JPH02222889A - 高速炉の燃料破損位置推定方法 - Google Patents

高速炉の燃料破損位置推定方法

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JPH02222889A
JPH02222889A JP1041924A JP4192489A JPH02222889A JP H02222889 A JPH02222889 A JP H02222889A JP 1041924 A JP1041924 A JP 1041924A JP 4192489 A JP4192489 A JP 4192489A JP H02222889 A JPH02222889 A JP H02222889A
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JP
Japan
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fluctuation
fuel
reactor
temperature
flow rate
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JP1041924A
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English (en)
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Yukio Sonoda
幸夫 園田
Tetsuo Tamaoki
玉置 哲男
Hiroki Yamamoto
博樹 山本
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

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) 本発明は高速炉における燃料破損位置推定方法に関する
(従来の技術) 高速炉では炉心部に燃料棒が密に配置されているためス
ペースがなく、また冷却材として液体金属(例えばナト
リウム)を用いるため化学的条件、温度条件が厳しく、
炉心内に中性子検出器が設置されていない。したがって
、高速炉における燃料破損検出方法は、冷却材中に溶は
込んだ核分裂生成物(F P)が放出する遅発中性子を
、タンク型高速炉であれば中間熱交換器入口付近に、ル
ープ型高速炉であれば炉容器出配管付近に設置された遅
発中性子検出器(DN計)で検出するON法や、カバー
ガス中に拡散したFPが発するガンマ線をモニタリング
するCG法が用いられている。そして燃料集合体の破損
位置の推定方法としては、燃料集合体出口で冷却材をサ
ンプリングしてFPの放出する遅発中性子を検出するナ
トリウム・サンプリング法や、燃料集合体ごとに封入す
るガスの組成を変えておき、カバーガス中に拡散したF
Pガスをサンプリングしてその組成から破損燃料を含む
燃料集合体を同定するガス・ラギング法がある。
(発明が解決しようとする課題) ところで、破損燃料の位置推定法において、ナトリウム
・サンプリング法はサンプリング装置が大掛りになって
建設コストが高くなり、さらに全集合体を調べるのにか
なりの時間を要するという問題があり、またガス・ラギ
ング法では燃料の製造コストが高くなり、さらにガス組
成の分析に時間と労力を要するという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、高速炉において燃料破損が検出された場合に、特別な
装置を必要とせず、簡単かつ速やかにその位置を燃料集
合体一体あるいは数体のレベルで推定する燃料破損位置
推定方法を提供することにある。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段および作用)上記目的を達
成するために、本発明における高速炉の燃料破損検出法
は、集合体から放出された核分裂生成物(FP)が冷却
材に溶は込んで各DN計へ到達する割合いを前もって求
めておき、タンク型であれば各中間熱交換器の冷却材入
口、ループ型であれば炉容器の各出口配管付近に設置さ
れた遅発中性子検出器(DN計)により燃料破損が検出
された場合に、これと燃料破損を検出した各DN計の計
数率ゆらぎの増加パターンから、速やかに燃料破損位置
を推定することを特徴とするものである。
したがって、本発明によると、既存の温度計の信号を使
って前もって炉内の熱流体解析を行っておくだけで、D
N計によって燃料破損が検知されると速やかにその位置
を推定することができる。
次に1本発明の原理について説明する。
高速炉の冷却材として用いられる液体金属は非圧縮性流
体であるから、定常状態における流速分布および温度分
布は下記の方程式系で記述される。
muT肚 divu=0 ・・・・・・・・■ 動量保存則(Naviar −5tokes Eq、)
(u−grad)LL=−1gradP + vΔu 
+ 7ρ 二′ルギー  1 ・・・■ λ 1111rad T =  /)Cp ΔT ・・・・・・■ ただし Iu:  流速   t : 重力加速度ρ : 密度 P : 圧力 シ : 動粘性係数 T : @度 λ : 熱伝導率 CP: 定圧比熱 ここで、未知変量はu、P、Tの5つ、ρ。
’ITI λ、CPは物性値であるので、上記の方程式
を解けばすべての変量を求めることができる。
本発明で取扱う高速炉の上部プレナム部は乱流域である
ので、これを数値解析するためには下記のReynol
ds方程式系がよく用いられる。この系では、上記5つ
の変量を平均値とゆらぎ成分に分離することによって乱
流を表現し、微小空間での平均操作を加える。
すなわち、変量工について 工=X十工′ (X:平均値、工′:ゆらぎ成分)X 
= X、   工’=O(: 平均操作)したがってR
eynolds方程式系は下記のように表現される。
運 量保 (Re nolds  E  。
(i : 1.2.3) 王序)LtW−づ【饋赳 9什刊0=k(酷七k)  ・・・■ 引回=haT       ・・・・・・(へ)ρCp
axl Naviar −5tokes方程式系からRevno
lds方程式系に変換する際に表われるゆらぎの積の平
均/、 ul、およびT ’u ’1はそれぞれ平均流
速の勾配と平均温度勾配に比例するモデルで近似する。
この比例係数が乱流粘性係数(1丁)および渦拡散係数
(1丁)である、つまり乱流ミキシングにより見かけ上
鮎性と熱伝導率が増加した効果は、νTとλTに縮約さ
れている。νTとλ7については種々の実験式が提案さ
れており、本発明では、対象となる炉の集合体出口温度
と中間熱交換器入口温度(タンク型)あるいは炉容器出
口温度(ループ型)を精度よく再現できる実験式を選定
しておく。
次に温度ゆらぎの平均パワー(T”)の保存則は、(イ
)および0式より。
・・・・・・■ λ         −一νL α= −t H−ρcP ρCP   。
QT : Taylorのミクロスケールここで、温度
の異なる流体塊の乱流混合による温度ゆらぎの増加は、
Taylorのミクロスケール(12t)と呼ばれる。
 乱流スケールのオーダーを規定する仮想渦の直径に支
配される。本発明では、対象となる炉の集合体出口温度
と中間熱交換器入口温度(タンク型)、あるいは炉容器
出口温度(ループ型)のゆらぎの二乗平均値を精度よく
再現できるQ、Tのモデルを選定しておく。
以上で必要となる熱水力学的諸パラメータは、すべて定
まったことになる。
流体中に溶は込んだ混合物の保存則は、温度をθとする
と0式とまったく同様の形で表現され、Ko:乱流拡散
係数 したがって(10)式と(イ)式から導かれる濃度ゆら
ぎの平均パワー(θ″)の保存則は0)式と同様の形で
下記(11)式のように表現される。
計数率のゆらぎを計算しておく。この計算をすべての集
合体について行なえば、個々の集合体について、燃料破
損が生じたときの各DN計の計数率ゆらぎパワーの増加
率が求まる。すなわち、下記のよう計数率ゆらぎパワー
の増加パターンを得る。
ゆらぎの増加率(%) ・・・・・・(11) αθは物性値、  εθは乱流スケールから決定この(
11)式を用いれば、集合体からFPが放出されたとき
のDN計近傍のFPI度ゆらぎを計算することができる
。これを破損燃料の位置推定に用いるには、ある集合体
一体からある一定量のFP放出を仮定し、各DN計近傍
のFPfi度のゆらぎを求め、拡散中の減衰を考慮して
、各INN計のしたがって、燃料破損が検出されたとき
に、各DN計の計数率のゆらぎを求め、その増加率のパ
ターンと一致する集合体を事前に作成しておいた上記の
テープ′ルから選ぶことにより、速やかに燃料破損の位
置を推定することができる。
また、乱流による濃度のゆらぎは1度の平均値の変化に
より1桁以上大きいことが知られておリ、計数率のゆら
ぎもその平均値の変化より大きいことがわかる。したが
って、本方法を用いれば、精度よく燃料集合体の破損位
置の推定ができる。
(実施例) 本発明の実施例を図面を参照して説明する。第1図は本
発明の一実施例のブロック構成図である。
同図において1は集合体出口温度計、2は中間熱交換器
入口温度計(タンク型炉)、2aは炉容器出口温度計(
ループ型炉)である。以下タンク型炉について説明する
が、全く同様なことがループ型炉についても言えること
は勿論である。
集合体出口温度計1からの温度信号及び中間熱交換器入
口温度計2からの温度信号はアナログフィルタ3に入力
された後A、/D変換器4によりディジタル信号に変換
され、ディジタルフィルタ5に入力される。ディジタル
フィルタ5の出力は流速分布・温度分布演算部6及びゆ
らぎパワー演算部7に入力されて流速分布・温度分布及
びゆらぎパワーを算出した後、流速ゆらぎ分布・温度ゆ
らぎパワー分布演算部8において流速ゆらぎ分布と温度
ゆらぎパワー分布が求められる。これら流速ゆらぎ及び
湿度ゆらぎパワー分布とから1次の演算部9でFP濃度
分布とFP濃度ゆらぎパワー分布が求められる。これよ
りさらに演算部lOでDN計算率のゆらぎパワーを求め
、次の破損位置判定テーブル11に入力される。
なお、このようなテーブルは炉が正常運転状態にあると
きに実機のプレナム部の温度分布、温度ゆらぎ分布を再
現できるような熱水力学モデルを構築し、このモデルを
用いて集合体からFPの放出があった場合のDN計の計
数率ゆらぎの増加パターンを理論的に求めて、第4図に
示すようなテーブルを作成しておく。
一方、中間熱交換器の冷却材入口近付に設けられた遅発
中性子検出器(DN計) 20からの信号をアナログフ
ィルタ21、A/D変換器22、ディジタルフィルタ2
3を経てゆらぎパワー演算部24に入力して、FP濃度
のゆらぎ分布からそれぞれのDN計の計数率のゆらぎパ
ワーを求める。破損位置判定部25ではこの演算部24
からのゆらぎパワーと破損位置判定テーブルIIに入力
されているDN計数率のゆらぎパワーとの比較から燃料
集合体の破損位置を推定する。
第2図及び第3図は先に示した原理と第1図で説明した
処理の流れをフローチャートで表現して燃料破損の位置
判定をおこなう手順を分り易くしたもので、第2図は判
定テーブル作成手順、第3図は燃料破損位置推定手順を
示したものであり、その説明は重複するので省略する。
第5図はタンク型炉の模式図である。図において15は
炉容器、 16は中間熱交換器、17はポンプ、18は
炉心である。例えば集合体A3で燃料破損が生じたとき
にはDN計の3f数率ゆらぎの増加率を計算し、前もっ
て理論的に求めておいた増加パターン(第4図参照)と
比較して最も近いパターンを持つ集合体が選ばれる。こ
の例ではDlのDN計は18%、D2のDN計は75%
、D3のDN計は11%、D4のDN計は0%であるか
ら最も近いパターンをもつ集合体A3(他にあれば数体
)が選ばれる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によると、前もって熱水力
学解析を行っておくので、特別な装置を設置することな
く、DN系で燃料破損が検出された場合に速かに精度よ
く破損位置を推定することができる。したがって、異常
の拡大防止や燃料交換を迅速に行なえるので、プラント
停止を最少にとどめることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のブロック構成図。 第2図及び第3図は本発明の処理の流れを示したフロー
チャー1・、第4図は本発明のDN計の計数率ゆらぎの
増加パターンを理論的に求めたテーブルの図、第5図は
本発明が適用されるタンク型炉の模式図である。 1・・・集合体出口温度計 2・・・中間熱交換器入口温度計 2a・・・炉容器出口温度計 3.21・・・アナログフィルタ 4.22・・・A/D変換器 5.23・・・ディジタルフィルタ 6〜10.24・・・演算部 11・・・破損位置判定テーブル 15・・・炉容器 16・・・中間熱交換器 17・・・ポンプ 18・・・炉心 25・・・破損位置判定部 A・・燃料集合体 D1〜D4・・・DN計 (8733)代理人弁理士 猪 股 祥 晃(ほか1名)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 核燃料を液体金属で冷却するタンク型あるいはループ型
    高速炉において、炉心部の各々の燃料集合体の出口に設
    けられた冷却材温度検出器の温度信号およびそのゆらぎ
    の二乗平均値、タンク型炉であれば中間熱交換器の冷却
    材入口付近に、ループ型炉であれば炉容器出口配管付近
    に設けられた冷却材温度検出器の温度信号およびそのゆ
    らぎの二乗平均値を再現できるように、炉上部プレナム
    内の熱水力学的挙動を模擬する解析モデルの乱流粘性係
    数、温度や微小混合物の濃度といったスカラー量の拡散
    係数などをパラメータサーベイによって定め、それぞれ
    の燃料集合体からある一定量の核分裂生成物の放出を仮
    定し、タンク型炉であれば各中間熱交換器の冷却材入口
    付近に設けられた、ループ型炉であれば炉容器の各出口
    配管付近に設けられた遅発中性子検出器まで乱流拡散し
    たときの核分裂生成物濃度のゆらぎ分布を求めてそれぞ
    れの計数率のゆらぎの増加パターンを予測しておき、燃
    料破損が検出された場合に、各々の遅発中性子検出器の
    計数率のゆらぎの増加パターンとの比較により簡単かつ
    精度よく燃料破損の生じた燃料集合体を同定するように
    したことを特徴とする高速炉の燃料破損位置推定方法。
JP1041924A 1989-02-23 1989-02-23 高速炉の燃料破損位置推定方法 Pending JPH02222889A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100738882B1 (ko) * 2006-06-01 2007-07-12 한국원자력연구원 온도 요동을 이용한 액체 금속로의 노심 유로 폐쇄 탐지방법 및 그 장치

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KR100738882B1 (ko) * 2006-06-01 2007-07-12 한국원자력연구원 온도 요동을 이용한 액체 금속로의 노심 유로 폐쇄 탐지방법 및 그 장치

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