JP6814049B2 - Subcriticality measurement method for nuclear fuel - Google Patents

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Description

本発明は、核燃料(損傷核燃料等)の未臨界度を測定評価するための方法に関する。 The present invention relates to a method for measuring and evaluating the subcriticality of nuclear fuel (damaged nuclear fuel, etc.).

核燃料物質の臨界安全管理において、管理対象である核燃料、特に、原子炉における過酷事象等により著しく損傷した核燃料(損傷核燃料)の未臨界度(臨界までの余裕度)をリアルタイムで安全且つ正確に測定及び監視することは極めて重要である。核燃料の未臨界度の測定手法としては、例えば、負のペリオド法、制御棒落下法、補償法、中性子源増倍法、パルス中性子源法、逆動特性法、及び中性子雑音解析法等が提案されている。これらのなかで中性子雑音解析法を除く手法においては、核燃料を含む体系の詳細な状態が既知であること、その体系の臨界操作(例えば未臨界度を左右する因子を変化させ、臨界状態に近接させること)及びそのための制御棒等の制御手段やその他複雑な設備等が必要であることといった制限がある。一方、中性子雑音解析法には、そのような制限はなく、また、中性子雑音解析法は、原子炉炉心に装荷された核燃料以外の物質にも適用し得ることから、特に損傷核燃料の未臨界度を測定するための手法として実用上有用であると考えられる。 In the criticality safety management of nuclear fuel materials, the subcriticality (margin to criticality) of the nuclear fuel to be managed, especially the nuclear fuel significantly damaged by severe events in the nuclear reactor (damaged nuclear fuel), is measured safely and accurately in real time. And monitoring is extremely important. As a method for measuring the subcriticality of nuclear fuel, for example, a negative period method, a control rod drop method, a compensation method, a neutron source multiplication method, a pulsed neutron source method, a reverse motion characteristic method, a neutron noise analysis method, etc. are proposed. Has been done. Among these, in the methods other than the neutron noise analysis method, the detailed state of the system including nuclear fuel is known, and the critical operation of the system (for example, the factors that influence the subcriticality are changed to approach the critical state. There are restrictions such as the need for control means such as control rods and other complicated equipment for that purpose. On the other hand, the neutron noise analysis method has no such limitation, and since the neutron noise analysis method can be applied to substances other than the nuclear fuel loaded in the reactor core, the subcriticality of the damaged nuclear fuel is particularly high. It is considered to be practically useful as a method for measuring.

このような中性子雑音解析法の応用例として、特許文献1には、中性子増倍体系における未臨界度が異なる複数の状態に対して、周波数解析法やファインマン・アルファ法を適用した未臨界度判定装置及び未臨界度判定プログラムが提案されている。この装置及びプログラムでは、得られた実測データと理論曲線との間のフィッティング誤差が最小となるように、検出器効率や即発中性子寿命を推定することにより、その体系の未臨界度が評価される。また、非特許文献1には、測定条件が厳しい高速炉燃料再処理施設にも適用可能な未臨界度測定技術として、データ処理に階差フィルタを適用したファインマン・アルファ法や、ミハルゾ法の改良方法である時間相関解析ミハルゾ法を適用した事例が記載されている。この事例では、重水臨界実験施設の未臨界度測定において、未臨界度が変化する体系に対するリアルタイム計測の実現性、及び、高中性子束場への適用性が評価されている。さらに、本出願人は、特許文献2において、従来の未臨界度測定による課題を解決するべく、二つの異なる測定手法の測定値と、測定対象に摂動を加えて得た複数の測定値と関連パラメータを連立方程式と看做して未臨界度を求める手法を提案した。 As an application example of such a neutron noise analysis method, Patent Document 1 describes subcriticality determination by applying a frequency analysis method or a Fineman alpha method to a plurality of states having different subcriticalities in a neutron multiplication system. Devices and subcriticality determination programs have been proposed. In this device and program, the subcriticality of the system is evaluated by estimating the detector efficiency and prompt neutron lifetime so that the fitting error between the obtained measured data and the theoretical curve is minimized. .. In addition, Non-Patent Document 1 describes improvements to the Fineman Alpha method and the Miharuzo method, which apply a step difference filter to data processing, as subcriticality measurement technology that can be applied to fast reactor fuel reprocessing facilities with strict measurement conditions. An example of applying the time correlation analysis Miharuzo method, which is a method, is described. In this case, in the subcriticality measurement of the heavy water subcritical experimental facility, the feasibility of real-time measurement for a system in which the subcriticality changes and the applicability to a high neutron flux field are evaluated. Furthermore, in Patent Document 2, the applicant relates to the measured values of two different measurement methods and a plurality of measured values obtained by adding parameters to the measurement target in order to solve the problem of the conventional subcriticality measurement. We proposed a method to obtain the subcriticality by regarding the parameters as simultaneous equations.

特開2010−210613号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-210613 特開2014−228362号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-228362

羽様平他、「未臨界度判定技術の開発」、サイクル機構技報No.14,2002.Hane-samahei et al., "Development of subcriticality determination technology", Cycle Mechanism Technical Report No. 14, 2002.

しかし、本発明者の詳細な検討によれば、上記特許文献1及び非特許文献1に記載された従来の中性子雑音解析法を用いた未臨界度測定方法においては、上述したような制限事項は少ないものの、未臨界度の評価演算において、評価対象である体系における即発中性子寿命又は空間補正因子等を既知の状態パラメータとして事前に与える必要がある。これに対し、損傷核燃料は、通常、その正確な組成(含有物質割合)、形状、性状等は不明であるから、かかる損傷核燃料を含む体系における即発中性子寿命や空間補正因子といった状態パラメータに関する詳細な情報を正確に把握又は推定したり、また、それらの状態パラメータを実測したりすることはほぼ不可能であると言わざるを得ない。したがって、上記従来の中性子雑音解析法を、実際の核燃料、特に損傷核燃料を含む体系の未臨界度測定に適用したとしても、その未臨界度を正確に測定評価することは極めて困難である。また、上記特許文献2に記載された手法による連立方程式は、数学的に解が得られないことを本発明者が確認しており、上記従来の課題を解決するための手段として有効なものではないことが判明した。 However, according to a detailed study by the present inventor, the subcriticality measurement method using the conventional neutron noise analysis method described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 has the above-mentioned restrictions. Although it is small, in the subcriticality evaluation calculation, it is necessary to give the prompt neutron lifetime or the spatial correction factor in the system to be evaluated as known state parameters in advance. On the other hand, since the exact composition (content ratio), shape, properties, etc. of damaged nuclear fuel are usually unknown, detailed state parameters such as prompt neutron lifetime and spatial correction factor in the system including such damaged nuclear fuel are detailed. It must be said that it is almost impossible to accurately grasp or estimate the information and to actually measure their state parameters. Therefore, even if the above-mentioned conventional neutron noise analysis method is applied to the subcriticality measurement of a system including an actual nuclear fuel, particularly a damaged nuclear fuel, it is extremely difficult to accurately measure and evaluate the subcriticality. Further, the present inventor has confirmed that the simultaneous equations by the method described in Patent Document 2 cannot be mathematically solved, and it is not effective as a means for solving the above-mentioned conventional problems. It turned out not.

そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、核燃料を含む測定対象の状態パラメータに関する詳細な情報が不明であっても、その測定対象の未臨界度を、実測値に基づいて精度よく測定評価することが可能な核燃料の未臨界度計測監視方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and even if detailed information on the state parameters of the measurement target including nuclear fuel is unknown, the subcriticality of the measurement target is accurately determined based on the measured value. It is an object of the present invention to provide a subcriticality measurement and monitoring method for nuclear fuel that can be measured and evaluated well.

上記課題を解決するために、本発明による核燃料の未臨界度測定方法は、核燃料を含む仮想的な測定対象と仮想的な中性子検出部とを有する模擬計算体系を複数設定し、複数の模擬計算体系について、仮想的な測定対象の中性子実効増倍率又は未臨界度、及び、仮想的な中性子検出部によって測定される炉雑音法測定値のそれぞれの複数のシミュレーション値を求め、それらの複数のシミュレーション値から、中性子実効増倍率又は未臨界度と炉雑音法測定値との相関式を算出し、核燃料を含む実際の測定対象と実際の中性子検出部とを有する測定体系について、実際の中性子検出部によって測定される炉雑音法測定値の実測値を求め、相関式に炉雑音法測定値の実測値を代入することにより、実際の測定対象の中性子実効増倍率又は未臨界度を算出する。なお、未臨界度ρを求めることは、中性子実効増倍率kを求めることと等価である(後記の式(1−3)参照)。 In order to solve the above problems, in the method for measuring the subcriticality of nuclear fuel according to the present invention, a plurality of simulated calculation systems having a virtual measurement target including nuclear fuel and a virtual neutron detection unit are set, and a plurality of simulated calculations are performed. For the system, obtain multiple simulation values of the effective neutron multiplier or subcriticality of the virtual measurement target and the reactor noise method measurement values measured by the virtual neutron detector, and perform multiple simulations of them. From the values, the correlation equation between the effective neutron multiplier or subcriticality and the measured value by the reactor noise method is calculated, and the actual neutron detection unit is used for the measurement system having the actual measurement target including nuclear fuel and the actual neutron detection unit. By obtaining the measured value of the furnace noise method measurement value measured by and substituting the measured value of the furnace noise method measurement value into the correlation formula, the neutron effective multiplication factor or subcriticality of the actual measurement target is calculated. It should be noted that finding the subcriticality ρ is equivalent to finding the neutron effective multiplication factor k (see equation (1-3) below).

また、仮想的な測定対象及び仮想的な中性子検出部について、互いに異なる仮想的な環境条件を複数設定し、複数の環境条件のそれぞれについて、模擬計算体系を複数設定して相関式を算出し、実際の測定対象及び実際の中性子検出部について、実際の環境条件を測定し、その実際の環境条件に近似した仮想的な環境条件を選定し、選定された仮想的な環境条件で算出された相関式に炉雑音法測定値の実測値を代入することにより、実際の測定対象の中性子実効増倍率又は未臨界度を算出してもよい。この場合、環境条件が、測定対象における核燃料の領域表面と中性子検出部との距離、並びに、測定対象における核燃料の領域表面と中性子検出部との間に存在する物質の量及び分布の少なくとも何れかであると好ましい。 In addition, for the virtual measurement target and the virtual neutron detector, a plurality of virtual environmental conditions different from each other are set, and for each of the plurality of environmental conditions, a plurality of simulated calculation systems are set to calculate the correlation equation. For the actual measurement target and the actual neutron detector, the actual environmental conditions are measured, virtual environmental conditions that are close to the actual environmental conditions are selected, and the correlation calculated under the selected virtual environmental conditions. By substituting the measured value of the furnace noise method measurement value into the equation, the neutron effective multiplication factor or subcriticality of the actual measurement target may be calculated. In this case, the environmental condition is at least one of the distance between the nuclear fuel region surface and the neutron detection unit in the measurement target and the amount and distribution of the substance existing between the nuclear fuel region surface and the neutron detection unit in the measurement target. Is preferable.

具体的には、相関式として下記式(X)を用いると好適である。 Specifically, it is preferable to use the following formula (X) as the correlation formula.

また、中性子検出部として、中性子源を有する中性子発生検出器と中性子源を有しない中性子検出器とを一体に構成したものを用いても好適である。 Further, as the neutron detector, it is also preferable to use a neutron generator having a neutron source and a neutron detector without a neutron source integrally configured.

より具体的には、炉雑音法測定値が、時間相関解析ミハルゾ法によって得られる分散係数比CRであってもよい。 More specifically, the furnace noise method measurement value may be the partition coefficient ratio CR obtained by the time correlation analysis Miharuzo method.

或いは、炉雑音法測定値が、ファインマン・アルファ法によって得られる「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の関数フィッティングによって得られるパラメータY∞であってもよく、ここで、Δtは、中性子パルス相互間の時間間隔であるタイムゲート幅を示す。 Alternatively, the furnace noise method measurement may be the parameter Y∞ obtained by the function fitting of the deviation Y (Δt) of the “dispersion-to-average ratio” obtained by the Fineman-alpha method, where Δt is a neutron. The time gate width, which is the time interval between the pulses, is shown.

さらに、下記式(D)に炉雑音法測定値であるパラメータY∞を代入することにより、実際の測定対象の更なる中性子実効増倍率又は未臨界度を算出するようにしてもよく、パラメータY∞は、下記式(I)を用いた関数フィッティングによって得られる。 Further, by substituting the parameter Y∞, which is the measured value by the furnace noise method, into the following equation (D), the further neutron effective multiplication factor or subcriticality of the actual measurement target may be calculated, and the parameter Y may be calculated. ∞ is obtained by function fitting using the following equation (I).

ここで、式(I)中、Y0は、関数フィッティングによって得られる切片パラメータであり、αは、関数フィッティングによって得られる即発中性子減衰係数を示す。 Here, in equation (I), Y 0 is an intercept parameter obtained by function fitting, and α indicates a prompt neutron attenuation coefficient obtained by function fitting.

また、以下に示す手順(1)乃至(3)により決定された「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値に上記式(I)を用いた関数フィッティングを行うことによってY∞を得るようにしてもよい。 Further, Y∞ is set by performing a function fitting using the above equation (I) on the measured value of the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” determined by the following procedures (1) to (3). You may try to get it.

手順(1):上記式(I)の関数フィッティングに用いる「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値の選定データ数の初期値をN0とし、該N0個の「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値に上記式(I)の関数フィッティングを行って得たαを即発中性子減衰係数の初期値α0とする。 Procedure (1): The initial value of the number of selected data of the measured value of the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” used for the function fitting of the above equation (I) is N 0 , and the N 0 “variance pairs”. Let α obtained by performing the function fitting of the above equation (I) on the measured value of the deviation Y (Δt) of the “ratio-moving ratio” as the initial value α 0 of the prompt neutron decay coefficient.

手順(2):初期値α0を下記式(J)のαn-1に代入したときに下記式(J)を満たすタイムゲート幅Δtの範囲を求め、該タイムゲート幅Δtの範囲内である前記「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値を選定し、選択された実測値の数を選定データ数N1とし、そのN1個の「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値に上記式(I)の関数フィッティングを再度行って得たαを即発中性子減衰係数の次の値α1とする。 Step (2): When the initial value α 0 is substituted into α n-1 of the following equation (J), the range of the time gate width Δt satisfying the following equation (J) is obtained, and within the range of the time gate width Δt. A measured value of the deviation Y (Δt) of the above-mentioned “dispersion to average ratio” is selected, the number of selected measured values is defined as the number of selected data N 1, and the deviation Y of the N 1 “dispersion to average ratio”. Let α obtained by performing the function fitting of the above equation (I) again on the measured value of (Δt) be the next value α 1 of the prompt neutron attenuation coefficient.

手順(3):手順(2)を、選定データ数Nn-1と選定データ数Nnが等しくなるまでn回繰り返して最終的なNn個の「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値を決定し、又は、選定データ数Nn-1と選定データ数Nnとが交互に±1の増減となる場合には、Nn-1及びNnのうち何れか大きい方又は小さい方を一貫して選択して最終的なNn-1個又はNn個の「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値を決定する。 Step (3): Step (2) is repeated n times until the number of selected data N n-1 and the number of selected data N n become equal, and the deviation Y (Δt) of the final N n “dispersion to average ratio”. ) Is determined, or if the number of selected data N n-1 and the number of selected data N n alternately increase or decrease by ± 1, whichever is greater, N n-1 or N n. Alternatively, the smaller one is consistently selected to determine the final measured value of the deviation Y (Δt) of N n-1 or N n “dispersion to mean ratio”.

加えて、上記式(I)を用いてパラメータY∞を求める関数フィッティングにおいては、「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値の統計誤差の逆数で重み付けした「分散対平均比」の偏差Y(Δt)を用いてもよい。 In addition, in the function fitting for obtaining the parameter Y∞ using the above equation (I), the “variance-to-average ratio” weighted by the reciprocal of the statistical error of the measured deviation Y (Δt) of the “variance-to-average ratio”. Deviation Y (Δt) of may be used.

本発明によれば、測定対象と中性子検出部を有する複数の模擬計算体系について、測定対象の中性子実効増倍率又は未臨界度及び炉雑音法測定値のシミュレーション値を求め、それらの相関式を算出し、その相関式に炉雑音法測定値の実測値を代入することにより、実際の測定対象の中性子実効増倍率又は未臨界度を算出するので、核燃料を含む測定対象に関する組成、形状、性状等といった状態パラメータに関する詳細な情報が不明であっても、その測定対象の未臨界度を正確に精度よく測定評価することができる。 According to the present invention, for a plurality of simulated calculation systems having a measurement target and a neutron detection unit, the simulation values of the neutron effective multiplication factor or subcriticality of the measurement target and the measured values by the furnace noise method are obtained, and their correlation equations are calculated. Then, by substituting the measured value of the furnace noise method measurement value into the correlation formula, the neutron effective multiplication factor or subcriticality of the actual measurement target is calculated, so the composition, shape, properties, etc. of the measurement target including nuclear fuel, etc. Even if the detailed information about the state parameter such as is unknown, the subcriticality of the measurement target can be measured and evaluated accurately and accurately.

測定体系の構成を概略的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the measurement system schematicly. 図1の測定体系における計算値(未臨界度ρ)及び測定値(分散係数比CR)のシミュレーション結果をプロット(白丸印)したグラフである。It is a graph which plotted (white circle) the simulation result of the calculated value (subcriticality ρ) and the measured value (dispersion coefficient ratio CR) in the measurement system of FIG. 図2のフィッティング曲線から得られた中性子実効増倍率k(相関式からの推定値)と、同じ測定体系に対して得られた中性子実効増倍率k(解析値)をプロット(白丸印)したグラフである。A graph in which the neutron effective multiplication factor k (estimated value from the correlation equation) obtained from the fitting curve of FIG. 2 and the neutron effective multiplication factor k (analyzed value) obtained for the same measurement system are plotted (white circles). Is. 中性子検出効率εの相対誤差Δε/εに対する、中性子実効増倍率k(ε+Δε)の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the neutron effective multiplication factor k (ε + Δε) with respect to the relative error Δε / ε of the neutron detection efficiency ε. 即発中性子寿命lの相対誤差Δl/lに対する、中性子実効増倍率k(Δl/l)の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the neutron effective multiplication factor k (Δl / l) with respect to the relative error Δl / l of the prompt neutron lifetime l. 図1の測定体系における計算値(未臨界度ρ)及び測定値(Y∞)のシミュレーション結果をプロット(白丸印)したグラフである。It is a graph (white circle) which plotted the simulation result of the calculated value (subcriticality ρ) and the measured value (Y∞) in the measurement system of FIG. タイムゲート幅Δtに対する「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the deviation Y (Δt) of "variance to average ratio" with respect to time gate width Δt. 図6のフィッティング曲線から得られた中性子実効増倍率k(相関式からの推定値)と、同じ測定体系に対して得られた中性子実効増倍率k(解析値)をプロット(白丸印)したグラフである。A graph in which the neutron effective multiplication factor k (estimated value from the correlation equation) obtained from the fitting curve of FIG. 6 and the neutron effective multiplication factor k (analyzed value) obtained for the same measurement system are plotted (white circles). Is. 式(O)を用いて非線形最小二乗法を適用してフィッティングを行った結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having performed fitting by applying the nonlinear least squares method using equation (O).

以下、本発明の実施の形態について、従来技術との対比を含めて詳細に説明する。そのため、以下においては、本発明の実施の形態に係る説明のみならず、従来技術の説明についても言及するので、留意されたい。なお、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。さらに、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。またさらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, including comparison with the prior art. Therefore, it should be noted that in the following, not only the description of the embodiment of the present invention but also the description of the prior art will be referred to. Unless otherwise specified, the positional relationship such as up, down, left, and right shall be based on the positional relationship shown in the drawings. Moreover, the dimensional ratio of the drawing is not limited to the ratio shown in the drawing. Furthermore, the following embodiments are examples for explaining the present invention, and the present invention is not intended to be limited only to the embodiments thereof. Furthermore, the present invention can be modified in various ways as long as it does not deviate from the gist thereof.

[従来技術の説明]
本発明の実施の形態の理解を容易にするべく、その説明に先立ち、ここではまず従来技術の内容及びその問題点について改めて詳述する。
[Explanation of prior art]
In order to facilitate understanding of the embodiments of the present invention, first, the contents of the prior art and its problems will be described in detail again prior to the description thereof.

(特許文献1)
上記特許文献1に記載された未臨界度判定装置及び未臨界度判定プログラムでは、核燃料物質を含む中性子増倍体系における未臨界度が異なる複数の状態に対し、先述の如く、中性子雑音解析法である周波数解析法やファインマン・アルファ法を適用し、中性子計測における実測データと理論曲線との間のフィッティング誤差が最小となるように、検出器効率や即発中性子寿命を推定することが行われる。これにより、中性子計測における検出器効率や即発中性子寿命を計算によって事前に推定することなく、未臨界度を測定評価することが企図されている。換言すれば、特許文献1によれば、ミハルゾ法を除く中性子雑音解析法による未臨界度測定に対して支配的な影響を及ぼす即発中性子寿命が、未臨界度とともに実測結果に基づいて求められる。
(Patent Document 1)
In the subcriticality determination device and the subcriticality determination program described in Patent Document 1, the neutron noise analysis method is used for a plurality of states having different subcriticality in the neutron multiplication system including the nuclear fuel material, as described above. A certain frequency analysis method or Fineman Alpha method is applied to estimate the detector efficiency and prompt neutron lifetime so that the fitting error between the measured data in the neutron measurement and the theoretical curve is minimized. As a result, it is intended to measure and evaluate the subcriticality without estimating the detector efficiency and prompt neutron lifetime in neutron measurement in advance by calculation. In other words, according to Patent Document 1, the prompt neutron lifetime, which has a dominant effect on the subcriticality measurement by the neutron noise analysis method other than the Miharuzo method, is obtained together with the subcriticality based on the measured results.

より具体的には、特許文献1に記載された測定評価手順と厳密に同一ではないものの、それに準ずる(実質的に等価である)以下の手順により、測定評価対象である中性子増倍体系の未臨界度とともに、中性子計測における検出器効率と即発中性子寿命が推定される。すなわち、特許文献1における第2実施形態(特許文献1の段落0058〜0096参照)を例にとると、まず、特許文献1に記載された式(8)と等価な「分散対平均比」の1からの偏差Y(Δt)(中性子パルス相互間の時間間隔であるタイムゲート幅Δtの関数)」は、下記式(1−1)で表される。この式(1−1)において、計測データである「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の関数フィッティングによって得られる実測値はCn及びαである。 More specifically, although it is not exactly the same as the measurement and evaluation procedure described in Patent Document 1, the neutron multiplication system to be measured and evaluated is not yet developed by the following procedure (substantially equivalent). Along with the criticality, the detector efficiency and prompt neutron lifetime in neutron measurement are estimated. That is, taking the second embodiment of Patent Document 1 (see paragraphs 0058 to 0906 of Patent Document 1) as an example, first, the "dispersion to average ratio" equivalent to the formula (8) described in Patent Document 1 is obtained. The deviation Y (Δt) from 1 (a function of the time gate width Δt, which is the time interval between neutron pulses) ”is expressed by the following equation (1-1). In this equation (1-1), the actually measured values obtained by the function fitting of the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” which is the measurement data are C n and α.

一方、未臨界度を算出するための中性子実効増倍率kと即発中性子減衰定数αとの間には、下記式(1−2)で表される関係が成り立ち、実測値から算出される即発中性子減衰定数αと、式(1−2)の右辺における即発中性子寿命l及び遅発中性子割合βが既知であれば、中性子実効増倍率kを得ることができる。 On the other hand, the relationship expressed by the following equation (1-2) holds between the effective neutron multiplier k for calculating the subcriticality and the prompt neutron attenuation constant α, and the prompt neutron calculated from the measured value is established. If the decay constant α, the prompt neutron lifetime l and the delayed neutron ratio β on the right side of the equation (1-2) are known, the effective neutron multiplier k can be obtained.

また、未臨界度は、中性子実効増倍率を用いて、下記式(1−3)で表される関係によって定義される。このように、未臨界度ρを求めることは、中性子実効増倍率kを求めることと等価である。 The subcriticality is defined by the relationship represented by the following equation (1-3) using the effective neutron multiplication factor. In this way, finding the subcriticality ρ is equivalent to finding the neutron effective multiplication factor k.

ところで、特許文献1の図7より、上記式(1−1)の左辺Yn(Δt)は、中性子パルス相互間の時間間隔であるタイムゲート幅Δt毎に実際の計測データ(測定値)として得られる。一方、上記式(1−1)の右辺の値は、一般に、即発中性子減衰定数αとタイムゲート幅Δtの関係として理論的に成立する曲線である。したがって、上記式(1−1)の右辺におけるパラメータである中性子計数Cn及び即発中性子減衰定数αnは、左辺の測定値を最小二乗法等により右辺の理論曲線へフィッティングする際のフィッティング係数として得られる。 By the way, from FIG. 7 of Patent Document 1, the left side Yn (Δt) of the above equation (1-1) is obtained as actual measurement data (measured value) for each time gate width Δt which is a time interval between neutron pulses. Be done. On the other hand, the value on the right side of the above equation (1-1) is generally a curve theoretically established as the relationship between the prompt neutron attenuation constant α and the time gate width Δt. Therefore, the neutron count C n and the prompt neutron attenuation constant α n , which are the parameters on the right side of the above equation (1-1), are used as fitting coefficients when fitting the measured value on the left side to the theoretical curve on the right side by the least squares method or the like. can get.

ここで、特許文献1の第2実施形態における実証試験(特許文献1の段落0089〜段落0096)に倣い、測定評価対象である中性子増倍体系について2つの未臨界状態n(n=1及び2)を想定すると、上記式(1−1)中の中性子計測で得られる実測値である中性子計数Cn(つまりC1,C2)に関する等式として、下記式(1−4)で表される2つの関係式が得られる。 Here, two subcritical states n (n = 1 and 2) are applied to the neutron multiplication system to be measured and evaluated, following the verification test in the second embodiment of Patent Document 1 (paragraphs 809 to 0906 of Patent Document 1). ), It is expressed by the following equation (1-4) as an equation for the neutron count C n (that is, C 1 , C 2 ), which is the measured value obtained by neutron measurement in the above equation (1-1). Two relational expressions are obtained.

式(1−4)において、Diven数として適宜の値を初期設定値として事前に与えることにより、C1、C2、α1、及びα2が、計測データのフィッティング係数として求まる。よって、式(1−4)における未知数は、中性子検出効率ε及び即発中性子寿命lの2つのみとなる。そして、それらの2つの未知数に対して、式(1−4)に示す2つの関係式が与えられることになるから、その式(1−4)の2つの関係式を中性子検出効率ε及び即発中性子寿命lに対する連立方程式と看做して解くことにより、それらの中性子増倍系の中性子検出効率ε及び即発中性子寿命lが求められる。 In equation (1-4), C 1 , C 2 , α 1 , and α 2 can be obtained as fitting coefficients of the measurement data by giving an appropriate value as the Diven number in advance as the initial setting value. Therefore, there are only two unknowns in Eq. (1-4): neutron detection efficiency ε and prompt neutron lifetime l. Then, since the two relational expressions shown in the equation (1-4) are given to those two unknowns, the two relational expressions of the equation (1-4) are given the neutron detection efficiency ε and the prompt promptness. The neutron detection efficiency ε and the prompt neutron lifetime l of these neutron multiplication systems can be obtained by solving them as simultaneous equations for the neutron lifetime l.

なお、上記においては、2つの未臨界状態を想定したが、3つ以上の状態を想定してもよく、その場合には、最小二乗法等を用いて、中性子検出効率ε及び即発中性子寿命lを決定するようにすればよい。 In the above, two subcritical states are assumed, but three or more states may be assumed. In that case, the neutron detection efficiency ε and the prompt neutron lifetime l are used by using the least squares method or the like. Should be decided.

ところで、このような特許文献1に記載された手法では、式(1−4)に示す如く、即発中性子寿命lが複数の未臨界状態で同一であると仮定した条件において解析が行われる。しかし、中性子増倍体系の未臨界度が異なる場合、即発中性子寿命lが同一となることは極めて稀と考えられ、即発中性子寿命lの差異が無視できないケースが多いものと推定される。そうすると、特許文献1にも記載されているとおり、中性子実効増倍率kとともに即発中性子寿命lも併せて何らかの方法によって推定評価する必要が生じる。ところが、特許文献1には、そのための具体的な手法や手順について、開示も示唆もされていない。 By the way, in such a method described in Patent Document 1, as shown in the equation (1-4), the analysis is performed under the condition that the prompt neutron lifetime l is the same in a plurality of subcritical states. However, when the subcriticality of the neutron multiplication system is different, it is considered extremely rare that the prompt neutron lifetime l is the same, and it is presumed that the difference in the prompt neutron lifetime l cannot be ignored in many cases. Then, as described in Patent Document 1, it becomes necessary to estimate and evaluate the prompt neutron lifetime l together with the effective neutron multiplication factor k by some method. However, Patent Document 1 does not disclose or suggest a specific method or procedure for that purpose.

しかし、特許文献1に記載された手法において、未臨界度ρの相違に応じて異なる即発中性子寿命lを、中性子実効増倍率kとともに同時に求めることは、そもそも、原理的に不可能であって、工学的に有意な解を求めることは極めて困難である。すなわち、上記式(1−4)で表される2つの状態における即発中性子寿命lが互いに異なり、それらを即発中性子寿命l1,l2とすると、上記式(1−4)は下記式(1−5)に示すように書き換えることができる。 However, in the method described in Patent Document 1, it is impossible in principle to simultaneously obtain the prompt neutron lifetime l, which differs depending on the difference in subcriticality ρ, together with the neutron effective multiplication factor k. It is extremely difficult to find an engineeringly significant solution. That is, assuming that the prompt neutron lifetimes l in the two states represented by the above equation (1-4) are different from each other and they are the prompt neutron lifetimes l 1 and l 2 , the above equation (1-4) is the following equation (1). It can be rewritten as shown in -5).

この場合、未知数は、中性子検出効率ε及び即発中性子寿命l1,l2の3つとなるが、それらの3つの未知数に対して、与えられる関係式は上記式(1−5)に示す2つのみであるから、それらの中性子検出効率ε及び即発中性子寿命l1,l2を一意に求めることは不可能である。仮に、複数の未臨界状態として、n個(n≧3)の状態を用意したとしても、n個の関係式に対し、未知数は、中性子検出効率ε及び即発中性子寿命l1,l2,…,lnであり、つまり未知数の数がn+1個となってしまうため、この場合においても解を一意に求めることは不可能である。これは、特許文献1の第2実施形態に記載された例における問題点であるが、特許文献1のその他の実施形態も即発中性子減衰定数αと即発中性子寿命lを介して未臨界度ρを算出する点において相違ないから、それらの各実施形態においても同様の問題点が内在していると言える。 In this case, there are three unknowns, neutron detection efficiency ε and prompt neutron lifetime l 1 and l 2 , and the relational expressions given to these three unknowns are the two shown in the above equation (1-5). Therefore, it is impossible to uniquely obtain their neutron detection efficiency ε and prompt neutron lifetime l 1 and l 2 . Even if n (n ≧ 3) states are prepared as a plurality of subcritical states, for n relational expressions, the unknowns are the neutron detection efficiency ε and the prompt neutron lifetime l 1 , l 2 , ... , L n, that is, the number of unknowns is n + 1, so it is impossible to uniquely find the solution even in this case. This is a problem in the example described in the second embodiment of Patent Document 1, but other embodiments of Patent Document 1 also set the subcriticality ρ via the prompt neutron attenuation constant α and the prompt neutron lifetime l. Since there is no difference in the calculation, it can be said that the same problem is inherent in each of these embodiments.

したがって、特許文献1に記載された未臨界度測定方法では、例えば何らかの手段を用いて中性子検出効率εを事前に求めることにより未知数を1つ減らすことができれば、中性子計測で得られる実測値である中性子計数C1,C2(式(1−5)の左辺)に対し、その右辺における未知数は即発中性子寿命l1,l2の2つとなり、それらを一意に求めることが可能となる。そのためには、即発中性子寿命lが同値であると看做すことができる複数の未臨界状態を準備した上で、それらの複数の状態における中性子検出効率εを予め求める必要がある。 Therefore, in the subcriticality measurement method described in Patent Document 1, if the unknown number can be reduced by one by obtaining the neutron detection efficiency ε in advance by using some means, for example, it is an actually measured value obtained by neutron measurement. For the neutron counts C 1 and C 2 (the left side of equation (1-5)), the unknowns on the right side are the prompt neutron lifetimes l 1 and l 2 , and it is possible to uniquely obtain them. For that purpose, it is necessary to prepare a plurality of subcritical states that can be regarded as having the same value of the prompt neutron lifetime l, and then obtain the neutron detection efficiency ε in these plurality of states in advance.

しかし、即発中性子寿命lは、中性子スペクトルの影響を受け易いことから、中性子スペクトルが変化しないように未臨界状態を変化させる必要がある。そのための方法の1つとして、例えば、その体系に含まれる核分裂性物質の量を変化させることが想起されるものの、未臨界度ρが未知の体系(例えば損傷核燃料が含まれる体系)に適用することは、非現実的であると考えられる。すなわち、核分裂性物質の量を変化させるには、その体系に核分裂性物質を付加したり、その体系から核分裂性物質を除去したりすればよいが、前者は、体系内の核分裂性物質の増加に起因して臨界に達するおそれがある一方、後者は、損傷核燃料の除去部分又はその周辺に生じた亀裂へ水が流入した場合、中性子減速が高まって臨界に達するおそれがある。このように、未臨界度ρの把握及びその監視が為されていない状態で、その体系中の核分裂性物質の量を変化させることは、避けるべき操作であると考えられる。 However, since the prompt neutron lifetime l is easily affected by the neutron spectrum, it is necessary to change the subcritical state so that the neutron spectrum does not change. As one of the methods for that, for example, it is recalled to change the amount of fissile material contained in the system, but it is applied to a system in which the subcriticality ρ is unknown (for example, a system containing damaged nuclear fuel). That is considered unrealistic. That is, in order to change the amount of fissile material, it is sufficient to add fissile material to the system or remove fissile material from the system, but the former is an increase in fissile material in the system. On the other hand, the latter may reach the criticality due to the increased neutron deceleration when water flows into the cracks formed in or around the removed part of the damaged nuclear fuel. In this way, changing the amount of fissile material in the system without grasping and monitoring the subcriticality ρ is considered to be an operation that should be avoided.

他方、核分裂性物質の量を変化させずに未臨界度ρを変化させる方法としては、中性子吸収物質を付加したり、核燃料周辺の水を排除したりする方法が想定される。しかし、このような操作を行えば、中性子スペクトルの変化が不可避的に生じるため、即発中性子寿命lを同値と看做し得る状態に保持することはできない。或いは、即発中性子寿命lを同値と看做し得る範囲内で、中性子吸収物質の付加、又は、損傷核燃料周辺の水の排除を行う方法も考えられなくはないが、その場合には、未臨界状態の変化度合いが小さく、目的とする有意な結果が得られないといった懸念がある。 On the other hand, as a method of changing the subcriticality ρ without changing the amount of fissile material, a method of adding a neutron absorbing material or excluding water around the nuclear fuel is assumed. However, if such an operation is performed, the neutron spectrum is inevitably changed, so that the prompt neutron lifetime l cannot be maintained in a state that can be regarded as the same value. Alternatively, it is possible to consider a method of adding a neutron absorbing substance or removing water around the damaged nuclear fuel within a range in which the prompt neutron lifetime l can be regarded as the same value, but in that case, it is not critical. There is a concern that the degree of change in the state is small and the desired significant result cannot be obtained.

(非特許文献1)
一方、非特許文献1に記載された未臨界度測定方法は、前述の如く、階差フィルタを用いたファインマン・アルファ法や時間相関解析ミハルゾ法であり、非特許文献1によれば、未臨界度ρが変動する体系である重水臨界実験施設においてリアルタイムで且つ高い精度で未臨界度ρを計測することに成功している。ここで、時間相関解析ミハルゾ法は、中性子検出器として、一般にCf−252中性子線源といった中性子源が内蔵された中性子源付き検出器と、ファインマン・アルファ法でも用いることができる中性子源を内蔵しない中性子源なし検出器の両方を用いる方法である。つまり、時間相関解析ミハルゾ法によれば、そのために使用する計測データとともに、ファインマン・アルファ法で使用する計測データも同時に得ることができる。
(Non-Patent Document 1)
On the other hand, the subcriticality measuring method described in Non-Patent Document 1 is the Fineman Alpha method or the time correlation analysis Miharuzo method using a difference filter as described above, and according to Non-Patent Document 1, it is subcritical. We have succeeded in measuring the subcriticality ρ in real time and with high accuracy in the subcritical experimental facility where the degree ρ fluctuates. Here, the time correlation analysis Miharuzo method does not include a detector with a neutron source such as a Cf-252 neutron source, which is generally used as a neutron detector, and a neutron source which can also be used in the Fineman Alpha method. This method uses both detectors without a neutron source. That is, according to the time correlation analysis Miharuzo method, the measurement data used for that purpose and the measurement data used in the Feynman alpha method can be obtained at the same time.

そして、非特許文献1には、特に時間相関解析ミハルゾ法では、未臨界度ρが変化する体系において、1分程度の応答時間で未臨界度ρの測定結果が得られる旨が報告されている(ただし、応答時間は、評価対象中の固有中性子源に対する検出器内蔵中性子源の相対強度に近似的に比例するため、検出器内蔵中性子源の強度が大きいほど、応答時間はより短縮される)。加えて、非特許文献1には、高中性子束場に対しても、検出器の不感時間の影響は問題なく、かかる手法が適用可能であり、また、測定対象に含まれる固有中性子源の強度が高い場合であっても、現実的な強度レベルの中性子源(Cf−252中性子線源)を用意することが可能であることが記載されている。 Then, it is reported in Non-Patent Document 1 that the measurement result of the subcriticality ρ can be obtained in a response time of about 1 minute in a system in which the subcriticality ρ changes, especially in the time correlation analysis Miharuzo method. (However, since the response time is approximately proportional to the relative intensity of the detector built-in neutron source with respect to the subcritical neutron source under evaluation, the higher the intensity of the detector built-in neutron source, the shorter the response time). .. In addition, in Non-Patent Document 1, there is no problem in the influence of the dead time of the detector even on a high neutron flux field, such a method can be applied, and the intensity of the intrinsic neutron source included in the measurement target is high. It is stated that it is possible to prepare a neutron source (Cf-252 neutron source) with a realistic intensity level even when the value is high.

このような非特許文献1の記載内容を参酌すれば、非特許文献1に記載された未臨界度測定方法は、損傷核燃料を含む体系の未臨界度ρをリアルタイムで測定監視するための手法として好適であると推察される。そこで、この非特許文献1に記載された手法について、以下に説明する。 すなわち、まず、非特許文献1の図1に記載されているファインマン・アルファ法に関する換算式及び表記方法とは若干異なるものの、それと等価な式を、下記式(2−1)に示す。 Taking into consideration the contents of Non-Patent Document 1, the subcriticality measuring method described in Non-Patent Document 1 can be used as a method for measuring and monitoring the subcriticality ρ of a system including damaged nuclear fuel in real time. It is presumed to be suitable. Therefore, the method described in Non-Patent Document 1 will be described below. That is, first, although slightly different from the conversion formula and the notation method related to the Feynman alpha method described in FIG. 1 of Non-Patent Document 1, a formula equivalent thereto is shown in the following formula (2-1).

ここで、遅発中性子割合βは、核分裂性核種によっても異なるが、U核種及びPu核種の場合、おおよそ0.01程度未満である。よって、それらの核種による遅発中性子割合βは、非特許文献1で目標とする未臨界度測定精度(0.95>中性子実効増倍率k≧0.8の領域で±0.04以内、また、0.8>中性子実効増倍率k≧0.4の領域で±0.10以内)に比して十分に小さい。よって、上記式(2−1)における近似式(右辺の第2式)は、実用上、差し支えないものと推察される。 Here, the delayed neutron ratio β varies depending on the fissile nuclide, but is less than about 0.01 in the case of U nuclide and Pu nuclide. Therefore, the delayed neutron ratio β due to these nuclides is within ± 0.04 in the region of the subcriticality measurement accuracy (0.95> neutron effective multiplication factor k ≧ 0.8) targeted in Non-Patent Document 1. , 0.8> Neutron effective multiplication factor k ≧ 0.4 (within ± 0.10), which is sufficiently small. Therefore, it is presumed that the approximate expression (the second expression on the right side) in the above equation (2-1) may be practically acceptable.

また、非特許文献1の図6に記載されている時間相関解析ミハルゾ法に関する換算式及び表記方法とは若干異なるものの、それと等価な式を、下記式(2−2)に示す。 Further, although the conversion formula and the notation method for the time correlation analysis Miharuzo method described in FIG. 6 of Non-Patent Document 1 are slightly different, the equivalent formula is shown in the following formula (2-2).

この式(2−2)における左辺の「CR(Δt)」は、計測された中性子パルス相互間の時間間隔であるタイムゲート幅Δt毎に実測値として得られるものである。ただし、先の特許文献1の説明において述べたファインマン・アルファ法とは異なり、理論的に、タイムゲート幅Δtに対する依存性はない。なお、本明細書においては、「CR」のパラメータ名として、非特許文献1の図6における矩形枠内に記載された「分散−計数比(CR)」からハイフン「−」を削除して、分散計数比CRと記す。 The “CR (Δt)” on the left side in this equation (2-2) is obtained as an actually measured value for each time gate width Δt, which is the time interval between the measured neutron pulses. However, unlike the Feynman-alpha method described in the above description of Patent Document 1, theoretically, there is no dependence on the time gate width Δt. In this specification, the hyphen "-" is deleted from the "dispersion-counting ratio (CR)" described in the rectangular frame in FIG. 6 of Non-Patent Document 1 as the parameter name of "CR". It is referred to as the variance count ratio CR.

そして、このような時間相関解析ミハルゾ法とファインマン・アルファ法を同時に適用する手法は、非特許文献1に記載されているように、一見して、ファインマン・アルファ法の欠点である即発中性子寿命が中性子スペクトルの影響を受け易い点と、時間相関解析ミハルゾ法の欠点である未臨界度換算係数χが検出器配置の影響を受け易い点を、相互に補完し得る手法であると言えなくもない。しかし、非特許文献1には、そのように互いの欠点を相補的に解消するための具体的な手法や手段について、何ら示されていない。したがって、非特許文献1に記載された手法においても、式(2−1)における即発中性子寿命l、又は、式(2−2)における未臨界度換算係数χを、未臨界度測定に先立って、例えば事前解析によって推定又は仮定した上で、それらを実測値と組み合わせて用いる必要がある。 Then, as described in Non-Patent Document 1, the method of simultaneously applying the time correlation analysis Miharuzo method and the Feynman alpha method has, at first glance, the prompt neutron lifetime, which is a drawback of the Feynman alpha method. It can be said that it is a method that can complement each other in that it is easily affected by the neutron spectrum and that the subcriticality conversion coefficient χ, which is a drawback of the time correlation analysis Feynman method, is easily affected by the detector arrangement. .. However, Non-Patent Document 1 does not show any specific method or means for complementarily eliminating such mutual defects. Therefore, even in the method described in Non-Patent Document 1, the prompt neutron lifetime l in the formula (2-1) or the subcriticality conversion coefficient χ in the formula (2-2) is set prior to the subcriticality measurement. , For example, it is necessary to estimate or assume by prior analysis and then use them in combination with the measured values.

(特許文献2)
特許文献2に記載された発明は、本発明者によるものであり、ファインマン・アルファ法と時間相関解析ミハルゾ法によって得られた測定値と、測定対象に摂動を加えて得た複数の測定値と関連パラメータを連立方程式と看做して未臨界度ρを求めることを特徴とする。しかし、以下に示すように、数学的に解が得られないことが発明者によって確認されており、上記課題の解決手段として有効でない。
(Patent Document 2)
The invention described in Patent Document 2 is by the present inventor, and includes measurement values obtained by the Fineman-Alpha method and the time correlation analysis Miharuzo method, and a plurality of measurement values obtained by perturbing the measurement target. It is characterized in that the subcriticality ρ is obtained by regarding the related parameters as simultaneous equations. However, as shown below, it has been confirmed by the inventor that a mathematical solution cannot be obtained, and it is not effective as a means for solving the above-mentioned problems.

すなわち、特許文献2に記載された手法の連立方程式は、下記式(11)〜(16)のとおりである。
CR1,1=χ1・(1−k1) …(11)
CR1,2=χ2・(1−k1) …(12)
α1=1/l1・(1−k1) …(13)
CR2,1=χ1・(1−k2) …(14)
CR2,2=χ2・(1−k2) …(15)
α2=1/l2・(1−k2) …(16)
That is, the simultaneous equations of the methods described in Patent Document 2 are as shown in the following equations (11) to (16).
CR 1,1 = χ 1・ (1-k 1 )… (11)
CR 1,2 = χ 2・ (1-k 1 )… (12)
α 1 = 1 / l 1・ (1-k 1 )… (13)
CR 2,1 = χ 1・ (1-k 2 )… (14)
CR 2,2 = χ 2・ (1-k 2 )… (15)
α 2 = 1 / l 2・ (1-k 2 )… (16)

ここで、未知数は中性子実効増倍率k1,k2、即発中性子寿命l1,l2、及び、未臨界度換算係数χ1,χ2である。 Here, the unknowns are the neutron effective multiplication factor k 1 , k 2 , the prompt neutron lifetime l 1 , l 2 , and the subcriticality conversion coefficients χ 1 , χ 2 .

ところで、式(11)と式(14)は、非特許文献1の式(2−2)に基づくものであり、同式は、(1−k)が換算係数χ1を介してCRに比例することを示しているに過ぎない。また、式(14)は式(11)を(1−k2)/(1−k1)倍しただけのものであるから、式(11)と式(14)は、関係式としては全く同一である。同様に、式(15)は式(12)を(1−k2)/(1−k1)倍したものに過ぎず、式(12)と式(15)は、関係式としては全く同一である。つまり、式(11)から式(16)のうち、方程式として有効な関係式は、実質的に4つであり、6つの未知数に対して4つの関係式から解を得る事は不可能である。したがって、特許文献2は、上記従来の課題を解決する手段として有効でない。 By the way, the equations (11) and (14) are based on the equation (2-2) of Non-Patent Document 1, in which (1-k) is proportional to CR via the conversion coefficient χ 1. It just shows that you do. Further, since the equation (14) is simply a multiplication of the equation (11) by (1-k 2 ) / (1-k 1 ), the equations (11) and (14) are completely relational expressions. It is the same. Similarly, equation (15) is merely a product of equation (12) multiplied by (1-k 2 ) / (1-k 1 ), and equations (12) and (15) are exactly the same as relational expressions. Is. That is, among the equations (11) to (16), there are practically four relational expressions that are valid as equations, and it is impossible to obtain a solution from four relational expressions for six unknowns. .. Therefore, Patent Document 2 is not effective as a means for solving the above-mentioned conventional problems.

以上のことから、「発明が解決しようとする課題」として前述したとおり、特許文献1、非特許文献1、及び特許文献2に記載された何れの従来手法においても、核燃料を含む体系の未臨界度ρを測定評価するには、その体系における即発中性子寿命又は未臨界度換算係数といった空間補正因子等を既知の状態パラメータとして事前に与える必要がある。しかし、先述の如く、特に損傷核燃料を含む体系では、そのような状態パラメータに関する詳細な情報を、正確に把握又は推定したり実測したりすることはほぼ不可能であるから、特許文献1、非特許文献1、及び特許文献2に記載された従来方法を実際の核燃料、特に損傷核燃料に対して適用して未臨界度ρを実用的な信頼度で測定評価することは極めて困難と言わざるを得ない。これらに対し、本発明による未臨界度測定監視システム及び方法は、そのような従来技術の欠点を補う有効な手法を提供する。以下、本開示による実施形態について説明する。 From the above, as described above as the "problem to be solved by the invention", in any of the conventional methods described in Patent Document 1, Non-Patent Document 1, and Patent Document 2, the system including nuclear fuel is subcritical. In order to measure and evaluate the degree ρ, it is necessary to give in advance spatial correction factors such as the prompt neutron lifetime or the subcriticality conversion coefficient in the system as known state parameters. However, as described above, it is almost impossible to accurately grasp, estimate, or actually measure detailed information on such state parameters, especially in a system including damaged nuclear fuel. It must be said that it is extremely difficult to measure and evaluate the subcriticality ρ with practical reliability by applying the conventional methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2 to an actual nuclear fuel, particularly a damaged nuclear fuel. I don't get it. On the other hand, the subcriticality measurement monitoring system and method according to the present invention provide an effective method for compensating for such shortcomings of the prior art. Hereinafter, embodiments according to the present disclosure will be described.

(第1実施形態)
本実施形態による核燃料の未臨界度測定方法は、(A)核燃料を含む仮想的な測定対象と仮想的な中性子検出部とを有する模擬計算体系を複数設定し、(B)複数の模擬計算体系について、仮想的な測定対象の中性子実効増倍率又は未臨界度、及び、仮想的な中性子検出部によって測定される炉雑音法測定値のそれぞれの複数のシミュレーション値を求め、(C)複数のシミュレーション値から、中性子実効増倍率又は未臨界度と炉雑音法測定値との相関式を算出し、(D)核燃料を含む実際の測定対象と実際の中性子検出部とを有する測定体系について、実際の中性子検出部によって測定される炉雑音法測定値の実測値を求め、(E)相関式に炉雑音法測定値の実測値を代入することにより、実際の測定対象の中性子実効増倍率又は未臨界度を算出する。
(First Embodiment)
In the method for measuring the subcriticality of nuclear fuel according to the present embodiment, (A) a plurality of simulated calculation systems having a virtual measurement target including nuclear fuel and a virtual neutron detection unit are set, and (B) a plurality of simulated calculation systems. For each of the neutron effective multiplication factor or subcriticality of the virtual measurement target and the furnace noise method measurement value measured by the virtual neutron detection unit, (C) multiple simulations From the values, the correlation equation between the effective neutron multiplier or subcriticality and the measured value by the reactor noise method is calculated, and (D) the actual measurement system having the actual measurement target including the nuclear fuel and the actual neutron detector is obtained. By obtaining the measured value of the furnace noise method measurement value measured by the neutron detection unit and substituting the measured value of the furnace noise method measurement value into the (E) correlation equation, the neutron effective multiplication factor or subcriticality of the actual measurement target is obtained. Calculate the degree.

具体的には、相関式として下記式(X)を用いると好適である。 Specifically, it is preferable to use the following formula (X) as the correlation formula.

更に具体的には、炉雑音法測定値Xとして、時間相関解析ミハルゾ法によって得られる分散係数比CRを挙げることができる。この点について、本発明に至る経緯を含めて詳述する。 More specifically, as the furnace noise method measurement value X, the partition coefficient ratio CR obtained by the time correlation analysis Miharuzo method can be mentioned. This point will be described in detail including the background to the present invention.

まず、発明者は、時間相関解析ミハルゾ法及びファインマン・アルファ法において、測定値から未臨界度への換算係数として、測定対象の状態に依存しづらいものを用いることができれば、事前の較正、或いはシミュレーションによって得た換算係数を、状態が不明な測定対象に適用したとしても、中性子実効増倍率ひいては未臨界度を精度よく推定できるのではないかと考えた。そこで、例えば、ファインマン・アルファ法における換算式である非特許文献1の上記式(2−1)における即発中性子寿命l、又は、時間相関解析ミハルゾ法の換算式である非特許文献1の式(2−2)における未臨界度換算係数χが、測定対象の状態に依存する程度について考察した。 First, if the inventor can use a coefficient for converting the measured value to the subcriticality in the time correlation analysis Miharuzo method and the Fineman Alpha method, which is hard to depend on the state of the measurement target, the inventor can perform pre-calibration or pre-calibration. Even if the conversion coefficient obtained by the simulation is applied to the measurement target whose state is unknown, we thought that the effective neutron multiplier and thus the subcriticality could be estimated accurately. Therefore, for example, the prompt neutron lifetime l in the above formula (2-1) of Non-Patent Document 1 which is the conversion formula in the Fineman Alpha method, or the formula of Non-Patent Document 1 which is the conversion formula of the time correlation analysis Miharuzo method ( The degree to which the subcriticality conversion coefficient χ in 2-2) depends on the state of the measurement target is considered.

まず、即発中性子寿命lは、前述の如く、中性子スペクトルの影響を受け易く、具体的には、中性子スペクトルによっては桁違いになるほど大きく変化することから、測定対象内の核種組成及び量が不明な状況では不確定性が大きく、推定される中性子実効増倍率の不確かさが許容し得ないほどに大きくなると考えられる。一方、検出効率に係る換算係数である未臨界度換算係数χは、前述の如く、中性子スペクトルへの依存性は小さいが、測定対象と検出器間の位置関係(つまり検出器配置)の影響を受け易く、それが不明な状況では、ファインマン・アルファ法と同様、実効増倍率を推定することは困難と考えられる。 First, as described above, the prompt neutron lifetime l is easily affected by the neutron spectrum, and specifically, it changes by an order of magnitude depending on the neutron spectrum. Therefore, the nuclide composition and amount in the measurement target are unknown. The uncertainty is high in the situation, and the uncertainty of the estimated effective neutron multiplier is considered to be unacceptably large. On the other hand, the subcriticality conversion coefficient χ, which is a conversion coefficient related to the detection efficiency, has little dependence on the neutron spectrum as described above, but is affected by the positional relationship between the measurement target and the detector (that is, the detector arrangement). In a situation where it is easily received and it is unknown, it is considered difficult to estimate the effective multiplication factor as in the Fineman Alpha method.

ただし、発明者は、未臨界度換算係数χについては、おそらく、幾何学的な条件のうちCf−252内蔵電離箱と中性子検出器間の距離の影響が支配的であると考え、Cf−252内蔵電離箱と中性子検出器を束ねて一体化した測定器を考案した。かかる機器構成であれば、Cf−252内蔵電離箱と中性子検出器間の距離を常に一定に保つことが可能であり、これにより、未臨界度換算係数χに含まれる不確定性を緩和できると考えられる。 However, the inventor thinks that the subcriticality conversion coefficient χ is probably dominated by the influence of the distance between the Cf-252 built-in ionization chamber and the neutron detector among the geometric conditions, and Cf-252. We devised a measuring instrument that integrates the built-in ionization chamber and the neutron detector. With such a device configuration, it is possible to keep the distance between the Cf-252 built-in ionization chamber and the neutron detector always constant, and thereby alleviate the uncertainty included in the subcriticality conversion coefficient χ. Conceivable.

これに対し、未臨界度換算係数χが検出器配置の影響を受け易いという従来の問題意識は、本発明者によれば、技術的な根拠に基づかない以下に示すような固定観念によって提起されていたものと考えられる。 On the other hand, the conventional awareness of the problem that the subcriticality conversion coefficient χ is easily affected by the detector arrangement is raised by the following stereotypes that are not based on technical grounds, according to the present inventor. It is probable that it was.

すなわち、この場合の測定原理は、Cf−252内蔵電離箱中のCf−252自発核分裂により放出された中性子が核燃料領域で核燃料の核分裂を誘発し、これにより発生した中性子が中性子検出器に至ることで未臨界度測定が可能となるところ、これらのCf−252内蔵電離箱、核燃料領域、及び中性子検出器を一次元的に並べた配置が模式的に観念されるため、実際の検出器配置も、固定概念的に、核燃料領域をCf−252内蔵電離箱と中性子検出器で挟むような構成が採用されていたものと推察される。例えば、「羽様平他、『DCAにおける未臨界度測定技術の開発』、JNC−TN9400−2001−044.」(以下「参考文献」という)の図4−1から図4−4には、このような検出器配置が記載されている。 That is, the measurement principle in this case is that the neutrons emitted by the Cf-252 spontaneous fission in the Cf-252 built-in ionization chamber induce the nuclear fuel fission in the nuclear fuel region, and the neutrons generated thereby reach the neutron detector. Where subcriticality measurement is possible, the arrangement of these Cf-252 built-in ionization chambers, nuclear fuel region, and neutron detectors in a one-dimensional manner is schematically considered, so the actual detector arrangement is also possible. It is presumed that, in a fixed concept, a configuration was adopted in which the nuclear fuel region was sandwiched between the Cf-252 built-in ionization chamber and the neutron detector. For example, FIGS. 4-1 to 4-4 of "Hane-samahei et al.," Development of subcriticality measurement technology in DCA ", JNC-TN9400-2001-044." (hereinafter referred to as "references"). Such a detector arrangement is described.

しかし、技術的には、そのように核燃料領域をCf−252内蔵電離箱と中性子検出器で挟む検出器配置とする必然性はなく、むしろ、未臨界度ρの深い体系においてはCf−252内蔵電離箱と中性子検出器を一体に構成する(一体的に束ねる)方が、中性子検出器間の高い相関が得られ易く、有利であると考えられる。 However, technically, it is not necessary to arrange the nuclear fuel region between the ionization chamber with built-in Cf-252 and the neutron detector, and rather, the ionization with built-in Cf-252 in a system with a deep subcriticality ρ. It is considered that it is advantageous to integrally configure (integrately bundle) the box and the neutron detector because it is easy to obtain a high correlation between the neutron detectors.

これは、未臨界度ρの深い体系においては、核燃料領域内で誘発された核分裂連鎖反応が周囲に広く伝搬することはなく、局所的に終息してしまう傾向にあることから、Cf−252内蔵電離箱から放出された中性子が、核燃料領域で核燃料の核分裂を誘発し、これにより発生した中性子が中性子検出器に至る確率は、たとえ核燃料領域を両検出器で挟んでいたとしても、両検出器間の距離が遠い場合には著しく低下してしまい、計測が実質的に不能となるためである。実際、上記参考文献の図4−2には、Cf−252内蔵電離箱近傍に配置された中性子検出器Aのみで計測が可能であり、比較的離れた位置に配置された中性子検出器Bでは、検出不可であった結果が記載されている。また、上記参考文献の図4−1〜図4−4に記載された計測体系におけるシミュレーション解析の結果が、同文献の図4−6、4−8、4−10、及び4−12に示されており、両検出器間の距離が離れているものほど、計測結果の感度が低く、よって測定上不利であることが見てとれる。 This is because in a system with a deep subcriticality ρ, the fission chain reaction induced in the nuclear fuel region does not propagate widely to the surroundings and tends to terminate locally, so that it is built in Cf-252. The probability that neutrons emitted from the ionization chamber will induce fission of nuclear fuel in the nuclear fuel region and the neutrons generated by this will reach the neutron detector is that both detectors, even if the nuclear fuel region is sandwiched between both detectors. This is because if the distance between them is long, it will be significantly reduced and measurement will be substantially impossible. In fact, in FIG. 4-2 of the above reference, the measurement can be performed only by the neutron detector A arranged near the ionization chamber built in Cf-252, and the neutron detector B arranged at a relatively distant position can be used for measurement. , The result that could not be detected is described. In addition, the results of simulation analysis in the measurement system shown in FIGS. 4-1 to 4-4 of the above reference are shown in FIGS. 4-6, 4-8, 4-10, and 4-12 of the same document. It can be seen that the farther the distance between the two detectors is, the lower the sensitivity of the measurement result is, and therefore the more disadvantageous the measurement is.

かかる従来の配置に対し、Cf−252内蔵電離箱と中性子検出器を一体に構成すれば、Cf−252内蔵電離箱中のCf−252自発核分裂により放出された中性子が、Cf−252内蔵電離箱近傍の核燃料領域で核燃料の核分裂を誘発し、これにより発生した中性子がCf−252内蔵電離箱近傍の中性子検出器に至る過程を経ることで、両検出器間での相関が得られ易く、測定精度を向上させる観点からより好適であるといえる。 If the Cf-252 built-in ionization chamber and the neutron detector are integrally configured with respect to such a conventional arrangement, the neutrons emitted by the Cf-252 spontaneous fission in the Cf-252 built-in ionization chamber will be the Cf-252 built-in ionization chamber. By inducing nuclear fission in the nearby nuclear fuel region and the neutrons generated by this inducing a process leading to the neutron detector near the Cf-252 built-in ionization chamber, it is easy to obtain a correlation between the two detectors, and measurement is possible. It can be said that it is more suitable from the viewpoint of improving the accuracy.

なお、Cf−252内蔵電離箱と中性子検出器を一体に構成する場合の測定結果へ与える影響として、場合によっては、Cf−252内蔵電離箱中のCf−252が自発核分裂を起こした際に同時発生する中性子が、隣接する中性子検出器で同時計測されることにより、誘発核分裂過程以外の発生中性子間で発生確率の相関(ランダムな中性子発生過程であるポアソン過程からのずれ)が生じてしまい、計測結果において見かけ上の誘発核分裂が発生しているように観測され、正確な測定ができない懸念がある。 In addition, as an effect on the measurement result when the Cf-252 built-in ionization chamber and the neutron detector are integrally configured, in some cases, when Cf-252 in the Cf-252 built-in ionization chamber causes spontaneous fission, it is simultaneous. By simultaneously measuring the generated neutrons with adjacent neutron detectors, a correlation of generation probability (deviation from the Poisson process, which is a random neutron generation process) occurs between the generated neutrons other than the induced nuclear fission process. In the measurement results, it is observed that apparently induced nuclear fission occurs, and there is a concern that accurate measurement cannot be performed.

そこで、かかる懸念については、核燃料が存在しない体系(ブランク)において計測を行い、当該効果が計測結果に与える影響を把握することで検出器を較正し、核燃料の測定にあたっては、当該効果を計測結果から除外することにより、解消可能であると考えられる。また、Cf−252内蔵電離箱から放出された中性子の強度が高いために、中性子検出器の不感時間の増大も懸念され得るものの、かかる懸念については、Cf−252内蔵電離箱に面する側の中性子検出器側面に中性子遮蔽材を設けることにより、解消可能であると考えられる。 Therefore, regarding such concerns, measurement is performed in a system (blank) in which nuclear fuel does not exist, the detector is calibrated by understanding the effect of the effect on the measurement result, and the effect is measured when measuring nuclear fuel. It is considered that it can be solved by excluding it from. Further, since the intensity of the neutrons emitted from the Cf-252 built-in ionization chamber is high, there may be a concern that the dead time of the neutron detector may increase. However, regarding such concern, the side facing the Cf-252 built-in ionization chamber may be concerned. It is considered that this can be solved by providing a neutron shielding material on the side surface of the neutron detector.

以上のCf−252内蔵電離箱と中性子検出器を一体に構成したときの有効性を確認するため、未臨界度ρ、中性子束分布形状、中性子スペクトル、及び検出器配置位置が異なる様々な体系においてシミュレーションを行った。図1は、測定体系の構成を概略的に示す模式図である。この測定体系におけるシミュレーションでは、測定対象として、損傷核燃料を含むディスク状の燃料デブリ10を想定し、体系高さh1を40cmで固定し、体系直径d1を40〜120cmの範囲で変化させた。また、サンプリングのためのコア・ボーリングを適用したときに穿設される中心孔20の有無の影響を確認した。さらに、Cf−252内蔵電離箱30(中性子源を有する中性子発生検出器)とCf−252なしの中性子検出器40(中性子源を有しない中性子検出器)を一体に構成した中性子検出部50を燃料デブリ10の上面に載置し、その中性子検出部50の配置位置を水平矢印60の方向に適宜変化させた(全部で12ケース)。なお、Cf−252内蔵電離箱30は、Cf−252の自発核分裂で発生した核分裂生成物(Fission Product:FP)によって生じた電離箱内雰囲気のイオン対を検出することにより、自発核分裂を検出する(自発核分裂の際に一緒に発生する中性子の発生時刻を検出する)という機能を有する点において、Cf−252なしの中性子検出器40とは本質的に異なるものである。 In order to confirm the effectiveness of the above Cf-252 built-in ionization chamber and neutron detector integrally configured, in various systems with different subcriticality ρ, neutron flux distribution shape, neutron spectrum, and detector placement position. A simulation was performed. FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the configuration of the measurement system. In the simulation in this measurement system, a disk-shaped fuel debris 10 containing damaged nuclear fuel was assumed as a measurement target, the system height h1 was fixed at 40 cm, and the system diameter d1 was changed in the range of 40 to 120 cm. In addition, the influence of the presence or absence of the central hole 20 formed when the core boring for sampling was applied was confirmed. Further, a neutron detector 50 in which a Cf-252 built-in ionization box 30 (a neutron generator having a neutron source) and a neutron detector 40 without a Cf-252 (a neutron detector having no neutron source) are integrated is used as fuel. It was placed on the upper surface of the debris 10, and the arrangement position of the neutron detection unit 50 was appropriately changed in the direction of the horizontal arrow 60 (12 cases in total). The Cf-252 built-in ionization box 30 detects spontaneous fission by detecting the ion pair of the atmosphere inside the ionization box generated by the fission product (Fission Product: FP) generated by the spontaneous fission of Cf-252. It is essentially different from the neutron detector 40 without Cf-252 in that it has the function of (detecting the generation time of neutrons that are generated together during spontaneous fission).

図2は、図1の測定体系における計算値(未臨界度ρ)及び測定値(分散係数比CR)のシミュレーション結果をプロット(白丸印)したグラフである。また、図2において、プロットした複数のデータに上記式(X)(炉雑音法測定値X=分散係数比CR)をフィッティングして得られたフィッティング曲線を実線で示す。図2に示すとおり、未臨界度ρの計算値と分散係数比CRの測定値のシミュレーション結果は、式(X)で表される非線形関数に精度よく回帰されることが判明した。 FIG. 2 is a graph in which the simulation results of the calculated values (subcriticality ρ) and the measured values (dispersion coefficient ratio CR) in the measurement system of FIG. 1 are plotted (marked with white circles). Further, in FIG. 2, the fitting curve obtained by fitting the above equation (X) (measured value by the furnace noise method X = dispersion coefficient ratio CR) to the plurality of plotted data is shown by a solid line. As shown in FIG. 2, it was found that the simulation results of the calculated value of the subcriticality ρ and the measured value of the dispersion coefficient ratio CR are accurately regressed to the nonlinear function represented by the equation (X).

このことから、まず、未臨界度換算係数χ自体が、測定値(分散係数比CR)に対して一定値とはならず、測定値(分散係数比CR)自体に依存性を有する非線形関数となる(未臨界度ρが深くなると、中性子検出効率ε自体が未臨界度ρに対して強い依存性を有すると認められる)ことが確認された。そして、未臨界度ρ、中性子束分布形状、中性子スペクトル、及び検出器配置位置が異なる様々な体系条件に対し、図2に示す如く、中性子実効増倍率k(ひいては未臨界度ρ)と測定値(分散係数比CR)との関係を示す相関式(式(X))を、実測に先立ってシミュレーションによって予め作成しておき、実際の測定体系において得られた測定値(分散係数比CR)をその相関式に代入することにより、中性子実効増倍率k(ひいては未臨界度ρ)を精度よく推定し得ることが示唆される。 From this, first, the subcriticality conversion coefficient χ itself does not become a constant value with respect to the measured value (dispersion coefficient ratio CR), but is a non-linear function having dependence on the measured value (dispersion coefficient ratio CR) itself. It was confirmed that (when the subcriticality ρ becomes deeper, the neutron detection efficiency ε itself is recognized to have a strong dependence on the subcriticality ρ). Then, for various system conditions in which the subcriticality ρ, the neutron flux distribution shape, the neutron spectrum, and the detector arrangement position are different, the neutron effective multiplication factor k (and thus the subcriticality ρ) and the measured value are as shown in FIG. A correlation equation (formula (X)) showing the relationship with (dispersion coefficient ratio CR) was created in advance by simulation prior to actual measurement, and the measured value (dispersion coefficient ratio CR) obtained in the actual measurement system was used. By substituting into the correlation equation, it is suggested that the neutron effective multiplication factor k (and thus the subcriticality ρ) can be estimated accurately.

次に、図2に示した相関式のフィッティング誤差を評価するため、図2のフィッティング曲線から得られた中性子実効増倍率k(相関式からの推定値)と、同じ測定体系に対して得られた中性子実効増倍率k(解析値)を、図3にプロット(白丸印)した。図中に示す一点鎖線は、45°勾配線であり、プロットされたデータがその線上又はその線の近傍に位置することからも、上記式(X)のフィッティングによって得られた相関式を用いることにより、実用上十分に許容される範囲内で中性子実効増倍率k(ひいては未臨界度ρ)の推定が可能であることが理解される。 Next, in order to evaluate the fitting error of the correlation equation shown in FIG. 2, the neutron effective multiplication factor k (estimated value from the correlation equation) obtained from the fitting curve of FIG. 2 and the same measurement system were obtained. The effective neutron multiplication factor k (analyzed value) was plotted in FIG. 3 (white circles). The alternate long and short dash line shown in the figure is a 45 ° gradient line, and since the plotted data is located on or near the line, the correlation equation obtained by fitting the above equation (X) should be used. Therefore, it is understood that the effective neutron multiplier k (and thus the subcriticality ρ) can be estimated within a range sufficiently acceptable for practical use.

以上の結果から、図2に示した12ケースにとどまらず、多種多様な更に多くのケースについて、相関式を作成しておくことにより、当該相関式の不確かさの程度を把握することができるとともに、中性子実効増倍率k(ひいては未臨界度ρ)のより信頼度の高い評価が可能になることが理解される。 From the above results, it is possible to grasp the degree of uncertainty of the correlation equation by creating the correlation equation not only for the 12 cases shown in FIG. 2 but also for a wide variety of more cases. , It is understood that a more reliable evaluation of the neutron effective multiplication factor k (and thus the subcriticality ρ) becomes possible.

続いて、発明者が、測定対象である燃料デブリ10における核燃料の領域表面と中性子検出部50の距離を変化させた場合の測定値(分散係数比CR)への影響を評価したところ、比較的大きな依存性を有することが確認された。これは、中性子検出部50から核燃料の領域を見た際の視野角(立体角)が核燃料の領域表面からの距離に依存して変化することに起因して、中性子検出効率εが変化したことによるものと推察される。また、核燃料の領域と中性子検出部50間の領域に水が存在する場合、その水の存在によって中性子が遮蔽され、中性子検出部50に到達する確率が減る、すなわち、この場合にも中性子検出効率εが変化することから、同様に測定値(分散係数比CR)への影響が大きくなる傾向にある。 Subsequently, the inventor evaluated the effect on the measured value (dispersion coefficient ratio CR) when the distance between the region surface of the nuclear fuel and the neutron detection unit 50 in the fuel debris 10 to be measured was changed. It was confirmed that it has a large dependence. This is because the viewing angle (solid angle) when the nuclear fuel region is viewed from the neutron detection unit 50 changes depending on the distance from the nuclear fuel region surface, and the neutron detection efficiency ε changes. It is presumed that this is due to. Further, when water exists in the region between the nuclear fuel region and the neutron detection unit 50, the presence of the water shields the neutrons and reduces the probability of reaching the neutron detection unit 50, that is, the neutron detection efficiency also in this case. Since ε changes, the influence on the measured value (dispersion coefficient ratio CR) tends to increase as well.

したがって、本実施形態においては、仮想的な測定対象(燃料デブリ10)及び仮想的な中性子検出部50について、互いに異なる仮想的な環境条件を複数設定し、複数の環境条件のそれぞれについて、模擬計算体系を複数設定して相関式を算出し、実際の測定対象(燃料デブリ10)及び実際の中性子検出部50について、実際の環境条件を測定し、実際の環境条件に近似した仮想的な環境条件を選定し、選定された仮想的な環境条件で算出された相関式に炉雑音法測定値(分散係数比CR)の実測値を代入することにより、実際の測定対象の中性子実効増倍率k又は未臨界度ρを算出するようにすると好適である。そして、この場合、環境条件が、測定対象である燃料デブリ10における核燃料の領域表面と中性子検出部50との距離、並びに、測定対象である燃料デブリ10における核燃料の領域表面と中性子検出部50との間に存在する物質の量及び分布の少なくとも何れかであると好ましい。 Therefore, in the present embodiment, a plurality of virtual environmental conditions different from each other are set for the virtual measurement target (fuel debris 10) and the virtual neutron detection unit 50, and simulated calculation is performed for each of the plurality of environmental conditions. A plurality of systems are set, a correlation formula is calculated, actual environmental conditions are measured for the actual measurement target (fuel debris 10) and the actual neutron detection unit 50, and virtual environmental conditions approximate to the actual environmental conditions. By substituting the measured value of the reactor noise method measurement value (dispersion coefficient ratio CR) into the correlation formula calculated under the selected virtual environmental conditions, the neutron effective multiplication factor k of the actual measurement target or It is preferable to calculate the subcriticality ρ. In this case, the environmental conditions are the distance between the nuclear fuel region surface and the neutron detection unit 50 in the fuel debris 10 to be measured, and the nuclear fuel region surface and the neutron detection unit 50 in the fuel debris 10 to be measured. It is preferably at least one of the amount and distribution of the substances present between the two.

なお、その際、電磁探査やソナー等のリモートセンシング技術の適用により、測定対象である燃料デブリ10における核燃料の領域表面の識別や、中性子検出部50における検出器配置予定位置と核燃料の領域表面までの距離、存在する水の量等の実際の環境条件を推定又は把握し、その実際の環境条件に対応する相関式を、事前に得ておいた相関式群から選定して用いることが可能である。このような事前の測定対象の環境条件を把握しておくことは、従来の即発中性子寿命lを評価するために必要な核種組成や量を測定によって推定することに比べれば、実現性が格段に高いものと考えられる。 At that time, by applying remote sensing technology such as electromagnetic exploration and sonar, the identification of the nuclear fuel region surface in the fuel debris 10 to be measured, the position where the detector is planned to be arranged in the neutron detector 50, and the nuclear fuel region surface are reached. It is possible to estimate or grasp the actual environmental conditions such as the distance and the amount of existing water, and select and use the correlation equation corresponding to the actual environmental conditions from the correlation equation group obtained in advance. is there. Understanding the environmental conditions of the measurement target in advance is much more feasible than the conventional estimation of the nuclide composition and amount required to evaluate the prompt neutron lifetime l. It is considered to be expensive.

(第2実施形態)
ところで、第1実施形態にて示した時間相関解析ミハルゾ法によれば、前述のとおり、ファインマン・アルファ法の測定結果を同時に得ることができる特徴がある。したがって、本発明者は、この点に着目し、時間相関解析ミハルゾ法の測定値(分散係数比CR)と共に、ファインマン・アルファ法の測定値(★計測データである「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の関数フィッティングによって得られるY∞)の情報を活用することにより、第1実施形態で推定される中性子実効増倍率kひいては未臨界度ρの信頼性を更に高めることができることを見出した。以下、この点について更に詳述する。
(Second Embodiment)
By the way, according to the time correlation analysis Miharuzo method shown in the first embodiment, as described above, there is a feature that the measurement results of the Feynman-alpha method can be obtained at the same time. Therefore, the present inventor pays attention to this point and, together with the measured value of the time correlation analysis Miharuzo method (dispersion coefficient ratio CR), the deviation of the measured value of the Fineman Alpha method (★ measurement data “dispersion to average ratio”). It was found that by utilizing the information of Y∞ ) obtained by the function fitting of Y (Δt), the reliability of the neutron effective multiplication factor k estimated in the first embodiment and the subcriticality ρ can be further improved. It was. This point will be described in more detail below.

前述のとおり、ファインマン・アルファ法における換算式である非特許文献1の上記式(2−1)における即発中性子寿命lは、中性子スペクトルによっては桁違いになるほど大きな変化することから、測定対象内の核種組成及び量が不明な状況では不確定性が大きく、推定される中性子実効増倍率の不確かさが許容し得ないほどに大きくなると考えられる。よって、中性子実効増倍率kひいては未臨界度ρの推定に、即発中性子寿命lをそのままの適用することは難しいと考えられる。 As described above, the prompt neutron lifetime l in the above formula (2-1) of Non-Patent Document 1, which is a conversion formula in the Fineman alpha method, changes by an order of magnitude depending on the neutron spectrum, and therefore, it is included in the measurement target. Uncertainty is large in situations where the nuclide composition and amount are unknown, and the uncertainty of the estimated effective neutron multiplier is considered to be unacceptably large. Therefore, it is considered difficult to apply the prompt neutron lifetime l as it is to the estimation of the effective neutron multiplication factor k and thus the subcriticality ρ.

そこで、ファインマン・アルファ法において、即発中性子寿命lを用いずに、測定値(「分散対平均比」の偏差Y(Δt))を未臨界度ρへ換算する方法を検討した。まず、ファインマン・アルファ法の理論式を特許文献1にならい(式(1−1)参照)、下記式(A)のとおり記載する。 Therefore, in the Fineman-Alpha method, a method of converting the measured value (deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio”) into the subcriticality ρ was examined without using the prompt neutron lifetime l. First, the theoretical formula of the Feynman-alpha method is described according to the following formula (A), following Patent Document 1 (see formula (1-1)).

ここで、計測データ(「分散対平均比」の偏差Y(Δt))の関数フィッティングで得られるパラメータは、式(A)中のY∞とαであり、Y∞は下記式(B)で表される(式(1−1)におけるCn参照)。 Here, the parameters obtained by the function fitting of the measurement data (deviation Y (Δt) of “variance to average ratio”) are Y∞ and α in the equation (A), and Y∞ is the following equation (B). It is represented (see C n in equation (1-1)).

ところで、非特許文献1に記載されているファインマン・アルファ法に関する換算式と等価な上記式(2−1)より、l・αと中性子実効増倍率kとの間には、下記式(C)で表される近似的な関係が成り立つ。 By the way, from the above formula (2-1) equivalent to the conversion formula related to the Feynman alpha method described in Non-Patent Document 1, the following formula (C) is between l · α and the neutron effective multiplication factor k. The approximate relationship represented by is established.

これは、上記式(2−1)の説明で既に述べたとおり、実用上、差し支えない範囲の近似と推察される。この式(C)をY∞の定義式である上記式(B)へ代入すると、下記式(D)が得られる。 As already described in the explanation of the above equation (2-1), this is presumed to be an approximation within a range that does not hinder practical use. By substituting this equation (C) into the above equation (B), which is the definition equation of Y∞, the following equation (D) is obtained.

ここで、上記式(D)の右辺のうち、Diven数は核分裂核種への依存性が比較的小さいことから、所定の代表的な値を適用し得る。したがって、式(D)の未臨界度ρへの換算係数は、実質的に中性子検出効率εのみとなる。中性子検出効率εは、測定対象である燃料デブリ10における核燃料の表面領域から中性子検出部50までの距離や、当該領域における水等の存在量、また、未臨界度ρそのものによって比較的大きな影響を受け得るが、核燃料自体の組成などの影響を受け難い傾向にある。 Here, among the right sides of the above formula (D), the Diven number has a relatively small dependence on the fission nuclide, and therefore a predetermined representative value can be applied. Therefore, the conversion coefficient of the equation (D) to the subcriticality ρ is substantially only the neutron detection efficiency ε. The neutron detection efficiency ε has a relatively large effect depending on the distance from the surface region of the nuclear fuel to the neutron detection unit 50 in the fuel debris 10 to be measured, the abundance of water etc. in the region, and the subcriticality ρ itself. Although it can be affected, it tends to be less affected by the composition of the nuclear fuel itself.

したがって、第1実施形態で述べたことと同様に、電磁探査やソナー等のリモートセンシング技術を適用し、測定対象である燃料デブリ10における核燃料の領域表面の識別や、中性子検出部50における検出器配置予定位置と核燃料の領域表面までの距離、存在する水の量等の実際の環境条件を推定又は把握することにより、中性子実効増倍率kひいては未臨界度ρの推定に資することが可能といえる。 Therefore, as described in the first embodiment, remote sensing techniques such as electromagnetic exploration and sonar are applied to identify the surface of the nuclear fuel region in the fuel debris 10 to be measured, and the detector in the neutron detector 50. It can be said that it is possible to contribute to the estimation of the effective neutron multiplier k and the subcriticality ρ by estimating or grasping the actual environmental conditions such as the planned placement position, the distance to the surface of the nuclear fuel region, and the amount of existing water. ..

さらに、本実施形態の手法が、中性子検出効率εの相対誤差が中性子実効増倍率kひいては未臨界度ρの推定値へ与える影響を考慮しても、従来の上記式(C)に基づく中性子実効増倍率kの推定よりも好適であることは、以下のとおりである。すなわち、中性子検出効率εがΔεの誤差を含む場合、中性子実効増倍率kの推定値は、上記式(D)から下記式(E)で表される関係を有する。 Further, even if the method of the present embodiment considers the influence of the relative error of the neutron detection efficiency ε on the estimated value of the neutron effective multiplication factor k and thus the subcriticality ρ, the neutron effect based on the conventional equation (C) is considered. It is as follows that it is more preferable than the estimation of the multiplication factor k. That is, when the neutron detection efficiency ε includes an error of Δε, the estimated value of the neutron effective multiplication factor k has a relationship represented by the following formula (E) from the above formula (D).

ここで、k(ε+Δε)は、中性子検出効率εに誤差Δεを含んだ状態で推定した中性子実効増倍率であることを示す(中性子検出効率εの誤差Δεに起因する誤差を含んだ中性子実効増倍率)。この式(E)を上記式(D)で除し、k(ε+Δε)について整理すると、下記式(F)が導出される。 Here, k (ε + Δε) indicates that the neutron effective multiplication factor is estimated with the neutron detection efficiency ε including the error Δε (the neutron effective multiplication including the error due to the error Δε of the neutron detection efficiency ε). magnification). By dividing this equation (E) by the above equation (D) and rearranging for k (ε + Δε), the following equation (F) is derived.

このとおり、式(F)は、中性子検出効率εに含まれる相対誤差Δε/εが中性子実効増倍率kの推定値へ与える影響を表している。中性子検出効率εは、物理的に正の値として定義されることから、相対誤差Δε/εは−1以上の値を取り得るが、式(F)から、未臨界体系において中性子実効増倍率k(ε+Δε)は、図4に示すとおり、0〜1の範囲となる。ここで、図4は、中性子検出効率εの相対誤差Δε/εに対する、中性子実効増倍率k(ε+Δε)の変化を示すグラフであり、中性子実効増倍率kの真値=0.3、0.5、0.7、及び0.9である場合の中性子実効増倍率k(ε+Δε)の変化を評価した結果である。 As described above, the equation (F) expresses the influence of the relative error Δε / ε included in the neutron detection efficiency ε on the estimated value of the neutron effective multiplication factor k. Since the neutron detection efficiency ε is physically defined as a positive value, the relative error Δε / ε can take a value of -1 or more, but from equation (F), the neutron effective multiplication factor k in the subcritical system. (Ε + Δε) is in the range of 0 to 1 as shown in FIG. Here, FIG. 4 is a graph showing the change of the neutron effective multiplication factor k (ε + Δε) with respect to the relative error Δε / ε of the neutron detection efficiency ε, and the true value of the neutron effective multiplication factor k = 0.3, 0. This is the result of evaluating the change in the neutron effective multiplication factor k (ε + Δε) when the values are 5, 0.7, and 0.9.

同様に、即発中性子寿命lがΔlの誤差を含む場合の中性子実効増倍率kの推定値は、上記式(C)から、下記式(H)で表される関係を有する。 Similarly, the estimated value of the effective neutron multiplication factor k when the prompt neutron lifetime l includes an error of Δl has a relationship represented by the following formula (H) from the above formula (C).

このとおり、式(H)は、即発中性子寿命lに含まれる相対誤差Δl/lが中性子実効増倍率kの推定値へ与える影響を表している。即発中性子寿命lは、物理的に正の値として定義されることから、Δl/lは−1以上の値を取り得るが、式(H)から、未臨界体系において中性子実効増倍率k(l+Δl)は、図5に示すとおり、−∞〜1の範囲となる。ここで、図5は、即発中性子寿命lの相対誤差Δl/lに対する、中性子実効増倍率k(Δl/l)の変化を示すグラフであり、中性子実効増倍率kの真値=0.3、0.5、0.7、及び0.9である場合の中性子実効増倍率k(Δl/l))の変化を評価した結果である。 As described above, the equation (H) expresses the influence of the relative error Δl / l included in the prompt neutron lifetime l on the estimated value of the neutron effective multiplication factor k. Since the prompt neutron lifetime l is physically defined as a positive value, Δl / l can take a value of -1 or more, but from the equation (H), the neutron effective multiplication factor k (l + Δl) in the subcritical system ) Is in the range of −∞ to 1 as shown in FIG. Here, FIG. 5 is a graph showing the change in the effective neutron multiplier k (Δl / l) with respect to the relative error Δl / l of the prompt neutron lifetime l, and the true value of the effective neutron multiplier k = 0.3. This is the result of evaluating the change in the effective neutron multiplier k (Δl / l) when the values are 0.5, 0.7, and 0.9.

図4と図5を比較すると、実質的な中性子実効増倍率kへの換算係数である中性子検出効率ε又は即発中性子寿命lの相対誤差の全定義範囲において、中性子実効増倍率k(ε+Δε)の誤差(変化率)が、中性子実効増倍率k(l+Δl)の誤差(変化率)に比して小さいことが確認された。したがって、上記式(D)による実効増倍率換算法は、中性子スペクトルによっては桁違いに変化する可能性がある即発中性子寿命lを使用する必要がない分、そもそも中性子実効増倍率kへの換算係数の相対誤差に対して、中性子実効増倍率kに与える感度が小さい点において望ましい特徴を備えるといえる。 Comparing FIGS. 4 and 5, the neutron effective multiplication factor k (ε + Δε) is within the entire defined range of the relative error of the neutron detection efficiency ε or the prompt neutron lifetime l, which is a conversion coefficient to the substantial neutron effective multiplication factor k. It was confirmed that the error (rate of change) was smaller than the error (rate of change) of the neutron effective multiplication factor k (l + Δl). Therefore, the effective multiplication factor conversion method according to the above equation (D) does not need to use the prompt neutron lifetime l, which may change by orders of magnitude depending on the neutron spectrum, so the conversion factor to the neutron effective multiplication factor k is in the first place. It can be said that it has a desirable feature in that the sensitivity given to the neutron effective multiplication factor k is small with respect to the relative error of.

図6は、図2と同様に、図1の測定体系における計算値(未臨界度ρ)及び測定値(Y∞)のシミュレーション結果をプロット(白丸印)したグラフである。また、図6において、プロットした複数のデータに上記式(X)(炉雑音法測定値X=Y∞)をフィッティングして得られたフィッティング曲線を実線で示す。図6に示すとおり、未臨界度ρの計算値とY∞の測定値のシミュレーション結果は、式(X)で表される非線形関数に精度よく回帰されることが判明した。 FIG. 6 is a graph in which the simulation results of the calculated values (subcriticality ρ) and the measured values (Y∞) in the measurement system of FIG. 1 are plotted (marked with white circles) in the same manner as in FIG. Further, in FIG. 6, the fitting curve obtained by fitting the above equation (X) (measured value X = Y∞ by the furnace noise method) to the plurality of plotted data is shown by a solid line. As shown in FIG. 6, it was found that the simulation results of the calculated value of the subcriticality ρ and the measured value of Y∞ are accurately regressed to the nonlinear function represented by the equation (X).

このことから、まず、中性子検出効率ε自体が、測定値(Y∞)に対して一定値とはならず、測定値(Y∞)自体に依存性を有する非線形関数とはなることが確認された。そして、未臨界度ρ、中性子束分布形状、中性子スペクトル、及び検出器配置位置が異なる様々な体系条件に対し、図6に示す如く、中性子実効増倍率k(ひいては未臨界度ρ)と測定値(Y∞)との関係を示す相関式(X)を、実測に先立ってシミュレーションによって予め作成しておき、実際の測定体系において得られた測定値(Y∞)をその相関式に代入することにより、中性子実効増倍率k(ひいては未臨界度ρ)を精度よく推定し得ることが示唆される。 From this, it was first confirmed that the neutron detection efficiency ε itself does not become a constant value with respect to the measured value (Y∞), but becomes a non-linear function having dependence on the measured value (Y∞) itself. It was. Then, for various system conditions in which the subcriticality ρ, the neutron flux distribution shape, the neutron spectrum, and the detector arrangement position are different, the neutron effective multiplier k (and thus the subcriticality ρ) and the measured value are as shown in FIG. A correlation equation (X) showing the relationship with (Y∞) is created in advance by simulation prior to actual measurement, and the measured value (Y∞) obtained in the actual measurement system is substituted into the correlation equation. This suggests that the effective neutron multiplier k (and thus the subcriticality ρ) can be estimated accurately.

ところで、計測データである「分散対平均比」の偏差Y(Δt)のシミュレーション結果を式(A)へフィッティングする際、Y(Δt)が原点を通過せず(Y(Δt)=0とならず)、正の切片を有するような挙動が認められた(図7参照)。図7は、タイムゲート幅Δtに対する「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の変化を示すグラフである。 By the way, when fitting the simulation result of the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” which is the measurement data to the equation (A), if Y (Δt) does not pass through the origin (Y (Δt) = 0). However, the behavior of having a positive intercept was observed (see FIG. 7). FIG. 7 is a graph showing the change in the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” with respect to the time gate width Δt.

そもそも、式(A)のY(Δt)が原点を通過するのは、即発中性子寿命lに比べ十分小さいタイムゲート幅Δtにおいて発生する個々の中性子間で、誘発核分裂か否かが区別できない、すなわち、互いに相関のない完全にランダムな発生過程であるポアソン過程と看做され、「分散対平均比」の偏差Y(Δt)が1(すなわちY=ゼロ)となるためである。したがって、図7のようにY(Δt)が切片を有するような挙動は、図7の最小タイムゲート幅においても、個々の中性子間で何らかの相関があるためと考えられる。 In the first place, it is indistinguishable whether or not Y (Δt) of the formula (A) passes through the origin among the individual neutrons generated in the time gate width Δt, which is sufficiently smaller than the prompt neutron lifetime l, that is, whether it is induced fission or not. This is because it is regarded as a Poisson process, which is a completely random generation process that is not correlated with each other, and the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” is 1 (that is, Y = zero). Therefore, it is considered that the behavior in which Y (Δt) has an intercept as shown in FIG. 7 is due to some correlation between individual neutrons even in the minimum time gate width of FIG.

そこで、個々の中性子検出時刻を確認したところ、ほぼ同時に検出される中性子が多数ペア存在し、その原因として、図1に示すシミュレーションの測定体系において、時間相関解析ミハルゾ法で必要となるCf−252内蔵電離箱中のCf−252が自発核分裂を起こす際に複数発生する中性子が同時計測されたことによると推認された。かかる現象は、第1実施形態において特徴的な現象であるとともに、Cf−252内蔵電離箱を用いない場合にも、自発核分裂を生ずる固有中性子源が核燃料中に有意に存在する場合に生ずると推察される。なお、実際には、中性子検出器が不感時間を有するため、不感時間よりも長くかつタイムゲート幅Δtよりも短い時間差で(つまりほぼ同時に)測定される中性子に限られるため、図7に示現したような顕著な切片は現れないと想定される。 Therefore, when the individual neutron detection times were confirmed, there were many pairs of neutrons detected almost at the same time, and the cause was Cf-252, which is required for the time correlation analysis Miharuzo method in the simulation measurement system shown in FIG. It was presumed that this was due to the simultaneous measurement of multiple neutrons generated when Cf-252 in the built-in ionization chamber undergoes spontaneous fission. It is presumed that such a phenomenon is a characteristic phenomenon in the first embodiment and occurs when an intrinsic neutron source that causes spontaneous fission is significantly present in the nuclear fuel even when the Cf-252 built-in ionization chamber is not used. Will be done. In reality, since the neutron detector has a dead time, it is limited to neutrons measured with a time difference longer than the dead time and shorter than the time gate width Δt (that is, almost simultaneously), and thus is shown in FIG. It is assumed that no such prominent section appears.

したがって、本実施形態では、上記の図7におけるようなY(Δt)が切片を有する現象を考慮し、より精緻にY∞を求めるべく、上記式(A)を一般化した下記式(I)を用いる。 Therefore, in the present embodiment, in consideration of the phenomenon that Y (Δt) has an intercept as shown in FIG. 7, the following formula (I) is a generalization of the above formula (A) in order to obtain Y∞ more precisely. Is used.

ここで、Y0は、フィッティングによって得られる値である。なお、先に示した図6におけるY∞(横軸の値)は、式(I)に基づくフィッティングによって得られたものである。 Here, Y 0 is a value obtained by fitting. Note that Y∞ (value on the horizontal axis) in FIG. 6 shown above is obtained by fitting based on the formula (I).

さらに、図6に示した相関式のフィッティング誤差を評価するため、図6のフィッティング曲線から得られた中性子実効増倍率k(相関式からの推定値)と、同じ測定体系に対して得られた中性子実効増倍率k(解析値)を、図8にプロット(白丸印)した。図中に示す一点鎖線は、45°勾配線であり、プロットされたデータがその線上又はその線の近傍に位置することからも、上記式(X)のフィッティングによって得られた相関式を用いることにより、実用上十分に許容される範囲内で中性子実効増倍率k(ひいては未臨界度ρ)の推定が可能であることが理解される。 Further, in order to evaluate the fitting error of the correlation equation shown in FIG. 6, the neutron effective multiplication factor k (estimated value from the correlation equation) obtained from the fitting curve of FIG. 6 and the same measurement system were obtained. The neutron effective multiplication factor k (analyzed value) is plotted in FIG. 8 (white circles). The alternate long and short dash line shown in the figure is a 45 ° gradient line, and since the plotted data is located on or near the line, the correlation equation obtained by fitting the above equation (X) should be used. Therefore, it is understood that the effective neutron multiplier k (and thus the subcriticality ρ) can be estimated within a range sufficiently acceptable for practical use.

(第3実施形態)
本実施形態では、第2実施形態において説明したファインマン・アルファ法のY∞のより具体的かつ好適なフィッティング法について説明する。
(Third Embodiment)
In this embodiment, a more specific and suitable fitting method of Y∞ of the Feynman alpha method described in the second embodiment will be described.

即発中性子減衰係数αをタイムゲート幅Δtが小さい領域での過渡的な挙動から求める都合上、Y∞は、タイムゲート幅Δtをある程度小さい領域に限定したフィッティングで求める必要がある。そうしないと、「分散対平均比」の偏差Y(Δt)が飽和した領域(扱うデータ数は、最小タイムゲート幅のときに最多となることから、統計誤差は最小タイムゲート幅で小さく、タイムゲート幅が大きくなるにしたがって統計誤差が大きくなる)の影響を受け、即発中性子減衰係数αを正確に求めることができないおそれがある。 For the convenience of obtaining the prompt neutron attenuation coefficient α from the transient behavior in the region where the time gate width Δt is small, Y∞ needs to be obtained by fitting the time gate width Δt limited to a region where the time gate width Δt is small to some extent. Otherwise, the region where the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” is saturated (the number of data to be handled is the largest at the minimum time gate width, so the statistical error is small at the minimum time gate width, and the time. The statistical error increases as the gate width increases), and the prompt neutron attenuation coefficient α may not be accurately determined.

そこで、 以下に示す手順(1)乃至(3)により決定された「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値に上記式(I)を用いた関数フィッティングを行うことによってY∞を得るようにすると好適である。 Therefore, Y∞ is set by performing function fitting using the above equation (I) on the measured value of the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” determined by the following procedures (1) to (3). It is preferable to obtain it.

手順(1):上記式(I)の関数フィッティングに用いる「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値の選定データ数の初期値をN0とし、そのN0個の「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値に上記式(I)の関数フィッティングを行って得たαを即発中性子減衰係数の初期値α0とする。
手順(2):初期値α0を下記式(J)のαn-1に代入したときに下記式(J)を満たすタイムゲート幅Δtの範囲を求め、そのタイムゲート幅Δtの範囲内である「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値を選定し、その選択された実測値の数を選定データ数N1とし、N1個の「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値に上記式(I)の関数フィッティングを再度行って得たαを即発中性子減衰係数の次の値α1とする、
Procedure (1): The initial value of the number of selected data of the measured value of the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” used for the function fitting of the above equation (I) is set to N 0, and N 0 “variance pairs” are set. Let α obtained by performing the function fitting of the above equation (I) on the measured value of the deviation Y (Δt) of the “ratio-moving ratio” as the initial value α 0 of the prompt neutron decay coefficient.
Step (2): When the initial value α 0 is substituted into α n-1 of the following equation (J), the range of the time gate width Δt satisfying the following equation (J) is obtained, and within the range of the time gate width Δt. A measured value of a deviation Y (Δt) of a certain “dispersion-to-moving ratio” is selected, the number of the selected measured values is defined as the number of selected data N 1, and the deviation Y (variance-to-moving ratio” of N 1 piece. Let α obtained by performing the function fitting of the above equation (I) again on the measured value of Δt) be the next value α 1 of the prompt neutron attenuation coefficient.

手順(3):手順(2)を、選定データ数Nn-1と選定データ数Nnが等しくなるまでn回繰り返して最終的なNn個の「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値を決定し、又は、選定データ数Nn-1と選定データ数Nnとが交互に±1の増減となる場合には、Nn-1及びNnのうち何れか大きい方又は小さい方を一貫して選択して最終的なNn-1個又はNn個の「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値を決定する、 Step (3): Step (2) is repeated n times until the number of selected data N n-1 and the number of selected data N n become equal, and the deviation Y (Δt) of the final N n “dispersion to average ratio”. ) Is determined, or if the number of selected data N n-1 and the number of selected data N n alternately increase or decrease by ± 1, whichever is greater, N n-1 or N n. Alternatively, the smaller one is consistently selected to determine the final measured value of the deviation Y (Δt) of N n-1 or N n “dispersion to mean ratio”.

このような手順によって体系的にフィッティング対象データを選定することにより、Y∞の過渡的な挙動に着目したΔt領域で適切に即発中性子減衰係数αをフィッティングすることができ、また、フィッティング対象データの選定を属人的に行う場合に比して、フィッティング値のばらつきを抑えることが可能となる。なお、先に示した図8の結果は、上記手順を適用して選定した「分散対平均比」の偏差Y(Δt)のデータを用いたフィッティングによって得られたものである。 By systematically selecting the fitting target data by such a procedure, the prompt neutron attenuation coefficient α can be appropriately fitted in the Δt region focusing on the transient behavior of Y∞, and the fitting target data can be fitted. It is possible to suppress variations in fitting values as compared with the case where selection is performed personally. The result of FIG. 8 shown above was obtained by fitting using the data of the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” selected by applying the above procedure.

なお、タイムゲート幅Δtが比較的大きい領域では遅発中性子の影響が見られ始める(「京都大学臨界集合体実験装置KUCA実験テキスト−4.中性子相関実験 Feynman−α法」参照)ため、遅発中性子の影響を考慮していない式(I)では、フィッティング対象のタイムゲート幅Δtとして、遅発中性子の影響が見られない範囲を上限とすると好ましい。 In the region where the time gate width Δt is relatively large, the influence of delayed neutrons begins to be seen (see “Kyoto University Critical Assembly Experiment Equipment KUCA Experiment Text-4. Neutron Correlation Experiment Feynman-α Method”). In the formula (I) in which the influence of neutrons is not considered, it is preferable that the time gate width Δt of the fitting target is set to the upper limit in the range where the influence of delayed neutrons is not observed.

(第4実施形態)
本実施形態では、第3実施形態において説明したファインマン・アルファ法のY∞の更に具体的かつ精緻なフィッティング法について説明する。
(Fourth Embodiment)
In this embodiment, a more specific and precise fitting method of Y∞ of the Feynman alpha method described in the third embodiment will be described.

第3実施形態で言及したように、各タイムゲート幅Δtにおいて、「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の統計誤差は、最小タイムゲート幅における取扱いデータ数が最多であることから、統計誤差は最小タイムゲート幅で小さく、タイムゲート幅が大きくなるにしたがって、統計誤差が大きくなる傾向にある。したがって、Y∞のフィッティングにあたっては、第3実施形態の如く対象データを体系的に選定するとともに、各対象データの統計誤差に応じて、フィッティング時の取扱いに軽重を付けることにより、信頼度が更に高められたフィッティングを行うことが可能となる。すなわち、上記式(I)を用いてパラメータY∞を求める関数フィッティングにおいては、「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値の統計誤差の逆数で重み付けした「分散対平均比」の偏差Y(Δt)を用いることが好ましい。 As mentioned in the third embodiment, the statistical error of the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” at each time gate width Δt is statistical because the number of data handled in the minimum time gate width is the largest. The error is small at the minimum time gate width, and the statistical error tends to increase as the time gate width increases. Therefore, in fitting Y∞, the reliability is further improved by systematically selecting the target data as in the third embodiment and giving light weight to the handling at the time of fitting according to the statistical error of each target data. It is possible to perform enhanced fitting. That is, in the function fitting for obtaining the parameter Y∞ using the above equation (I), the “variance to average ratio” weighted by the reciprocal of the statistical error of the measured value of the deviation Y (Δt) of the “variance to average ratio”. It is preferable to use the deviation Y (Δt).

具体的には、以下のとおりである。まず、「分散対平均比」の偏差Y(Δt)は、計測される中性子計数を基に測定値として下記式(K)によって得られる。なお、この式(K)は特許文献1における式(5)と形式は異なるものの、両者は実質的に等しい。 Specifically, it is as follows. First, the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” is obtained by the following formula (K) as a measured value based on the measured neutron count. Although this formula (K) has a different form from the formula (5) in Patent Document 1, both are substantially the same.

「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値の統計誤差√VY(Δt)は、平均Mの分散VM及び分散Vの分散VVに対して誤差伝搬法則を適用することにより、下記式(L)によって与えられる。 Found statistical error √V Y deviation "dispersion-average ratio" Y (Δt) (Δt) by applying the error propagation law against variance V V of the variance V M and the variance V of the average M , Given by the following formula (L).

ここで、分散VM,VVの統計誤差の一般式は、それぞれ下記式(M)及び式(N)のとおりである(なお、式(N)は近似式である)。 Here, variance V M, the general formula of the statistical error of V V is as the following formulas (M) and formula (N) (Note that the formula (N) is an approximate equation).

フィッティングを行う際には、式(L)で求めた「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値の統計誤差√VY(Δt)の逆数を重みとした最小二乗法の二乗残差として下記式(O)を用いる。 When fitting, the residual square of the least squares method weighted by the reciprocal of the measured value of the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” obtained by the equation (L) √V Y (Δt) The following formula (O) is used as the difference.

図9は、式(O)を用いて非線形最小二乗法を適用してフィッティングを行った結果を示したものである。このフィッティング結果より、各タイムゲート幅ΔtのY∞の統計誤差の範囲を概ね通過するようにフィッティングが行われていることが確認された。なお、先に示した図8の結果は、本実施形態を適用してフィッティングによって得られたものである。 FIG. 9 shows the result of fitting by applying the nonlinear least squares method using the equation (O). From this fitting result, it was confirmed that the fitting was performed so as to roughly pass the range of the statistical error of Y∞ of each time gate width Δt. The result of FIG. 8 shown above was obtained by fitting by applying the present embodiment.

なお、上述したとおり、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。 As described above, the present invention is not limited to each of the above embodiments, and various modifications can be made without changing the gist thereof.

以上説明したとおり、本発明による未臨界度測定方法によれば、測定対象と中性子検出部を有する複数の模擬計算体系について、測定対象の中性子実効増倍率又は未臨界度及び炉雑音法測定値のシミュレーション値を求め、それらの相関式を算出し、その相関式に炉雑音法測定値の実測値を代入することにより、実際の測定対象の中性子実効増倍率又は未臨界度を算出するので、核燃料を含む測定対象に関する組成、形状、性状等といった状態パラメータに関する詳細な情報が不明であっても、その測定対象の未臨界度を正確に精度よく測定評価することができる。よって、本発明による未臨界度測定方法は、核燃料を含む臨界管理が必要な対象、特に損傷した核燃料を含む体系の臨界管理、そのような体系が生起されることが想定される施設、発電所、及び、それらに関係する電機及び電力産業等の技術分野に広く且つ有効に利用することができる。 As described above, according to the subcriticality measurement method according to the present invention, for a plurality of simulated calculation systems having a measurement target and a neutron detection unit, the neutron effective multiplication factor or subcriticality of the measurement target and the measured values by the furnace noise method are measured. By obtaining simulation values, calculating their correlation formulas, and substituting the measured values of the furnace noise method measurement values into the correlation formulas, the neutron effective multiplication factor or subcriticality of the actual measurement target is calculated. Even if detailed information on state parameters such as composition, shape, and properties of the measurement target including the above is unknown, the subcriticality of the measurement target can be measured and evaluated accurately and accurately. Therefore, the subcriticality measurement method according to the present invention includes objects that require criticality control including nuclear fuel, especially criticality control of systems including damaged nuclear fuel, facilities and power plants where such systems are expected to occur. And, it can be widely and effectively used in technical fields such as electric and electric power industries related to them.

10…燃料デブリ、20…中心孔、30…Cf−252内蔵電離箱(中性子源を有する中性子発生検出器)、40…Cf−252なしの中性子検出器(中性子源を有しない中性子検出器)、50…中性子検出部、60…水平矢印、d1…体系直径、h1…体系高さ 10 ... Fuel debris, 20 ... Central hole, 30 ... Cf-252 built-in ionization box (neutron generator with neutron source), 40 ... Neutron detector without Cf-252 (neutron detector without neutron source), 50 ... Neutron detector, 60 ... Horizontal arrow, d1 ... System diameter, h1 ... System height

Claims (8)

核燃料を含む仮想的な測定対象と仮想的な中性子検出部とを有する模擬計算体系を複数設定し、
前記複数の模擬計算体系について、前記仮想的な測定対象の中性子実効増倍率又は未臨界度、及び、前記仮想的な中性子検出部によって測定される炉雑音法測定値のそれぞれの複数のシミュレーション値を求め、
前記複数のシミュレーション値から、前記中性子実効増倍率又は未臨界度と前記炉雑音法測定値との相関式を算出し、
核燃料を含む実際の測定対象と実際の中性子検出部とを有する測定体系について、前記実際の中性子検出部によって測定される炉雑音法測定値の実測値を求め、
前記相関式に前記炉雑音法測定値の実測値を代入することにより、前記実際の測定対象の中性子実効増倍率又は未臨界度を算出し、
前記仮想的な測定対象及び前記仮想的な中性子検出部について、互いに異なる仮想的な環境条件を複数設定し、
前記複数の環境条件のそれぞれについて、前記模擬計算体系を複数設定して前記相関式を算出し、
前記実際の測定対象及び前記実際の中性子検出部について、実際の環境条件を測定し、
前記実際の環境条件に近似した前記仮想的な環境条件を選定し、
選定された前記仮想的な環境条件で算出された前記相関式に前記炉雑音法測定値の実測値を代入することにより、前記実際の測定対象の中性子実効増倍率又は未臨界度を算出し、
前記環境条件が、前記測定対象における前記核燃料の領域表面と前記中性子検出部との距離、並びに、前記測定対象における前記核燃料の領域表面と前記中性子検出部との間に存在する物質の量及び分布の少なくとも何れかである、
核燃料の未臨界度測定方法。
Set up multiple simulated calculation systems with virtual measurement targets including nuclear fuel and virtual neutron detectors.
For the plurality of simulated calculation systems, a plurality of simulation values of the neutron effective multiplication factor or subcriticality of the virtual measurement target and the furnace noise method measurement value measured by the virtual neutron detection unit are obtained. Ask,
From the plurality of simulation values, a correlation equation between the effective neutron multiplication factor or subcriticality and the measured value by the furnace noise method is calculated.
For a measurement system having an actual measurement target including nuclear fuel and an actual neutron detection unit, the measured values of the reactor noise method measured by the actual neutron detection unit are obtained.
By substituting the measured value of the furnace noise method measurement value into the correlation equation, the neutron effective multiplication factor or subcriticality of the actual measurement target is calculated.
A plurality of virtual environmental conditions different from each other are set for the virtual measurement target and the virtual neutron detection unit.
For each of the plurality of environmental conditions, a plurality of the simulated calculation systems are set and the correlation equation is calculated.
Measure the actual environmental conditions of the actual measurement target and the actual neutron detector,
Select the virtual environmental condition that is close to the actual environmental condition, and select
By substituting the measured value of the furnace noise method measurement value into the correlation equation calculated under the selected virtual environmental conditions, the neutron effective multiplication factor or subcriticality of the actual measurement target is calculated.
The environmental conditions are the distance between the nuclear fuel region surface and the neutron detection unit in the measurement target, and the amount and distribution of substances existing between the nuclear fuel region surface and the neutron detection unit in the measurement target. At least one of
Subcriticality measurement method for nuclear fuel.
前記相関式として下記式(X)を用いる、請求項1記載の核燃料の未臨界度測定方法。
The subcriticality measuring method for nuclear fuel according to claim 1, wherein the following formula (X) is used as the correlation formula.
前記中性子検出部として、中性子源を有する中性子発生検出器と中性子源を有しない中性子検出器とを一体に構成したものを用いる、
請求項1記載の核燃料の未臨界度測定方法。
As the neutron detector, a neutron generator having a neutron source and a neutron detector without a neutron source are integrally configured.
The subcriticality measuring method for nuclear fuel according to claim 1.
前記炉雑音法測定値が、時間相関解析ミハルゾ法によって得られる分散係数比CRである、
請求項1乃至のいずれかに記載の核燃料の未臨界度測定方法。
The furnace noise method measurement value is the dispersion coefficient ratio CR obtained by the time correlation analysis Miharuzo method.
The subcriticality measuring method for nuclear fuel according to any one of claims 1 to 3 .
前記炉雑音法測定値が、ファインマン・アルファ法によって得られる「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の関数フィッティングによって得られるパラメータY∞であり、
ここで、Δtは、中性子パルス相互間の時間間隔であるタイムゲート幅を示す、
請求項1乃至のいずれかに記載の核燃料の未臨界度測定方法。
The furnace noise method measurement value is a parameter Y∞ obtained by the function fitting of the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” obtained by the Fineman Alpha method.
Here, Δt indicates the time gate width, which is the time interval between the neutron pulses.
The subcriticality measuring method for nuclear fuel according to any one of claims 1 to 3 .
下記式(D)に前記炉雑音法測定値である前記パラメータY∞を代入することにより、前記実際の測定対象の更なる中性子実効増倍率又は未臨界度を算出し、
前記パラメータY∞は、下記式(I)を用いた関数フィッティングによって得られる、
請求項記載の核燃料の未臨界度測定方法。
By substituting the parameter Y∞, which is the measured value by the furnace noise method, into the following formula (D), the further neutron effective multiplication factor or subcriticality of the actual measurement target is calculated.
The parameter Y∞ is obtained by function fitting using the following equation (I).
The subcriticality measuring method for nuclear fuel according to claim 5 .
以下に示す手順(1)乃至(3);
手順(1):上記式(I)の関数フィッティングに用いる前記「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値の選定データ数の初期値をN0とし、該N0個の前記「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値に上記式(I)の関数フィッティングを行って得たαを前記即発中性子減衰係数の初期値α0とする、
手順(2):前記初期値α0を下記式(J)のαn-1に代入したときに下記式(J)を満たすタイムゲート幅Δtの範囲を求め、該タイムゲート幅Δtの範囲内である前記「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値を選定し、該選択された実測値の数を選定データ数N1とし、該N1個の前記「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値に上記式(I)の関数フィッティングを再度行って得たαを前記即発中性子減衰係数の次の値α1とする、
手順(3):前記手順(2)を、選定データ数Nn-1と選定データ数Nnが等しくなるまでn回繰り返して最終的なNn個の前記「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値を決定し、又は、選定データ数Nn-1と選定データ数Nnとが交互に±1の増減となる場合には、Nn-1及びNnのうち何れか大きい方又は小さい方を一貫して選択して最終的なNn-1個又はNn個の前記「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値を決定する、
により決定された前記「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値に上記式(I)を用いた関数フィッティングを行うことによって前記Y∞を得る、
請求項記載の核燃料の未臨界度測定方法。
Procedures (1) to (3) shown below;
Procedure (1): The initial value of the number of selected data of the measured value of the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” used for the function fitting of the above formula (I) is N 0 , and the N 0 pieces of the above “ Let α obtained by performing the function fitting of the above equation (I) on the measured value of the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” as the initial value α 0 of the prompt neutron decay coefficient.
Step (2): When the initial value α 0 is substituted into α n-1 of the following equation (J), the range of the time gate width Δt satisfying the following equation (J) is obtained, and within the range of the time gate width Δt. The measured value of the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” is selected, the number of the selected measured values is defined as the number of selected data N 1 , and the N 1 “dispersion to average ratio”. The α obtained by performing the function fitting of the above equation (I) again on the actually measured value of the deviation Y (Δt) of is set to the next value α 1 of the prompt neutron decay coefficient.
Step (3): The procedure (2) is repeated n times until the number of selected data N n-1 and the number of selected data N n become equal, and the final N n deviations of the “dispersion to average ratio” Y If the measured value of (Δt) is determined, or if the number of selected data N n-1 and the number of selected data N n alternately increase or decrease by ± 1, either N n-1 or N n The larger or smaller one is consistently selected to determine the final measured value of the deviation Y (Δt) of N n-1 or N n of the above “dispersion to mean ratio”.
The Y∞ is obtained by performing a function fitting using the above equation (I) on the measured value of the deviation Y (Δt) of the “dispersion to average ratio” determined by.
The subcriticality measuring method for nuclear fuel according to claim 6 .
上記式(I)を用いて前記パラメータY∞を求める関数フィッティングにおいては、前記「分散対平均比」の偏差Y(Δt)の実測値の統計誤差の逆数で重み付けした該「分散対平均比」の偏差Y(Δt)を用いる、
請求項又は記載の核燃料の未臨界度測定方法。
In the function fitting for obtaining the parameter Y∞ using the above formula (I), the “dispersion to average ratio” weighted by the reciprocal of the statistical error of the measured value of the deviation Y (Δt) of the “variance to average ratio”. Using the deviation Y (Δt) of
The subcriticality measuring method for nuclear fuel according to claim 6 or 7 .
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