JPH01269088A - 原子炉のオンライン出力分布監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は原子炉のオンライン出力分布監視装置に関する
。

（従来の技術） 一般に、原子炉において炉心がその健全性を保ちつつ、
必要な性能を発揮しているか否かを監視することは、原
子炉の安全およびその効率的運用にとって不可欠のこと
である。このため、通常原子炉には炉心性能の現状監視
を行うプロセス制御計算機が付設されている。

このプロセス制御計算機は、炉心内各所に配置された１
００個をこえる固定型中性子束測定器（以下ＬＰＲＭと
いう）の計数値および炉心熱出力、冷却材流量、制御棒
位置などを測定する測定器の計数値などの炉心現状デー
タを入力して、原子炉の健全性を監視するための主要な
パラメータの一つである炉心内出力分、布を算出する。

前述したＬＰＲＭは、一般に炉心を構成する燃料集合体
間のコーナーギャップに配置された導管（以下ストリン
グという）内に、炉心軸方向に複数個一定間隔をおいて
固設されている。また、ストリングは炉心中に数十個設
置されており、その全てにこのＬＰＲＭが配置されてい
る。そして、このＬＰＲＭの計数値は、原子炉の運転員
の要求により随時、前述したストリングに沿って炉心軸
方向に移動可能な可動型中性子束検出器（以下Ｔ−ＴＩ
Ｐという）によって、このＴ−Ｔ　Ｉ　Ｐの計数値と等
しくなるように較正される。

しかしながら、このようなＴ−Ｔ　Ｉ　ＦによるＬＰＲ
Ｍの較正は通常１〜２時間程度の時間を必要とするため
、一般に原子炉起動時や制御棒パターン交換時を除いて
月に１回程度の頻度で行われる。したがって、従来のプ
ロセス制御計算機は、各ストリングでの較正時における
ＬＰＲＭの計数値すなわち各ＬＰＲＭの位置でのＴ−Ｔ
　Ｉ　Ｐの計数値と、監視時のＬＰＲＭの計数値との差
を、炉心軸方向に内挿し、この内挿された値と、較正時
のＴ−Ｔ　Ｉ　Ｐの計数値とから出力分布を算出してい
る。

このように、従来のプロセス制御計算機の出力分布算出
法はＴ−Ｔ　Ｉ　ＰとＬＰＲＭの双方の計数値に全面的
に依存しているため、次のような問題点がある。

（１）Ｔ−Ｔ　Ｉ　ＰおよびＬＰＲＭが配置されている
ストリングは、このストリンゲスを囲む燃料集合体から
流れ込む熱の影響でしばしば変形を起こし、歪んでいた
り正しくコーナーギャップの中心部に設置されていない
場合がある。ところが、熱中性子束はこのストリング部
で鋭くピークを持つ【分布しているため、このような変
形したストリングでは正しい検出が行われず、Ｔ−ＴＩ
Ｐ。

ＬＰＲＭ双方の計数値に誤差が含まれてくる。

（２）ＬＰＲＭは原子炉の起動時から停止時までサイク
ルを通して高中性子束にさらされているため、通常複数
個故障していることが多く、しかも原子炉停止時しか交
換・修理を行うことができない。このような場合、プロ
セス制御計算機は故障しているＬＰＲＭに対して、その
読みとして正常であった最終値を使用するが、当然誤差
を含んでいる。

以上のような問題点に対する改善として、現在法のよう
な方法が提案されている。１つは、炉内計装器として従
来の熱中性子束を検出する核分裂電離箱型ではなく、核
分裂生成物の放出するγ線を検出するγ線束検出器を使
用することである。

第４図に示すように、ストリングは燃料集合体１間のコ
ーナーギャップ２の正確な中心位置３を通過するように
設置されなければならないが、しばしば燃料集合体１か
ら流れ込む熱の影響などで、中心からずれた位置４に設
置されたり、中心に対して湾曲した形５に設置されてい
る場合がある。

このような場合、曲線ａで示すように、熱中性子束はコ
ーナーギャップ２の中心部３で鋭いピークをもって分布
しているため、その計数値に誤差が生じてくるが、γ線
束は曲線すで示すように、この中心部３で鋭いピークを
もたないので、ストリングのずれによる計数値の誤差は
ほとんど無視可能な程度まで減少させることができる。

しかしながら、γ線束検出器は可動型検出器として使用
することができても、固定型検出器としては使用するこ
とができない。それはγ線束は時間に対する応答が遅い
ため、固定型検出器のもう１つの役割である制御棒誤動
作などに対する監視の役割を果たすことができないから
である。この場合でも、前者のＬＰＲＭの計数値に含ま
れる誤差は較正時に吸収され問題とならないが、後者の
誤差に対しては何らの改善も行われないことになる。

もう１つの方法は、特開昭第５７−１６１５９４号公報
や特開昭第５８−８２５９５号公報で開示されている方
法である。すなわち、炉内計装系の読みとは独立に炉心
性能を表す他のパラメータ（例えば炉心出力、炉心流量
、制御棒パターンなど）より、炉内計装系の読みから求
められる中性子束ＥＲＭに対する計算値ＥＲＣを物理モ
デルに基づき計算し、このＥＲＣおよびＥＲＭをそれぞ
れ炉心の径方向成分ＥＲＣＲ，ＥＲＭＲと、これにより
規格化された軸方向成分ＥＲＣＡ、ＥＲＭＡとに分離す
る。

物理モデルは即応性を高めるためその計算値には計算誤
差が含まれているが、各々の軸方向成分の比 ＲＡ　　（Ｌ、Ｋ）−ＥＲＭＡ　　（ＬＳ　Ｉ）／ＥＲ
ＣＡ　　（Ｌ、Ｋ） （式中りはストリングによる指標、Ｋは炉心軸方向の位
置を示す指標である。） は、物理モデルの性質上ストリング（すなわちＬ）によ
らずほぼ一定の形を与えることから、これらの比の平均
値ＲＡとストリングごとの比ＲＡとの差の大小より、故
障しているＬＰＲＭの検出を行い、正常なＬＰＲＭの場
合、物理モデルによる計算値の径方向成分ＥＲＣＲと炉
内計装系の読みから求められる中性子束の軸方向成分Ｅ
ＲＭＡから中性子束分布を算出し、異常値を示すＬＰＲ
Ｍの場合は、ＥＲＭＡの代わりに計算値の軸方向成分Ｅ
ＲＣＡと前述の軸方向成分比の平均値ＲＡとの積を用い
て中性子束分布を算出するものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述の方法では、物理モデルの計算誤差
は軸方向のみにあるとして径方向成分はそのまま計算値
を使用しているが、この種の物理モデルの計算誤差は軸
方向のみならず径方向にも生ずる可能性は十分にあるた
め、本方法で前述の２つの誤差が完全に取払われたとは
言いがたい。

本発明はかかる点に対処してなされたもので、炉内計装
系の固定型検出器として中性子束検出器を用い、可動型
検出器としてγ線束検出器を用いて極めて精度の高い出
力分布を与えることができるオンライン出力分布監視装
置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のオンライン出力分布監視装置は、炉心現状デー
タ測定器と、この炉心現状データ測定器からの計数値を
入力し予め内蔵された物理モデルに基づき炉心内の中性
子束分布を算出する中性子束分布計算装置と、炉心内の
可動型γ線束測定器（以下γ−ＴＩＰという）と、この
γ−ＴＩＰおよびＬＰＲＭからの計数値および中性子束
分布計算装置において計算された炉心内の中性子束分布
を入力し最良の出力分布を算出する最良出方分布計算装
置と、ＬＰＲＭの較正時に最良出力分布計算装置におい
て計算された、中性子束分布計算装置の計算値とγ−Ｔ
ＩＰの計数値の炉心径方向成分比を記憶し、これを最良
出方分布計算装置に炉心監視時に出力する炉心径方向比
記憶装置とで構成される。

（作　用） 本発明のオンライン出力分布監視装置においては、最終
的な中性子束分布の算出の際に、従来のオンライン出力
分布監視装置の場合のように物理モデルに基づいて計算
された計算値の径方向成分ＥＲＣＲをそのまま用いない
で、このＥＲＣＲに、ＬＰＲＭの較正時に本装置で計算
され記録しておいた、計算値の径方向成分ＥＲＣＲとγ
−ＴＩＰの計数値の径方向成分ＥＲＭＲとの比をがけだ
ものを用いており、物理モデルの中性子束分布計算値の
軸方向のみならず径方向の計算誤差も補正されるため、
より精度の高い出力分布を算出することができる。

（実施例） 以下図面に示す一実施例について本発明の詳細な説明す
る。

第１図に示す原子炉のオンライン出力分布監視装置は、
炉心現状データ測定器６、γ−ＴＩＰ７、データサンプ
ラ８、中性子束分布計算装置９、最良出力分布計算装置
１０、炉心径方向比記憶装置１１および入出力装置１２
とから構成されている。

データサンプラ８は、原子炉１３の炉心１４内に配置さ
れたＬＰＲＭ１５およびγ−ＴＩＰ７からの出力信号お
よび符号６で一括代表して示される冷却材流量、炉心圧
力、炉心出入口温度、制御棒位置などの炉心現状データ
を測定する炉心現状データ測定器からの出力信号を入力
する。

なお、γ−ＴＩＰ７は通常第２図に示すように、炉心１
４を構成する燃料集合体１に囲まれたコーナーギャップ
２に設置されたストリング１６の内部に挿入され、炉心
軸方向に沿ってスキャンすることにより、炉心軸方向に
沿う連続したγ線束分布を測定するものである。このス
トリング１６内部には約４個のＬＰＲＭ１５も固定され
た測定点に設置されている。また、制御棒１７はストリ
ング１６の設置されているコーナーギャップ２の燃料集
合体１を挟む反対側に挿入される。

中性子束分布計算装置９はデータサンプラ８より炉心現
状データを人力し、その内蔵する物理モデルに基づいて
炉内中性子束分布計算値ＥＲＣを算出する。このような
計算に用いられる物理モデルとしては、装置全体の即応
性を高めるために、多少計算精度が悪くても計算時間が
短くて済む、例えば、いわゆる１群・粗格子点拡散モデ
ルを使用するものが好ましい。

このような１群・粗格子点拡散モデルを用いて炉内の中
性子束分布計算を行う場合には、燃料集合体１を空間的
に多数の節点（ノード）の集合で表し、各ノードにおけ
る中性子束が次の方程式（１）を満足するものとする。

ＬΦΦ＋Ｂ２・Φ−〇　　　　　　・・・・・・（Ｉ）
ここで、 Ｌニラプラス演算子を有限階差近似した、ノードの総個
数に等しい行・列数の正方行列Φ：各ノードにおける中
性子束の全体を要素とする、ノードの総個数に等しい次
元のベクトル Ｂ２．各ノードの物質バックリングを対角要素とする、
ノードの総個数に等しい行・列数の正方対角行列 である。

この方程式（１）に基づいて、中性子束分布計算装置９
は周知の計算法で炉内の中性子束分布を算出する。計算
法は、例えばＭ、　Ｔ　５ｕｉｋｉ　ｅｔａｌ：”、Ｃ
ｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ　　ａｎｄ　　Ａ　ｃｃｅｌｅｒ
ａｔｉｏｎ　ｏｆ’Ｖ　ｏｌｄ　　Ｉ　　ｔｅｒａｔｉ
ｏｎ　　ｉｎ　　Ｂ　ｏｌｌｉｎｇＷ　ａｔｅｒ　　Ｒ
ｅａｃｔｏｒ　　Ｃｏｒｅ　　Ｃａｌｃｕｌａｔｌｏｎ
ｓ’、　Ｎ　ｕｃｌ、　　Ｓ　ｃｉ　、　　Ｅ　ｎｇ　
、　、　６４．７２４−７３２（１９７７）に記述され
ている。

中性子束分布計算装置９はこのようにして算出した中性
子束分布計算値ＥＲＣを最良出力分布計算装置１０に出
力する。

最良出力分布計算装置１０は、前記データサンプラ８に
入力されたＬＰＲＭ１５およびγ−ＴＩＰ７の計数値お
よび中性子束分布計算装置９の算出した中性子束分布計
算値ＥＲＣを入力し、以下のようにしてまず最良の中性
子束分布ＥＲＢを算出する。

まず、炉心軸方向ノード位置に１ストリングＬにおける
計数値ＥＲＭ　（Ｌ、Ｋ）およびそれに対する計算値Ｅ
ＲＣ（Ｌ、Ｋ）を、それぞれ炉心の径方向成分ＥＲＭＲ
，ＥＲＣＲと、これにより規格化された軸方向成分ＥＲ
ＭＡ、ＥＲＣＡとに分離する。

ＥＲＭ　（Ｌ、Ｋ）−ＥＲＭＲ（Ｌ）ＸＥＲＭＡ　（Ｌ
、Ｋ）・・・・・・（ｎ）ＥＲＣ（Ｌ、Ｋ）−ＥＲＣＲ
（Ｌ）Ｘ ＥＲＣＡ　（Ｌ、Ｋ）・・・・・・（ＩＩＩ）なお、Ｅ
ＲＭは炉心監視時のＬＰＲＭ１５の計数値と較正時のＬ
ＰＲＭ１５およびγ−ＴＩＰ７の計数値から次のように
して求められる。すなわち、同一測定点におけるＬＰＲ
Ｍ１５とγ−ＴＩＰ７の両針数値は、測定対象の違いま
たは検出効率の違いなどにより一致しないが、両者を一
致させる係数を較正時にｎ１定点ごとに求めることがで
きるので、監視時のＬＰＲＭ１５の計数値にこの係数を
掛けたものと、その測定位置における較正時のγ−ＴＩ
Ｐ７の計数値との差を内挿し、この内挿された値を較正
時のγ−ＴＩＰ７に加えることにより求められる。

物理モデルは即応性を高めるため、その計算値には計算
誤差が含まれているが、各々の軸方向成分の比 ＲＡ　（Ｌ、Ｋ）−ＥＲＭＡ　（Ｌ、Ｋ）／ＥＲＣＡ　
（ＬＳＫ）・・・・・・（ＩＶ）は、物理モデルの性質
上ストリング（すなわちＬ）によらずほぼ一定の形を与
えることから、ＲＡ　（Ｋ）＝Ｓ１ｕｍＲＡ　（Ｌ、Ｋ
）／Ｓｌｕｍ　（１，０）−−（’Ｖ） Ｄ　　　（Ｌ）　　　−３しｕｍ　　　［ＲＡ　　　（
Ｌ、　　　Ｋ’）　　　−ＲＡ　（Ｋ）ｌ　２・・・（
Ｖｌ） 式（Ｖ）より平均値ＲＡ　（Ｋ）を計算し、ついで式（
Ｖｌ）よりこの平均値と各ストリングごとの軸方向成分
比との差Ｄ　（Ｌ）を算出して、この差Ｄ（Ｌ）の大小
によって異常値を示すＬＰＲＭｌ５を検出する。

また、最良出力分布計算装置１０はＬＰＲＭｌ５の較正
時に次式（■）により計算値ＥＲＣとγ−ＴＩＰ７の計
数値ＥＲＭの径方向成分比ＲＲを計算し、この比ＲＲを
炉心径方向化記憶装置１１に記憶させておく。

ＲＲ（Ｌ）−ＥＲＭＲ（Ｌ）／ＥＲＣＲ（Ｌ）・・・・
・・（■） 最良出力分布計算装置１０は炉心監視時の計算値の径方
向成分ＥＲＣＲを較正時に計算しておいた径方向成分比
ＲＲによって補正し、 ＥＲＲ（Ｌ）−ＥＲＣＲ（Ｌ）・ＲＲ（Ｌ）・・・・・
・（■） 得られた値ＥＲＲを用いて次式（ＩＸ）にしたがって最
良の中性子束ＥＲＢを算出する。

ＦＲＢ　（Ｌ）＝ＥＲＲ（Ｌ）ｘ ＥＲＡ　（Ｌ、Ｋ）・・・・・・（ＩＸ）ここで、ＬＰ
ＲＭが正常の場合、 ＥＲＡ　（Ｌ、Ｋ）繻ＥＲＭＡ　（Ｌ、Ｋ）ＬＰＲＭが
故障している場合、 ＥＲＡ　（ＬＳＫ）−ＥＲＣＡ　（Ｌ、Ｋ）ＸＲＡ　（
Ｋ）・・・・・・（Ｘ） である。

このようにして、最良出力分布計算装置１０はＬＰＲＭ
ｌ５の故障を検出し、正常なＬＰＲＭｌ５ついては、較
正時に計算しておいた径方向成分比で補正した物理モデ
ルによる計算値の径方向成分と、計数値の軸方向成分と
によつて最良の中性子束値を算出し、故障を検出された
ＬＰＲＭｌ、５についてはその計数値（軸方向成分）の
代わりに、それに対する計算値を軸方向成分比によって
補正した値（軸方向成分）を用いて最良の中性子束値を
算出する。

ついで、最良出力分布計算装置１０は得られた最良の中
性子束分布ＥＲＢより次式（ＸＩ）にしたがって炉心内
の最良の出力分布を算出する。

Ｐ　（Ｌ、ＪＳＫ）　−Ｃ（’Ｌ、ＪＳＫ）ＸＥＲＢ　
（ＬＳＩ）・・・・・・（ＸＩ）二二で、Ｐは出力、Ｃ
は中性子束ＥＲＢから出力へ変換する係数で、予め用意
され装置１０に入力されるものである。また、Ｊはスト
リングＬを囲む燃料集合体による指標である。

このようにして最良出力分布計算装置１０において算出
された出力分布は、入出力装置１２に表示される。入出
力装置１２はまた、中性子束分布計算装置９へ原子炉の
現状に依存しないデータを入力するために使用される。

以上のように、本発明のオンライン出力分布監視装置は
、炉内計装系の可動型検出器としてγ線束検出器を用い
ることにより、ストリング部の位置ずれや変形などによ
る計数値の誤差を減少させるようにし、ＬＰＲＭの故障
については直ちに検出して、故障を検出されたＬＰＲＭ
の計数値の代わりに、その計数値に対応する計算値の軸
方向成分を計数値と計算値の軸方向成分比の炉心内平均
値で補正した値を用いることにより、代用値に含まれる
誤差をより減少させるようにするとともに、さらに従来
のオンライン出力分布監視装置ではそのまま用いていた
計算値の径方向成分を、較正時における計算値とγ−Ｔ
ＩＰの計数値の径方向成分比で補正することにより、炉
心径方向の出力分布の精度をより向上させるようにして
いる。

第３図は、縦軸に本発明のオンライン出力分布監視装置
で計算された中性子束分布の径方向成分の実験により得
られた値に対する相対誤差を、横軸に炉心中心からの径
方向距離をとって示したものである。この図より、本発
明のオンライン出力分布監視装置で計算された中性子束
分布および出力分布の径方向の精度もよいことがわかる
。

［発明の効果］ 以上の説明からも明らかなように、本発明のオンライン
出力分布監視装置によれば、原子炉内の出力分布をオン
ラインで高精度で監視することができるので、燃料の健
全性を高め、原子炉の運転効率をより一層向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原子炉のオンライン出力分布監視装置
の一実施例を示すブロック構成図、第２図はストリング
内のＬＰＲＭおよびγ−ＴＩＰの配置を示す正面および
平面図、第３図は本発明の原子炉のオンライン出力分布
監視装置による効果を示す図、第４図はストリングの位
置ずれや変形の例およびストリングでの中性子束とγ線
束のピークの形の違いを示す図である。 １・・・・・・・・・燃料集合体 ２・・・・・・・・・コーナーギャップ６・・・・・・
・・・炉心現状データ測定器７・・・・・・・・・γ−
ＴＩＰ ８・・・・・・・・・データサンプラ ９・・・・・・・・・中性子束計算装置１０・・・・・
・・・・最良出力分布計算装置１１・・・・・・・・・
炉心径方向化記憶装置１２・・・・・・・・・入出力装
置 １３・・・・・・・・・原子炉 １４・・・・・・・・・炉心 １５・・・・・・・・・ＬＰＲＭ １６・・・・・・・・・ストリング １７・・・・・・・・・制御棒 范２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　炉心現状データ測定器と、この炉心現状データ測定器
   からの計数値を入力し予め内蔵された物理モデルに基づ
   き炉心内の中性子束分布を算出する中性子束分布計算装
   置と、炉心内の可動型γ線束測定器と、この可動型γ線
   束測定器および炉心内中性子束測定器からの計数値およ
   び前記中性子束分布計算装置において計算された炉心内
   の中性子束分布を入力し最良の出力分布を算出する最良
   出力分布計算装置と、前記炉心内中性子束測定器の較正
   時に前記最良出力分布計算装置において計算された、前
   記中性子束分布計算装置の計算値と前記可動型γ線束測
   定器の計数値の炉心径方向成分比を記憶し、これを前記
   最良出力分布計算装置に炉心監視時に出力する炉心径方
   向比記憶装置とを備えたことを特徴とする原子炉のオン
   ライン出力分布監視装置。