JP7291545B2 - 炉物理検査装置、炉物理検査システム及び炉物理検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉を検査する炉物理検査装置、炉物理検査システム及び炉物理検査方法に関するものである。

従来、中性子検出器から出力される検出器出力を取得して、炉心の反応度を評価する反応度測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。中性子検出器は、線源領域（ＳＲ：Source Range）、中間領域（ＩＲ：Intermediate Range）及び出力領域（ＰＲ：Power Range）のそれぞれの領域で、中性子を検出可能なものとなっている。

特許第３１３７５６９号公報

ところで、炉物理検査では、検査に用いられるプラントデータとして、ＰＲ領域で中性子を検出するＰＲ中性子検出器により出力されるＰＲ信号が用いられる。ＰＲ信号は、アナログ信号となっている。つまり、炉物理検査では、アナログのプラントデータを用いて、炉物理検査を行っている。炉物理検査を行う場合、アナログのプラントデータを取得するために、中性子検出器の出力側を、原子炉制御系から検査系へ信号回線を切り替える必要がある。原子炉制御系には、冗長性を確保すべく同系統の信号回線が複数接続されている。信号回線を切り替える場合、原子炉制御系へ接続される信号回線が減ってしまうために、原子炉制御系の冗長性が担保され難くなってしまう。このため、例えば、原子炉制御系に接続される一部の信号回線からの信号が途絶した場合、冗長性が担保できないとして、プラントトリップが発生する可能性がある。

なお、アナログのプラントデータをデジタルに変換することも考えられるが、プラントデータの種類によっては、デジタル変換することが困難である。具体的に、ＰＲ中性子検出器は、炉物理検査時において、出力されるアナログ信号が微小電流値となるため、デジタル信号に変換する場合には、微小電流値がデジタル信号においてゼロとして取り扱われてしまう。

また、アナログのプラントデータをデジタルに変換可能な種類のプラントデータを用いることも考えられる。しかしながら、従来とは異なる種類のデジタルのプラントデータを用いる場合、デジタルのプラントデータに基づく炉物理検査の手法が確立されていないため、炉物理検査を適切に行うことが困難である。

そこで、本発明は、プラントトリップの発生リスクを回避しつつ、炉物理検査を適切に行うことができる炉物理検査装置、炉物理検査システム及び炉物理検査方法を提供することを課題とする。

本発明の炉物理検査装置は、原子炉を備えたプラントから送信されるプラントデータを用いて、前記原子炉を検査するための演算処理を実行する処理部を備える炉物理検査装置において、前記プラントデータは、検出器から出力されるデータとなっており、前記処理部は、デジタル信号となる前記プラントデータであるプラントデジタルデータを通信するためのデジタル通信バスから、前記プラントデジタルデータを取得するデータ取得工程と、取得した前記プラントデジタルデータを用いて、前記原子炉の挙動を演算処理する演算処理工程と、を実行し、前記演算処理工程では、前記プラントデジタルデータを入力として、前記原子炉の挙動を解析する解析コードが用いられ、前記解析コードには、前記検出器の応答特性を補正するための補正係数が含まれており、取得した前記プラントデジタルデータを前記補正係数により補正し、補正した前記プラントデジタルデータから、前記解析コードを用いて、前記原子炉の挙動を演算処理する。

また、本発明の炉物理検査方法は、原子炉を備えたプラントから送信されるプラントデータを用いて、前記原子炉を検査する炉物理検査方法において、前記プラントデータは、検出器から出力されるデータとなっており、デジタル信号となる前記プラントデータであるプラントデジタルデータを通信するためのデジタル通信バスから、前記プラントデジタルデータを取得するデータ取得工程と、取得した前記プラントデジタルデータを用いて、前記原子炉の挙動を演算処理する演算処理工程と、が実行され、前記演算処理工程では、前記プラントデジタルデータを入力として、前記原子炉の挙動を解析する解析コードが用いられ、前記解析コードには、前記検出器の応答特性を補正するための補正係数が含まれており、取得した前記プラントデジタルデータを前記補正係数により補正し、補正した前記プラントデジタルデータから、前記解析コードを用いて、前記原子炉の挙動を演算処理する。

これらの構成によれば、補正係数を用いて、プラントデジタルデータを補正することができる。このため、従来とは異なる種類のプラントデータを用いる場合であっても、原子炉の挙動を適切に演算処理することができ、炉物理検査を適切に行うことができる。また、プラントデジタルデータをデジタル通信バスから取得できることから、炉物理検査時における信号回線の切り替えを行う必要がない。このため、原子炉制御系の冗長性を担保できることから、プラントトリップの発生リスクを回避することができる。

また、前記検出器は、前記原子炉の中間領域において中性子を検出する中性子検出器であり、前記プラントデジタルデータは、前記中性子検出器から出力されるＩＲデジタル信号であることが、好ましい。

この構成によれば、原子炉の挙動を演算処理するにあたって、適切なプラントデジタルデータを用いることができる。

また、前記ＩＲデジタル信号は、前記中性子検出器から出力されるＩＲアナログ信号を中継器よりデジタルに変換された信号であり、前記中継器は、前記ＩＲデジタル信号を前記デジタル通信バスに出力することが、好ましい。

この構成によれば、プラントデータがアナログ信号であっても、中継器によりデジタル信号に変換することで、プラントデジタルデータとして、炉物理検査に用いることが可能となる。

本発明の炉物理検査システムは、上記の炉物理検査装置と、前記デジタル通信バスから前記プラントデジタルデータを取得して、前記炉物理検査装置へ向けて出力するデータ取得装置と、を備える。

この構成によれば、データ取得装置は、デジタル通信バスからプラントデジタルデータを取得して、炉物理検査装置へ向けてプラントデジタルデータを提供することができる。このため、炉物理検査装置は、データ取得装置からプラントデジタルデータを取得して、原子炉の挙動を適切に演算処理することができる。

また、前記炉物理検査装置と通信可能に接続される携帯端末を、さらに備えることが、好ましい。

この構成によれば、炉物理検査装置から携帯端末へ向けて各種情報を提供することができる。このため、例えば、炉物理検査装置の演算処理結果を携帯端末に出力することで、携帯端末においてプラントの挙動を監視することが可能となる。

また、前記プラントから送信されるアナログ信号である前記プラントデータを、前記プラントデジタルデータに変換して、前記デジタル通信バスに出力する中継器を、さらに備えることが、好ましい。

この構成によれば、プラントデータがアナログ信号である場合であっても、中継器によりデジタル信号に変換することで、プラントデジタルデータとして、炉物理検査に用いることが可能となる。

図１は、本実施形態に係る炉物理検査システムの概略構成図である。 図２は、本実施形態に係る炉物理検査方法に関するフローチャートである。 図３は、補正係数の導出に関する説明図である。 図４は、補正関数を用いた演算処理に関する説明図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［本実施形態］
図１は、本実施形態に係る炉物理検査システムの概略構成図である。本実施形態に係る炉物理検査システム１は、原子炉を含む原子力プラント１０の運転開始前に、原子炉の挙動を評価して、原子炉が適切に稼働可能か否かを検査するシステムとなっている。なお、原子力プラントとしては、例えば、原子力により発電を行う原子力発電プラント等がある。

炉物理検査システム１は、原子力プラント１０から送信されるプラントデータを用いて、原子炉の挙動を演算処理している。ここで、炉物理検査システム１を説明する前に、図４を参照して、プラントデータについて説明する。

図４に示すように、原子炉５は、内部に炉心６を有している。炉心６は、複数の燃料集合体を含んで構成されており、この炉心６に対して、制御棒７が挿入される。原子炉５は、炉心６に制御棒７が抜き差しされることで、原子炉出力が制御される。原子炉５の外部には、原子炉５の内部から発生する中性子を検出する中性子検出器３０が設けられている。

中性子検出器３０は、いわゆるＮＩＳ（Nuclear Instrumentation System）であり、原子炉５の周囲に複数設けられている。複数の中性子検出器３０は、原子炉５から出射する中性子を捕らえ、捕らえた中性子の時系列の変化を、プラントデータとして出力している。具体的に、中性子検出器３０は、線源領域（ＳＲ：Source Range）、中間領域（ＩＲ：Intermediate Range）及び出力領域（ＰＲ：Power Range）のそれぞれの領域で中性子検出が可能な中性子検出器３０が用意されている。

本実施形態において用いるプラントデータは、中間領域において中性子を検出する中性子検出器３０（以下、ＩＲ検出器３０Ａともいう）から出力されるＩＲ信号となっている。なお、ＩＲ検出器３０Ａから出力される信号は、アナログとなるＩＲアナログ信号となっている。

次に、図１を参照して、炉物理検査システム１について説明する。図１に示すように、炉物理検査システム１は、中継器１１と、デジタル通信バス１２と、データ取得装置１３と、炉物理検査装置１４と、携帯端末１５とを備えている。

中継器１１は、原子力プラント１０から出力されるアナログ信号を、デジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を、デジタル通信バス１２に出力している。具体的に、中継器１１は、原子力プラント１０から出力されるＩＲアナログ信号を、デジタル変換して、ＩＲデジタル信号を生成し、生成したＩＲデジタル信号をデジタル通信バス１２に出力する。

デジタル通信バス１２は、デジタル信号であるプラントデータ（プラントデジタルデータ）を伝送するための通信回線であり、専用の通信回線となっている。なお、デジタル通信バス１２は、常設の通信回線を用いてもよい。デジタル通信バス１２は、上記したＩＲデジタル信号の他、異なる種類のプラントデジタルデータも伝送している。なお、デジタル通信バス１２は、種々の機器同士を接続する通信網として構築してもよい。

データ取得装置１３は、デジタル通信バス１２に接続されており、デジタル通信バス１２で伝送されるプラントデジタルデータの中から、炉物理検査に必要なプラントデジタルデータを取得する装置となっている。また、データ取得装置１３は、炉物理検査装置１４に接続されており、炉物理検査装置１４の要求に応じて、炉物理検査装置１４へ向けてプラントデジタルデータを出力している。

炉物理検査装置１４は、データ取得装置１３から取得したプラントデジタルデータを用いて、原子炉を検査するための演算処理を実行している。炉物理検査装置１４は、処理部２１と、記憶部２２とを備えている。処理部２１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の集積回路を含んでいる。記憶部２２は、作業領域となるメモリ及び記録媒体としての半導体記憶デバイスまたは磁気記憶デバイス等を含んでいる。

記憶部２２は、炉物理検査に用いられる各種データを記憶している。データとしては、データ取得装置１３から取得したプラントデジタルデータの他、原子炉の挙動を解析するための解析コード等があり、解析コードには、プラントデジタルデータを補正する後述の補正係数が含まれている。処理部２１は、記憶部２２に記憶された各種データに基づいて、原子炉５の挙動を評価することで、炉物理検査を実行する。

携帯端末１５は、炉物理検査装置１４と有線または無線通信可能に接続されており、作業者が携帯可能な端末となっている。携帯端末１５は、炉物理検査装置１４から提供される情報を取得可能となっており、取得した情報を携帯端末１５の表示部に表示させることで、作業者に対して原子炉の挙動に関する情報を提供している。また、携帯端末１５は、作業者からの操作入力を受付可能となっており、携帯端末１５に入力された情報を、炉物理検査装置１４へ向けて提供可能となっている。

次に、図３を参照して、プラントデジタルデータを補正する補正係数について説明する。図３は、補正係数の導出に関する説明図である。ＩＲ検出器３０Ａは、出力領域において中性子を検出するＰＲ中性子検出器を使用した場合と比べて、出力されるアナログ信号はより広範囲な電流値を出力することができる。つまり、炉物理検査時において、ＩＲ検出器３０Ａから出力されるＩＲアナログ信号は、デジタル信号への変換時において、ゼロとして取り扱われることのないものとなっている。また、ＩＲ検出器３０Ａは、炉心６に対して小さな検出器となっており、原子炉５の炉心６から発生する中性子の一部を捕捉している。炉物理検査では、原子炉５の炉心６内部における中性子束を捉える必要がある。このため、処理部２１は、中性子の一部を捕捉することで得られるＩＲデジタル信号を、補正係数を用いて補正して、原子炉５の炉心６内部における中性子束を評価している。つまり、処理部２１は、ＩＲ検出器３０Ａの応答特性に基づいて、ＩＲデジタル信号を補正することで、原子炉５の炉心６内部における中性子束を評価している。

図３に示すように、補正係数は、予め解析によって導出している。具体的に、解析では、予め設計された炉心６の解析モデル６ａを用いて、中性子輸送計算コードにより原子炉の挙動を炉心解析することで、炉心６における中性子束を導出する。そして、解析では、炉心６における中性子束に基づき、ＩＲ検出器３０Ａが設けられる位置での中性子束を導出する。この後、解析では、導出したＩＲ検出器３０Ａが設けられる位置での中性子束と、炉心６における中性子束との両者の比を取ることにより、ＩＲデジタル信号を補正する補正係数を導出する。導出した補正係数は、実機において原子炉の挙動を炉物理検査装置１４で演算処理する際に用いられる。

次に、図２を参照して、上記の炉物理検査システム１を用いた炉物理検査方法について説明する。図２は、本実施形態に係る炉物理検査方法に関するフローチャートである。炉物理検査方法において、炉物理検査装置１４の処理部２１は、先ず、デジタル通信バス１２からデータ取得装置１３を介してＩＲデジタル信号を取得する（データ取得工程：ステップＳ１）。なお、プラントデジタルデータ（であるＩＲデジタル信号）は、（原子炉制御系の信号回線を使用することなく）任意の場所からを取得できる仕組みとなっているため、炉物理検査のために（原子炉制御系から検査系に）信号回線を切り替える必要がない。また、処理部２１は、取得したプラントデジタルデータを適宜記憶部２２に記憶させる。

続いて、処理部２１は、取得したプラントデジタルデータを用いて、原子炉５の挙動を演算処理する（演算処理工程：ステップＳ２）。図４は、補正関数を用いた演算処理に関する説明図である。演算処理工程Ｓ２は、図４に示すように、実機で得られたプラントデジタルデータに基づく処理となっている。演算処理工程Ｓ２では、ＩＲデジタル信号の信号値を入力として、解析コードを用いた解析を実行することで、原子炉５の挙動を解析する。解析コードには、上記の補正係数が含まれており、演算処理工程Ｓ２では、ＩＲデジタル信号の信号値を補正係数により補正し、補正したＩＲデジタル信号の信号値から、解析コードを用いて、原子炉５の挙動を演算処理している。ここで、原子炉の挙動として評価するパラメータとしては、例えば、炉心６の反応度、原子炉冷却材の温度係数等である。また、演算処理工程Ｓ２では、炉心６の反応度に基づいて、制御棒価値を評価している。制御棒価値は、制御棒７が炉心２内に挿入されている状態の炉心６の反応度と、制御棒７が引き抜かれた状態の炉心６の反応度との差分である。

なお、データ取得工程Ｓ１において得られたプラントデジタルデータ及び演算処理工程Ｓ２において得られた演算結果は、炉物理検査装置１４から携帯端末１５へ向けて出力してもよい。携帯端末１５は、炉物理検査装置１４からプラントデジタルデータ及び演算結果を取得すると、表示部にプラントデジタルデータ及び演算結果を表示する。これにより、携帯端末１５を取り扱う作業者に対して、原子炉５の挙動を監視可能に報知することができる。

以上のように、本実施形態によれば、補正係数を用いて、プラントデジタルデータを補正することができる。このため、従来とは異なる種類のプラントデータを用いる場合であっても、原子炉５の挙動を適切に演算処理することができ、炉物理検査を適切に行うことができる。また、プラントデジタルデータをデジタル通信バス１２から取得できることから、炉物理検査時における信号回線の切り替えを行う必要がない。このため、原子炉制御系の冗長性を担保できることから、プラントトリップの発生リスクを回避することができる。

また、本実施形態によれば、ＩＲ検出器３０Ａから出力されるＩＲデジタル信号を用いることで、原子炉５の挙動を演算処理するにあたって、適切なプラントデジタルデータを用いることができる。

また、本実施形態によれば、中継器１１を用いることで、アナログ信号であっても、デジタル信号に変換することができるため、炉物理検査において、プラントデジタルデータを用いることが可能となる。

また、本実施形態によれば、データ取得装置１３は、デジタル通信バス１２からプラントデジタルデータを取得して、炉物理検査装置１４へ向けてプラントデジタルデータを提供することができる。このため、炉物理検査装置１４は、データ取得装置１３からプラントデジタルデータを取得して、原子炉５の挙動を適切に演算処理することができる。

また、本実施形態によれば、炉物理検査装置１４から携帯端末１５へ向けて各種情報を提供することができる。このため、炉物理検査装置１４の演算処理結果を携帯端末１５に出力することで、携帯端末１５において原子力プラント１０の挙動を監視することが可能となる。

１ 炉物理検査システム
５ 原子炉
６ 炉心
７ 制御棒
１０ 原子力プラント
１１ 中継器
１２ デジタル通信バス
１３ データ取得装置
１４ 炉物理検査装置
１５ 携帯端末
２１ 処理部
２２ 記憶部
３０ 中性子検出器
３０Ａ ＩＲ検出器

Claims (6)

1. 原子炉を備えたプラントから送信されるプラントデータを用いて、前記原子炉を検査するための演算処理を実行する処理部を備える炉物理検査装置において、
   前記プラントデータは、検出器から出力されるデータとなっており、
   前記処理部は、
   デジタル信号となる前記プラントデータであるプラントデジタルデータを通信するためのデジタル通信バスから、前記プラントデジタルデータを取得するデータ取得工程と、
   取得した前記プラントデジタルデータを用いて、前記原子炉の挙動を演算処理する演算処理工程と、を実行し、
   前記演算処理工程では、
   前記プラントデジタルデータを入力として、前記原子炉の挙動を解析する解析コードが用いられ、前記解析コードには、前記検出器の応答特性を補正するための補正係数が含まれており、取得した前記プラントデジタルデータを前記補正係数により補正し、補正した前記プラントデジタルデータから、前記解析コードを用いて、前記原子炉の挙動を演算処理しており、
   前記検出器は、前記原子炉の中間領域において中性子を検出する中性子検出器であり、
   前記プラントデジタルデータは、前記中性子検出器から出力されるＩＲデジタル信号であり、
   前記補正係数は、前記原子炉の挙動を予め炉心解析することによって導出しており、前記中性子検出器が設けられる位置での中性子束と、前記原子炉の炉心における中性子束との比である炉物理検査装置。
2. 前記ＩＲデジタル信号は、前記中性子検出器から出力されるＩＲアナログ信号を中継器よりデジタルに変換された信号であり、
   前記中継器は、前記ＩＲデジタル信号を前記デジタル通信バスに出力する請求項１に記載の炉物理検査装置。
3. 請求項１または２に記載の炉物理検査装置と、
   前記デジタル通信バスから前記プラントデジタルデータを取得して、前記炉物理検査装置へ向けて出力するデータ取得装置と、を備える炉物理検査システム。
4. 前記炉物理検査装置と通信可能に接続される携帯端末を、さらに備える請求項３に記載の炉物理検査システム。
5. 前記プラントから送信されるアナログ信号である前記プラントデータを、前記プラントデジタルデータに変換して、前記デジタル通信バスに出力する中継器を、さらに備える請求項３または４に記載の炉物理検査システム。
6. 原子炉を備えたプラントから送信されるプラントデータを用いて、前記原子炉を検査する炉物理検査方法において、
   前記プラントデータは、検出器から出力されるデータとなっており、
   デジタル信号となる前記プラントデータであるプラントデジタルデータを通信するためのデジタル通信バスから、前記プラントデジタルデータを取得するデータ取得工程と、
   取得した前記プラントデジタルデータを用いて、前記原子炉の挙動を演算処理する演算処理工程と、が実行され、
   前記演算処理工程では、
   前記プラントデジタルデータを入力として、前記原子炉の挙動を解析する解析コードが用いられ、前記解析コードには、前記検出器の応答特性を補正するための補正係数が含まれており、取得した前記プラントデジタルデータを前記補正係数により補正し、補正した前記プラントデジタルデータから、前記解析コードを用いて、前記原子炉の挙動を演算処理しており、
   前記検出器は、前記原子炉の中間領域において中性子を検出する中性子検出器であり、
   前記プラントデジタルデータは、前記中性子検出器から出力されるＩＲデジタル信号であり、
   前記補正係数は、前記原子炉の挙動を予め炉心解析することによって導出しており、前記中性子検出器が設けられる位置での中性子束と、前記原子炉の炉心における中性子束との比である炉物理検査方法。
   

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