JPH03128494A - 原子炉の中性子束分布予測装置 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は原子炉内における中性子束分布を予測する予測
装置に関する。

「従来の技術」 原子炉の運用を安全にかつ効率的に行うためには、原子
炉がその性能を充分に発揮しているがどうかを監視する
ことが重要である。また、このような現時点における監
視体制だけでなく、将来起こり得る事象に対して原子炉
が充分安全であるか否かをも予測する必要がある。

このような監視および予測において最も重要と見られて
いるパラメータとして、炉心内の出方分布すなわち中性
子束分布が挙げられる。この意味で、現状の中性子束分
布を精度良く監視すること、および想定される事象に対
して中性子束分布を精度良く予測することが、原子炉の
安全かつ効率的な運用に不可欠である。

中性子束分布の測定を行うために、原子炉にはプロセス
制御計算機が配置されている。プロセス制御計算機は、
炉心内の各所に配置された１００を越える中性子束測定
器（Ｌ　Ｐ　ＲＭ）の計数値や、冷却材の流量あるいは
制御棒位置等の炉心データを入力して、現状の炉心内の
中性子束分布を算出するようになっている。このプロセ
ス制御計算機の中性子束分布の算出は、中性子束測定器
の出力する計数値に全面的に依存している。このため、
プロセス制御計算機は現状の中性子束分布を評価するこ
とはできても、想定事象に対して中性子束分布を予測す
ることができない。また、現状の中性子束分布を基にし
て三次元モデルを用いて予測を行おうとすると、予測結
果を得るために極めて長時間の演算を必要とし、実質的
に予測を行うことが無意味になるという問題があった。

そこで従来では、限定されたいくつかの炉心状態におけ
る予め定めた想定事象に対してオフラインで評価を行う
ようになっていた。

「発明が解決しようとする課題」 ところが、このようなオフラインでの評価では、用いら
れるデータがその時々の炉心状態を反映したものではな
いので、予測結果に正確さを要求することができなかっ
た。そこで、折角予測結果が得られてもこれを用いて原
子炉の制御を行うと、甚だしい場合には燃料の安全性を
脅かされるというような問題もあった。

そこで本発明の目的は、原子炉からその時々得られるデ
ータを用いて中性子束分布を予測することのできる原子
炉の中性子束分布予測装置を提供することにある。

「課題を解決するための手段」 本発明では、（ｉ）原子炉の炉心内の各所に配置された
中性子束測定器と、（１１）この中性子束測定器から得
られたデータと物理モデルを用いて想定事象に対する一
次元中性子束分布の予測値を演算する一次元中性子束分
布予測手段と、（ｉｉｉ　）この一次元中性子束分布予
測手段によって予測された結果を原子炉の操作盤上に表
示する予測結果表示手段とを原子炉の中性子束分布予測
装置に具備させる。

すなわち本発明では、原子炉の炉心内の各所に配置され
た中性子束測定器から直接得られたデータあるいはこの
データを前記したプロセス制御計算機を用いて演算した
結果得ちれる中性子束分布を用いて、一次元中性子束分
布予測手段によって中性子束分布を予測する。一次元モ
デルで演算を行うので、その時々のデータを用いて迅速
に予測結果を得ることができ、これを予測結果表示手段
にリアルタイムで表示することによって原子炉の制御に
役立たせることができる。

「実施例」 以下、実施例につき本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例における原子炉の中性子束分
布予測装置の構成を表わしたものである。

原子炉１１内部には、冷却材の全流量、炉内圧力、出入
口温度、制御棒位置等の炉心現状データを測定する炉心
現状データ測定器１２が配置されている。また炉心１３
内には、通常１００個を越える中性子束測定器１４が配
置されている。

第２図は、この中性子束測定器の配置状態を説明するた
めのものである。炉心１３を構成する燃料集合体くバン
ドル）２１に囲まれたいわゆるコーナギャップ２２に配
置された導管２３内には、中性子束測定器１４が配置さ
れている。この中性子束測定器１４は、固定された測定
点に配設されているか、または導管２３中を炉心１３の
軸方向に沿って移動し得るようになっており、後者の場
合には移動によって必要な測定点で中性子束の測定が行
われるようになっている。なお、この図で燃料集合体２
１に隣接して配置されている制御棒２４は、中性子を吸
収して核分裂の連鎖反応をコントロールするためのもの
である。

さて、第１図で示した炉心現状データ測定器１２および
中性子束測定器１４から出力された炉心現状データ２５
および中性子束測定データ２Ｇは、データサンプラ２８
に人力される。データサンプラ２８は定期的に、あるい
は運転員の要求に基づいて、炉心現状データ３１および
中性子束測定データ３２として三次元中性子束算出装置
３３に供給する。

三次元中性子束算出装置３３では、前記したように定期
的にあるいは運転員の要求に基づいて炉心現状データ３
１および中性子束測定データ３２が供給されるタイミン
グで起動される。そして、この起動時点における炉心内
の三次元中性子束分布を従来のプロセス制御計算機と同
様にして算出する。この算出結果としての三次元中性子
束分布データ３４は、一次元中性子束予測装置３５に供
給される。

一次元中性子束予測装置３５は、この三次元中性子束分
布データ３４が供給されるタイミングで起動される。一
次元中性子束予測装置３５は、三次元中性子束算出装置
３３と同様に独自にＣＰＵ（中央処理装置）を備えてい
る。そして、自己の装置に配置された磁気ディスクに格
納されたプログラムに基づいて一次元中性子拡散モデル
を使用して中性子束分布を予測する。このような計算に
用いられる物理モデルとして一次元中性子拡散モデルを
使用したのは、三次元中性子拡散モデルを使用する場合
と異なり、極めて短い時間で中性子束分布を予測するこ
とができるからである。

一次元中性子束予測装置３５に内蔵された物理モデルで
は、炉心をその軸方向に多数のノードに分けており、各
ノードの中性子は以下の方程式（１）〜（３）を満足す
るものとしている。

Ｖ　　　（ｄｆ／ｄｔ）＝ ｄ（Ｄｄｆ／ｄｚ）　　　＋Ｌｆ−八ｆ　へ＋（１−ｂ
）Ｐｆ　　＋Ｓｕｍ　　ｒ＋Ｃ＋・・・・・・　（１） ｄｃｉ／ｄｔ　＝−ｒｉＣｉ　　＋ｂｉＰｆ　　　　　
　　−＝　−（２）ｂ　＝Ｓｕｍ　ｂｉ　　　　　　　
　　　　　　　−−（３）ここで、上記した式中の符号
はそれぞれ次のようになる。

Ｖ：軸方向中性子速度の逆数。

Ｄ；同中性子拡散計数。

Ａ：同中性子吸収断面積。

Ｐ；同中性子発生断面積。

Ｌ：同中性子リーク断面積。

Ｃｉ：ｉグループの軸方向遅発中性子先行核密度。

ｒｌ：同崩壊定数。

ｂｌ：同核分裂収率。

この方程式中の和は遅発中性子先行核の全グループに対
してとられる。また、符号ｆは規格化された中性子束を
表わしており、以下の式で与えられる。

ｆ＝Ｆ／ＦＯ・・・・・・　（４） ここで、この（４）式の右辺に示された符号は次のよう
になる。

Ｆ；軸方向中性子束。

ＦＯ：三次元中性子束予測装置３５が算出した軸方向中
性子束。

一次元中性子束予測装置３５は、この方程式を周知の方
法によって解き、軸方向中性子束を求める。このような
方法は、例えばｒＭ、　Ｔｓｕｉｋｉ。

ｅｔ　ａｌ；Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ａｃｃ
ｅｌｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＶｏｉｄＩｔｅｒａｔｉｏ
ｎ　ｉｎ　Ｂｏｉｌｉｎｇ　１ｔｌａｔｅｒ　Ｒｅａｃ
ｔｅｒ　ＣｏｒｅＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ”　　Ｎｕ
ｃｌ、　Ｓｃ＋、　　Ｅｎｇ、、６４，７２４（１９７
７）Ｊ等に記載されている。

一次元中性子束予測装置３５で求められた軸方向中性子
束データ３６は、三次元中性子束算出装置３３から出力
される算出データ３７と共に入出力装置３８に表示され
る。すなわち、入出力装置３８は、算出データ３７によ
って現状の運転状況を表示し、軸方向中性子束データ３
６によって軸方向中性子束の予測値を表示する。運転員
は、これらのデータに基づいて必要な操作を行うことに
なる。また、先に説明したように運転員は入出力装置３
８から一次元中性子束予測装置３５を起動させるための
起動信号３９を三次元中性子束算出装置３３に対して送
出させ、必要に応じてその時々の軸方向中性子束データ
３６を得ることも可能である。

第３図は、一次元中性子束予測装置の動作の概要を表わ
したものである。一次元中性子束予測装置３５内の前記
したＣＰＵは、定期的に一次元中性子束を予測する時期
が到来したかく第３図ステップ■）、あるいは第１図に
示した入出力装置３８の図示しないボタンの押下によっ
てこの一次元中性子束予測装置３５の起動が指示された
かどうか（ステップ■）を監視している。ここで、定期
的に一次元中性子束を予測する時期とは、三次元中性子
束算出装置３３が定期的にデータの処理を行って中性子
束測定データ３２を一次元中性子束予測装置３５に送っ
てくる時期をいう。この時期が到来したり、運転員が前
記したボタンを押下した場合には（ステップ■、■；Ｙ
）、三次元中性子束算出装置３３から軸方向中性子束に
関するデータが人力され、一次元中性子束予測装置３５
内の図示しないＲＡＭ　（ランダム・アクセス・メモリ
）に格納される（ステップ■）。ここで、三次元中性子
束算出装置３３から中性子束測定データ３２が定期的に
送られてくる場合の処理であれば、これをそのまま取り
込んで、予め指定された期間だけ将来にわたって、中性
子束分布のピーク値が算出される（ステップ■）。そし
て、この結果が軸方向中性子束データ３６として入出力
装置３８に供給されることになる（ステ・ツブ■）。

これに対して、運転員がこのような時期以外の時期に前
記したボタンを押した場合、三次元中性子束算出装置３
３には最新の演算結果としての三次元中性子束分布デー
タ３４が得られていない。

そこで、この場合、一次元中性子束予測装置３５は三次
元中性子束算出装置３３を経由してデータサンプラ２８
にデータの送出を要請し、送られてきたデータを基にし
て三次元中性子束算出装置３３で三次元中性子束分布の
演算を行わせる。そして、この結果得られた三次元中性
子束分布データ３４を用いて中性子束分布のピーク値を
算出する（ステップ■）。三次元中性子束算出装置３３
からの三次元中性子束分布データ３４の出力にかなりの
時間を要する場合には、データサンプラ２８がそのとき
得た中性子束測定データ３２をそのまま一次元中性子束
予測装置３５に送らせ、これを基にして中性子束分布の
計算を行うようにしてもよい。もちろん、この場合のみ
三次元中性子束算出装置３３で一次元モデルを用いて現
状の中性子束分布を演算し、この結果を一次元中性子束
予測装置３５に送るようにすることも可能である。

以上のようにして、入出力装置３８には予め運転員がセ
ットした時間だけ将来にわたった軸方向中性子束の予測
値が表示されることになる。

「発明の効果」 このように本発明によれば、原子炉の炉心内の各所に配
置された中性子束測定器から得られたデータと物理モデ
ルを用いて想定事象に対する一次元中性子束分布の予測
値を演算することにしたので、演算の基になるデータが
新しく、かつ予測値演算のための時間が短い。したがっ
て、予測値はある程度の誤差を伴うおそれがあるものの
、参考データとして充分活用することができ、これを用
いて原子炉の運転操作をより適切に行うことができる。

これにより、原子炉の安全性や効率性をより向上させる
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を説明するためのもので、この
うち第１図は原子炉の中性子束分布予測装置の構成の概
要を表わした概略構成図、第２図は炉心における中性子
束測定器の配置状態を表わした斜視図、第３図は一次元
中性子束予測装置の動作の流れを表わした流れ図である
。 １３・・・・・・炉心、１４・・・・・・中性子束測定
器、２８・・・・・・データサンプラ、 ３３・・・・・・三次元中性子束算出装置、３４・・・
・・・三次元中性子束分布データ、３５・・・・・・一
次元中性子束予測装置、３６・・・・・・軸方向中性子
束データ、３８・・・・・・入出力装置。 出　願　人　日本原子力事業株式会社 代　　理　　人　　弁理士　　山　　内　　梅　　雄鳥
２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　原子炉の炉心内の各所に配置された中性子束測定器と
   、 この中性子束測定器から得られたデータと物理モデルを
   用いて想定事象に対する一次元中性子束分布の予測値を
   演算する一次元中性子束分布予測手段と、 この一次元中性子束分布予測手段によって予測された結
   果を原子炉の操作盤上に表示する予測結果表示手段 とを具備することを特徴とする原子炉の中性子束分布予
   測装置。