron inverse multiplication method. The reciprocal 1 / M of the magnification is calculated. The reciprocal 1 / M of the effective
このように、本実施例によれば、中性子計数率を用いて求めた、ストレーナ11内に蓄積された核燃料物質13の重量、及び中性子実効増倍率の逆数1/Mに基づいて、臨界点において蓄積される核燃料物質の重量WCをより精度良く求めることができる。このため、冷却水12に核燃料物質13が流出する事故が万が一発生した場合においても、本実施例は、原子力プラントの系統内の、冷却水12に含まれる核燃料物質13が蓄積される箇所に蓄積された核燃料物質13の未臨界状態をより精度良く監視することができる。
Thus, according to the present embodiment, based on the weight of the
本実施例では、配管10内に設けられたストレーナ11に蓄積された核燃料物質13から放出されるγ線をLaBr3(Ce)検出器3で検出し、LaBr3(Ce)検出器3から出力されたγ線検出信号に基づいて求められたγ線計数率を用いてγ線スペクトル分布の情報を作成し、γ線スペクトル分布の情報に含まれる或る放射性核種(例えば、Cs−137)のピークのγ線計数率を用いてストレーナ11内に蓄積された核燃料物質13の重量を求めているので、時間の経過と共に蓄積量が変化してその蓄積量が分からないストレーナ11内の核燃料物質13の重量をより精度良く把握することができる。
In this embodiment, the LaBr 3 (Ce) detector 3 detects γ rays emitted from the
従来の一般的な中性子逆増倍法を適用し、逆増倍曲線の外挿により核燃料物質の予測臨界量を推定する場合には、中性子計数率の測定値のみを用いており、もし、中性子の増倍があった場合においても、中性子計数率の急激な上昇に基づいて臨界になることを予測するしかなかった。このため、従来例では、原子力プラントの或る箇所に蓄積された核燃料物質の臨界を精度良く監視することができなかった。 When the conventional critical neutron inverse multiplication method is applied and the predicted critical amount of nuclear fuel material is estimated by extrapolation of the inverse multiplication curve, only the measured value of the neutron count rate is used. Even if there was a multiplication of the neutron, there was no choice but to predict that it would become critical based on a rapid rise in the neutron count rate. For this reason, in the conventional example, the criticality of the nuclear fuel material accumulated in a certain part of the nuclear power plant could not be accurately monitored.
本実施例では、蓄積された核燃料物質から放出された中性子の検出により測定された中性子計数率、及び蓄積された核燃料物質の重量(本実施例ではγ線検出器であるLaBr3(Ce)検出器3から出力されたγ線検出信号に基づいて算出された、核燃料物質の重量)を用いて蓄積された核燃料物質の臨界を精度よく予測することができるので、蓄積された核燃料物質の未臨界状態をより精度良く監視することができる。 In this embodiment, the neutron count rate measured by detecting the neutrons emitted from the accumulated nuclear fuel material, and the weight of the accumulated nuclear fuel material (in this embodiment, LaBr 3 (Ce) detection, which is a γ-ray detector). The criticality of the accumulated nuclear fuel material can be accurately predicted using the weight of the nuclear fuel material calculated based on the γ-ray detection signal output from the vessel 3, so that the subcriticality of the accumulated nuclear fuel material can be predicted. The state can be monitored with higher accuracy.
後述の実施例2及び3では、核燃料物質の重量と共に核燃料物質に含まれる混合物の重量も併せて求めてしまう。蓄積された核燃料物質から放出されるγ線に基づいて核燃料物質の重量を求めている本実施例は、蓄積された核燃料物質の重量を後述の実施例2及び3よりも精度良く求めることができる。このため、本実施例は、実施例2及び3よりも、蓄積された核燃料物質の未臨界状態を精度良く監視することができる。 In Examples 2 and 3 to be described later, the weight of the mixture contained in the nuclear fuel material is determined together with the weight of the nuclear fuel material. In the present embodiment in which the weight of the nuclear fuel material is obtained based on the γ-rays emitted from the accumulated nuclear fuel material, the weight of the accumulated nuclear fuel material can be obtained with higher accuracy than in Examples 2 and 3 described later. . For this reason, the present embodiment can monitor the subcritical state of the accumulated nuclear fuel material more accurately than the second and third embodiments.
本発明の他の実施例である実施例2の核燃料物質の臨界監視方法を、図5を用いて説明する。
A criticality monitoring method for nuclear fuel material according to
本実施例の核燃料物質の臨界監視方法に用いられる臨界監視装置1Aは、実施例1で使用される臨界監視装置1においてLaBr3(Ce)検出器3をロードセル(荷重計測装置)6に替えた構成を有する。ロードセル6はデータ処理装置4に接続される。臨界監視装置1Aの他の構成は臨界監視装置1と同じである。
The criticality monitoring device 1A used in the nuclear fuel material criticality monitoring method of the present embodiment replaces the LaBr 3 (Ce) detector 3 with a load cell (load measuring device) 6 in the
ロードセル6は容器であるキャニスタ14内に設置され、核燃料物質を移送する吸引ホース15がキャニスタ14に接続される。
The load cell 6 is installed in a
原子力プラントにおいて、原子炉圧力容器内の炉心に装荷されている燃料棒から冷却水中に核燃料物質が流出する事故が万が一発生し、原子力プラント内の冷却水が流れる有る箇所に、その核燃料物質16が蓄積された場合を想定する。その箇所に蓄積された核燃料物質16は、吸引ホース15を通して冷却水と共にキャニスタ14内に移送される。キャニスタ14内にはストレーナ(図示せず)が設置されており、このストレーナにより冷却水が分離される。この結果、核燃料物質16はロードセル6の上に溜まる。ロードセル6は、溜まったその核燃料物質13の重量を計測する。ロードセル6で測定された核燃料物質13の重量の情報がデータ処理装置4に入力される。
In a nuclear power plant, an accident that nuclear fuel material flows out from the fuel rods loaded in the reactor core inside the reactor pressure vessel into the cooling water should occur, and the
ロードセル6によって核燃料物質16の重量が測定されているとき、He−3比例計数管2が、キャニスタ14内の核燃料物質13に含まれる自発核分裂性物質(例えば、キュリウム)から放出される中性子を検出し、中性子検出信号を出力する。この中性子検出信号は、データ処理装置4に入力される。データ処理装置4は、中性子検出信号に基づいて中性子計数率を求め、実施例1と同様に、この中性子計数率等を式(4)に代入して用いて中性子実効増倍率の逆数1/Mを求める。さらに、データ処理装置4は、各核燃料物質13の重量及び各中性子実効増倍率の逆数1/Mに基づいて逆増倍曲線の式を求め、この逆増倍曲線の式を用いて中性子実効増倍率の逆数1/Mが0になる臨界点における核燃料物質の重量WCを算出する。算出された核燃料物質の重量WC及び各測定時点での核燃料物質の重量の情報が表示装置5に表示される。
When the weight of the
本実施例は、実施例1で生じる各効果を得ることができる。 In the present embodiment, each effect produced in the first embodiment can be obtained.
本発明の他の実施例である実施例3の核燃料物質の臨界監視方法を、図6を用いて説明する。 A criticality monitoring method for nuclear fuel material according to embodiment 3, which is another embodiment of the present invention, will be described with reference to FIG.
本実施例の核燃料物質の臨界監視方法に用いられる臨界監視装置1Bは、実施例1で使用される臨界監視装置1においてLaBr3(Ce)検出器3を差圧計7に替えた構成を有する。臨界監視装置1Aの他の構成は臨界監視装置1と同じである。
A criticality monitoring device 1B used in the nuclear fuel material criticality monitoring method of the present embodiment has a configuration in which the LaBr 3 (Ce) detector 3 is replaced with a differential pressure gauge 7 in the
差圧計7はデータ処理装置4に接続される。配管10内に設けられたストレーナ11よりも上流で配管10内に開口する圧力管、及び配管10内に設けられたストレーナ11よりも下流で配管10内に開口する他の圧力管が、圧力計7に接続される。
The differential pressure gauge 7 is connected to the data processing device 4. A pressure pipe that opens into the
冷却水12に核燃料物質13が流出する事故が万が一発生した場合には、核燃料物質13を含む冷却水12が配管10内を流れる。冷却水12がストレーナ11を通過するため、冷却水12に含まれる核燃料物質13が、実施例1と同様に、ストレーナ11に捕捉され、ストレーナ11内に蓄積される。ストレーナ11内に核燃料物質13が蓄積されると、核燃料物質13の蓄積量に対応してストレーナ11の上流とストレーナ11の下流で圧力差が生じる。差圧計7は、ストレーナ11の上流側での配管10内の圧力とストレーナ11の下流側での配管10内の圧力の差を検出し、検出した差圧の情報をデータ処理装置4に出力する。差圧計7で計測された差圧は、ストレーナ11内に蓄積された核燃料物質13の重量と相関関係にある。蓄積された核燃料物質13の重量が増加すると、差圧計7で計測された差圧も増加する。データ処理装置4は、入力した差圧の計測値に基づいて蓄積された核燃料物質の重量を算出する。
In the unlikely event that an accident occurs in which the
差圧計7によってストレーナ11の上流と下流の圧力差が計測されているとき、He−3比例計数管2が、ストレーナ11内に蓄積された核燃料物質13に含まれる自発核分裂性物質(例えば、キュリウム)から放出される中性子を検出し、中性子検出信号を出力する。この中性子検出信号は、データ処理装置4に入力される。データ処理装置4は、中性子検出信号に基づいて中性子計数率を求め、実施例1と同様に、この中性子計数率等を式(4)に代入して用いて中性子実効増倍率の逆数1/Mを求める。さらに、データ処理装置4は、算出した各核燃料物質13の重量及び各中性子実効増倍率の逆数1/Mに基づいて逆増倍曲線の式を求め、この逆増倍曲線の式を用いて中性子実効増倍率の逆数1/Mが0になる臨界点における核燃料物質の重量WCを算出する。算出された核燃料物質の重量WC及び各測定時点での核燃料物質の重量の情報が表示装置5に表示される。
When the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the
本実施例は、実施例1で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、差圧計7で計測した差圧に基づいて核燃料物質の重量を求めているので、実施例1におけるγ線検出器(例えば、LaBr3(Ce)検出器)、及び実施例2におけるロードセル6及びキャニスタ14が不要であり、単純な構成で蓄積された核燃料物質の重量を求めることができる。
In the present embodiment, each effect produced in the first embodiment can be obtained. In the present embodiment, since the weight of the nuclear fuel material is obtained based on the differential pressure measured by the differential pressure gauge 7, the γ-ray detector (for example, LaBr 3 (Ce) detector) in the first embodiment, and the second embodiment. The load cell 6 and the
1,1A,1B…臨界監視装置、2…He−3比例計数管(中性子検出装置)、3…LaBr3(Ce)検出器(γ線検出装置)、4…データ処理装置、6…ロードセル、7…差圧計、10…配管、11…ストレーナ、12…冷却水、13…核燃料物質、14…キャニスタ。 1, 1A, 1B ... critical monitoring device, 2 ... the He-3 proportional counter (neutron detector), 3 ... LaBr 3 (Ce) detector (gamma ray detector), 4 ... data processing unit, 6 ... load cell, 7 ... differential pressure gauge, 10 ... piping, 11 ... strainer, 12 ... cooling water, 13 ... nuclear fuel material, 14 ... canister.
Claims (8)
前記γ線の検出により得られたγ線計数率を用いてγ線スペクトル情報を作成し、
前記蓄積された核燃料物質の重量を表す第1情報を、前記γ線スペクトル情報に含まれるEu−154のピークのγ線計数率に基づいて求め、
前記核燃料物質から放出される中性子を検出し、
前記中性子の検出により得られた中性子計数率を用い、データ処理装置で、中性子逆増倍法により、中性子実効増倍率の逆数を求め、
前記核燃料物質が前記系統内に蓄積されるに伴って、前記重量を表す第1情報及びこの重量を表す第1情報に対応する前記中性子実効増倍率の逆数が複数組求められ、
前記データ処理装置により、求められた前記複数組の重量を表す第1情報及び前記中性子実効増倍率の逆数に基づいて、前記重量を表す第1情報と前記中性子実効増倍率の逆数との関係を表す逆増倍曲線を求め、
前記逆増倍曲線を用いて、臨界点で蓄積される前記核燃料物質の重量を表す第2情報を求めることを特徴とする核燃料物質の臨界監視方法。 Detects gamma rays emitted from nuclear fuel material accumulated in the nuclear power plant system,
Create γ-ray spectrum information using the γ-ray count rate obtained by detecting the γ-ray,
First information representing the weight of the accumulated nuclear fuel material is obtained based on a gamma ray count rate of a peak of Eu-154 included in the gamma ray spectrum information,
Detecting neutrons emitted from the nuclear fuel material;
Using the neutron count rate obtained by the detection of the neutron, in the data processing device, by the neutron reverse multiplication method, obtain the reciprocal of the neutron effective multiplication factor,
As the nuclear fuel material is accumulated in the system, a plurality of sets of first information representing the weight and reciprocals of the effective neutron multiplication factor corresponding to the first information representing the weight are obtained,
Wherein the data processing unit, based on the inverse of the first information及beauty the effective neutron multiplication factor representing said plurality of sets of weights determined, the relationship between the reciprocal of the first information indicating the weight the effective neutron multiplication factor Find the reverse multiplication curve that represents
The inverse multiplication curve using critical monitoring method of the nuclear fuel material, characterized in Rukoto seek second information representative of the weight of the nuclear fuel material is stored in a critical point.
前記臨界点で蓄積される前記核燃料物質の重量を表す第2情報が、前記臨界点で蓄積される前記核燃料物質の第2重量である請求項1に記載の核燃料物質の臨界監視方法。2. The method for monitoring criticality of nuclear fuel material according to claim 1, wherein the second information indicating the weight of the nuclear fuel material accumulated at the critical point is a second weight of the nuclear fuel material accumulated at the critical point.
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