JPH0511596B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉の出力制御に関し、特に、原子
炉の炉心における過剰出力状態を検出して、該過
剰出力状態に対して必要に応じ応動を開始すると
共に、最小組数の炉内中性子検出器を信号及びデ
ータ処理のための所要のハードウエア及びソフト
ウエアと一緒に用いて、原子炉制御及び監視の目
的に有用な情報を発生し、炉心内の出力レベル及
び出力分布を連続的に監視し評価する方法に関す
るものである。

原子炉において、核分裂性物質は、矩形の枠内
に互いに平行な離間関係で装着された細長い金属
燃料棒内にペレツトの形態で収容されており、燃
料棒は、例えば、200〜300本の燃料棒を含む細長
い燃料集合体を形成している。典型的には、100
〜200本のこれ等の矩形の細長い燃料集合体は、
原子炉容器内部で集合してほぼ円筒状の炉心を形
成している。該炉心内では、燃料ペレツトにおけ
る核分裂反応により相続く世代で発生した中性子
の密度は十分に高く、連鎖反応を持続する。連鎖
反応によつて発生される熱エネルギは原子炉冷却
材によつて吸収される。この冷却材は、炉心を循
環して、外部でタービン発電装置で電力を発生す
るのに利用される。

炉心の出力を所定レベルに維持するには、中性
子数が相続く各世代において一定に留まるように
制御しなければならない。核分裂により発生され
る過剰中性子は、中性子吸収材を炉心内に導入す
ることにより核分裂プロセスから排除される。加
圧水形原子炉における反応度の長期間制御は、中
性子吸収材であるホウ素を原子炉冷却材に溶解す
ることにより達成されている。短期間制御は、中
性子吸収材を含み、燃料集合体を横切つて分布さ
れた案内管もしくはシンブル内に垂直方向に挿入
される制御棒によつて行われる。ロツドレツトと
称される多数の制御棒は、それ等の基端部でスパ
イダにより互いに接続されて、制御棒クラスタを
形成し、これ等の制御棒クラスタが、共通の駆動
機構により同時に炉心内に挿入されたり該炉心か
ら引き出されるようになつている。

原子炉の反応度の制御は、大きな中性子吸収断
面積を有し従つて炉心に対して毒作用を有するキ
セノン135の発生により複雑化されている。キセ
ノンの中には、核分裂により直接発生されるもの
もあるが、殆どのキセノンは、核分裂生成物の崩
壊によつて発生されているので、このキセノン発
生で反応度の増加は遅延される。キセノンのうち
の或るものは中性子吸収及び崩壊により直接に消
費されるが、反応度が減少するとそれに伴い中性
子束が減少し、その結果、キセノン濃度は大きく
増加する。制御棒により生ずる反応度に対する局
部的影響で、キセノンの分布が影響を受け、従つ
て、炉心全体に渡り近い未来における出力発生能
力が影響を受ける。

改良型加圧水形原子炉の炉心は、該炉心に垂直
方向に挿入されたり該炉心から垂直方向に引き抜
かれる２種の追加の棒を有している。熱中性子核
分裂を利用する原子炉においては、核分裂によつ
て発生する中性子のエネルギレベルは一般に高過
ぎて有意味な核分裂反応を発生しない。しかし、
冷却材（加圧水形原子炉の場合には通常の水）が
熱伝達媒体としての働きに加えて、高速中性子を
核分裂に対し一層適した速度に減速する減速材と
しての働きともする。しかし、高エネルギの中性
子は、燃料中のウラン238をプルトニウム239に変
換する能力を有し、一方、プルトニウム239は核
分裂燃料として用いることができる。従来の加圧
水形原子炉においては、この現象は効果的に利用
されておらず、むしろ余分の中性子を吸収するた
めに中性子吸収材を使用している。従来の慣用の
加圧水形原子炉は、炉心における燃焼に伴い定格
出力を長期間に渡り維持できるように、過剰反応
度に設計されているので、燃料サイクルの初期に
おいては中性子の高い吸収率が原因で核燃料は有
効に使用されていない。他方、改良型加圧水形原
子炉においては、高エネルギ中性子を用いてプル
トニウムを発生しており、該プルトニウムは、燃
料サイクルにおいて出力を発生するのに後から利
用可能となる。これは、燃料サイクルの初期に炉
心内の挿入される中性子透過材料から作られた水
排除棒を用いることにより達成される。これ等の
水排除棒は、中性子を吸収することなく減速材を
排除することにより、高エネルギ中性子側へのス
ペクトルシフトを行い、その結果としてプルトニ
ウムは高率で生成される。制御棒及び水排除棒に
加えて、改良型加圧水形原子炉は、中性子吸収容
量が制御棒と水排除棒との中間にあるグレイ棒を
も備えている。これ等のグレイ棒は、中性子数の
制御に用いられ、そして水排除棒と同様に、完全
に挿入されるか又は完全に引き抜かれる。制御棒
と同様に、水排除棒及びグレイ棒はスパイダに取
り付けられていて棒クラスタを形成する。これ等
の棒クラスタは、出力分布の半径方向の歪みを回
避するために炉心の各象限に対称的に対称的に配
置されていて同時に作動される。

如何なる原子炉においても、炉心で発生される
全出力と出力分布の双方を監視することが重要で
ある。局部的高温点が生ずれば、それにより燃料
棒の被覆管が障害を受け、核分裂生成物を原子炉
冷却材中に放出する。従つて、核分裂性物質を閉
じ込めるための第１の障壁が必要とされる。この
ような局部的高温点は、例えば駆動機構の故障に
よつて生ぜしめられる棒クラスタの不適切な動作
シーケンスによる軸方向の位置ずれから生じ得
る。また、棒クラスタから制御棒、水排除棒、グ
レイ棒等の離脱が原因で軸方向の位置ずれが生じ
このような高温点が発生し得る。制御棒の無計画
的な挿入で局部反応度は減少するが、そのような
場合、制御系は、指定された全出力を維持しよう
として、炉心の他の部分の出力を設計限界に近い
レベルまで増加する。

原子炉出力を監視するために現在用いられてい
る検出系の多くのものにおいては、漏洩中性子束
の関数として全出力を測定するために、原子炉容
器の外部に設けられた検出器（炉外検出器）が用
いられている。このような炉外検出器の個々の読
み取りは、炉心内の出力分布に関して或る種の仮
定に基ずいて行われる。そのため、運転限界が越
えられないことを確保するためには、相当大きな
マージンを制御系に設定しておかなければならな
い。また、このような検出系を用いては、故障の
原因となつた特定の棒クラスタを決定することは
必ずしも常に可能ではない。

商用原子炉においては、中性子束密度をマツピ
ングするために、可動式炉内中性子検出器を周期
的に炉心内のシンブルに挿入することが一般に行
われている。また、炉外検出器系を較正するため
にも該可動式炉内中性子検出器が用いられてい
る。しかし、これ等の検出器は、原子炉保護等級
のものではなく、大部分は周期的にしか用いられ
ない。

また、該検出器を独立のチヤンネル群に分けて
原子炉保護系に対して冗長性を与えることが慣行
となつている。典型的には、チヤンネル群の４つ
のうちの２つ或は１つ、又は２つのチヤンネル群
が使用されていない場合には３つのうちの２つ或
は２つのうちの１つにおける過剰出力表示で原子
炉トリツプ（緊急停止）が開始される。

或る原子炉出力検出系においては固定式式炉内
検出器が用いられている。米国特許第3565760号
明細書に開示されている検出系においては、炉心
は４つの象限に分割され、１つの象限内の所定位
置に配置されている炉内検出器が、４つの全ての
象限内の対応の位置を表すと予測される信号を発
生する。検出器は、各象限において、各検出器が
炉心の対称性に関し特殊な位置に在るように異な
つた半径方向及び（又は）角度の位置に配置され
ており、また、炉心の完全な代表的監視を行うよ
うに十分な数の検出器が設けられている。検出器
の出力はそれぞれ限界値と比較されて、検出器に
隣接する箇所における過剰出力状態が測定され
る。しかし、検出器が存在しない対称位置に局部
高温点が存在する場合には、この高温点は検出さ
れないまゝになる。また、検出器からの出力は幾
つかの平均出力回路に群別される。各群は、炉心
を横切る代表的な位置からの検出器を含み、従つ
て、炉心の全出力を表す幾つかの独立した信号が
得られるようになつている。個々の検出器の過剰
出力信号及び全出力信号は、予め設定された運転
限界が越えられた場合に原子炉をトリツプするプ
ラント保護系で用いられる。

現状においては、炉心によつて発生される全出
力及び該出力の分布を表す信号を発生するための
正確で信頼性のあるオンライン装置の必要性は未
だ満たされていない。特に、燃料集合体の半分以
下の数の固定式炉内中性子検出器列を用い、然も
その場合に１つ又は２つ以上の検出器群を供用せ
ずに、適正位置に無い特定の制御棒クラスタ又は
水排除棒クラスタを正確に指示することができる
利用可能な検出系は存在しない。また、従来の検
出系は、炉心における高温点の位置を特定の燃料
棒位置のところまで正確に示すことはできない。

従つて、本発明の目的は、個々の燃料棒であれ
燃料集合体であれ、所望の分解能で原子炉の炉心
内の所望点における局部出力を実時間でオンライ
ン測定できるオンライン監視方法を提供すること
である。

上述の目的を達成するため、本発明によると、
炉心を有すると共に、該炉心の反応度を制御する
ために同炉心に軸方向に挿入されたり同炉心から
軸方向に抜き出されたりする棒部材を使用する原
子炉であつて、前記炉心内に分散配置されて応答
信号を発生する固定式炉内中性子検出器を有する
前記原子炉における局部出力をオンライン監視す
る方法は、前記固定式炉内中性子検出器の位置及
び前記局部出力を測定したい位置を含む、前記炉
心を横切る複数の特定位置における基準状態下で
の前記炉心の出力を表す基準信号を発生して、記
憶し、前記基準状態下での前記棒部材の位置を表
す信号を記憶し、前記棒部材の位置を監視し、前
記固定式炉内中性子検出器によつて発生される応
答信号を監視し、前記固定式炉内中性子検出器の
該応答信号を調整して、同応答信号に対する、前
記基準状態からの前記棒部材の位置の変化による
局部的影響を実質的に排除し、前記固定式炉内中
性子検出器の位置についての、前記調整された応
答信号と前記記憶された基準信号との間の部分差
として偏差信号を発生し、該偏差信号に当て嵌ま
る近似関数を表す信号を発生し、前記特定位置の
各々における前記近似関数の信号からの偏差を表
す信号を発生し、前記偏差信号に、前記基準状態
からの前記棒部材の位置の変化による前記固定式
炉内中性子検出器の応答信号に対する局部的影響
を表す信号を加算して、前記特定位置の各々に対
する現在の偏差信号を発生し、前記基準信号に、
対応の特定位置に対する前記現在の偏差信号を加
えた基準信号を乗じて、前記特定位置の各々にお
ける現在の局部出力レベルを表す現在の出力信号
を発生する、諸ステツプからなつている。

本発明は、上述したオンライン監視方法によ
り、原子炉における局部出力の正確で信頼性のあ
る実時間監視を可能にして不確実性を小さくした
原子炉運転を可能にしている。

また、本発明の好適な実施例は、慣用の位置指
示計によつて指示される位置からの棒部材の軸方
向の位置ずれを測定することを可能にする。これ
により、高温点の位置を正確に定めることができ
ると共に、位置ずれ状態の棒部材を同定すること
ができる。

ここで「棒部材」とは、慣用の制御棒と、改良
型加圧水形原子炉で用いられている水排除棒及び
グレイ棒とを含む。従つて、「棒クラスタ」とは、
「制御棒クラスタ」、「水排除棒クラスタ」及び／
又は「グレイ棒クラスタ」を指している。

本発明の詳細は、一例としてのみ与えられてい
る以下の好ましい実施例を添付図面と関連して読
む時、一層理解されるであろう。

本発明は、改良型加圧水形原子炉（ARWR）
を有する発電装置に適用されるものとして説明す
るが、他の形式の原子炉装置にも適用可能であ
る。

第１図に略示してあるように、原子炉は、原子
炉容器３内に装着された炉心１を備えている。原
子炉の冷却材は、参照数字５で示す個所で原子炉
容器３内に導入され、炉心１を循環して参照数字
７で示す個所から原子炉容器を出る。先に説明し
たように、改良型加圧水形原子炉の反応度は第１
図に参照数字９で集約的に示した３つの種類の棒
部材、即ち慣用の制御棒、水排除棒及びグレイ棒
によつて制御される。これ等の棒部材は、上方か
ら垂直方向に、原子炉炉心１内に挿入されたり該
炉心１から引き出される。上記の各種の棒部材
は、駆動棒１１に懸持されたクラスタ形態で取り
付けられていて、当該技術分野で良く知られてい
る棒制御装置１３により昇降される。やはり当該
技術分野で周知の棒位置指示計（図示せず）が、
駆動棒の軸方向位置を検出する。この軸方向位置
は、クラスタ形態で配列されている棒部材の炉心
内への挿入度の指示として用いられる。炉心１内
の複数の選択された個所には、計装シンブル１５
として知られている管が、炉心の垂直方向に延在
し、原子炉容器３の底部を貫通して下方に延びて
いる。可動式炉内中性子検出器を、当該技術分野
で知られているように、これ等のシンブル１５内
に周期的に挿入することができる。また、これ等
のシンブル１５内には固定式炉内中性子検出器１
７の列が取り付けられている。これ等の固定式炉
内中性子検出器１７は、外部給電形フイツシヨン
チヤンバ（分裂箱）、自己給電形プラチナガンマ
線検出器或は自己給電形ロジウム又はパナジウム
中性子検出器とすることができる。しかし、自己
給電形プラチナガンマ線検出器が好ましい。固定
式炉内中性子検出器１７の各列は幾個かの検出
器、この実施例では５個の検出器を含んでおり、
各列内の対応の検出器は共通の水平面内に配置さ
れている。また、計装シンブル１５内に設けられ
ている熱電材１９は、炉心の出口側温度を測定す
る。尚、第１図の略図においては、検出器及び熱
電対は計装シンブル１５よりも大きい直径で示さ
れているが、実際には、可動式炉内中性子検出器
がシンブル１５内で自由に原子炉の炉心を通るこ
とができる余地が存在する。

炉心１は、第２図の平面図に破線で示されてい
る多数の矩形の燃料集合体２１から構成されてお
り、これ等の燃料集合体は、直交軸線２３によつ
て画定される４つの象限で対称のほぼ柱状の構造
を形成するように集合されている。改良形型加圧
水形原子炉においては、このような燃料集合体は
193体ある。

第３図に示すように、各燃料集合体は、核分裂性
の燃料ペレツトを収容している長い管である多数
の燃料棒２５からなる。燃料棒２５は、当該技術
分野で周知の仕方で、参照数字27で略示してある
軸方向に離間した格子構造により離間関係で保持
され、燃料集合体を軸方向を循環する原子炉冷却
材が各燃料棒の全外部表面と接触するよううにな
つている。燃料集合体全体に亘り離間して、多数
の案内管２９が設けられており、該案内管２９内
には、既述の制御棒、水排除棒又はグレイ棒が設
けられている。図示の燃料集合体は、16本の案内
管２９を有する19×19の燃料棒２５の配列を有し
ており、この配列において各案内管２９は４つの
燃料棒に取つて代つている。燃料集合体の中心の
燃料棒の代わりに計装シンブル１５が設けられて
いる。原子炉冷却材は、棒によつて占拠されない
案内管２９を通流することができるが、計装シン
ブル１５を通流することはできない。

第４図は、炉心１の一部における種々の棒部材
の配列を示す。（白丸で示してある）制御棒３１
は、燃料集合体の対角位置にある案内管２９にの
み挿入されて、中性子吸収材からなる８本のかか
る制御棒はスパイダ３３に結合されて制御棒クラ
スタ３５を形成する。同様に、（斑点のある円で
示した）８本のグレイ棒３７はスパイダ３９に取
り付けられてグレイ棒クラスタ４１を形成する。
このグレイ棒クラスタは単一の燃料集合体２１の
対角線上にある案内管２９内に挿入されている。
水排除棒４３（黒円で示す）は、燃料集合体２１
の16本の案内管２９の各々に挿入されると共に、
スパイダ４７により、４つの直交方向に隣接する
燃料セルの対向する側にある２本の案内管内に挿
入される同様の水排除棒棒に結合されて、水排除
棒クラスタ（WDRC）４９を形成している。他
の原子炉として、各燃料セルと関連し異なつた数
の案内管、従つて異なつた数の制御棒、グレイ棒
及び水排除棒を有する原子炉が考えられるが、制
御棒及びグレイ棒は一般に対角線上に配列され、
そして水排除棒クラスタの水排除棒には燃料集合
体内の全ての案内管が組み合わされて図示のよう
に隣接の燃料集合体内に延びているのが普通であ
る。また、一般に、燃料棒クラスタ３５及びグレ
イ棒クラスタ４１は炉心全体に亘り千鳥状に分布
され、特定位置における制御棒又はグレイ棒クラ
スタの配置は炉心の物理的因子に依存する。水排
除棒クラスタ４９は、その場合、千鳥状パターン
の燃料集合体の中心にある。従つて、水排除棒ク
ラスタは第４図で燃料集合体２１ａ，２１ｃ，２
１ｇ及び２１ｉに対して中央におかれることにな
る。しかし、第４図から明らかなように、水排除
棒クラスタ４９は、一辺が燃料集合体よりも大き
く且つ燃料集合体に対して45゜回転した破線の矩
形形状を画定する。

前述したように、炉心の一部分における各種の
棒部材の運動は、出力の均等なＸ−Ｙ分布を維持
するために、炉心の対称部分における類似の棒部
材の対応する運動と整合する。従つて、象限対称
であるため、４つの象限内の対応の位置にある棒
クラスタは同じ群に纒められて同時に作動され
る。

193本の燃料集合体を有する改良型加圧水形原
子炉における計装シンブル１５内の固定式炉内中
性る検出器１７の列の２つの別の配列と、一体化
された保護系内の４つの保護チヤンネル間におけ
る各配列の各検出器列の対応の系統的分布とが第
２図及び第５図に示してある。黒く塗り潰した矩
形は、機械的な理由から計装シンブルを炉内中性
子検出器列に利用できない燃料集合体を表す。ま
た、円は、検出器１７の列が設置される燃料集合
体の位置を表し、円内の数字は、各特定の検出器
列が割り当てられている保護チヤンネルを表す。

適用が意図されている第２図及び第５図に示し
た検出器列の２つの配列、及び４つの保護チヤン
ネル間における関連の割当パターンは、少なくと
も１つの本質的な点で異なる。第２図の配列にお
ける60個の検出器列の分布パターンは任意の時点
で次のような判定を行う能力を実現するのに用い
られる。即ち、 １ 原子炉の安全性に関して重要である軸方向の
位置ずれが、改良型加圧水形原子炉の炉心の水
排除棒クラスタ群内のどれかの排水棒クラスタ
間に存在するか否か、 ２ 軸方向の位置ずれ状態が検出された場合に、
炉心内の水排除棒クラスタのうちのいずれの水
排除棒クラスタが実際に適正位置に存在しない
か、 ３ 位置ずれの結果としての、炉心内の最大局部
出力密度の値、及び該最大局部出力が生じてい
る炉心内の場合の判定である。

この場合、一度に、４つの保護チヤンネルのう
ちの少なくとも２つのが供用される。尚、第２図
に示した60個の検出器列の配列は特に、炉心出力
分布の定期的なオンライン監視には良く適してい
るとは言えない。と言うのは、全ての保護チヤン
ネルが供用されている運転条件下においてさえ
も、炉心内の多くの燃料位置は、直接的にも（即
ち燃料位置内に設置されている検出器列を用いて
も）或は間接的にも（即ち問題の位置に対して対
称である他の位置に設置されている検出器列を用
いても）監視することができないからである。

第５図に示す193本の燃料集合体の位置間にお
ける61個の検出器列の分布パターンは、炉心出力
分布の連続的なオンライン監視に対し最適に近い
検出器配列となる。種々の検出器応答信号を、第
５図に示すように、４つの保護チヤンネル間で列
別に割り当てることにより、第２図に示した配列
で得られるのと同じ水排除棒クラスタ間の位置ず
れ検出能力及び該位置ずれの結果を評価する能力
が与えられ、更にそれに加えて、４つの保護チヤ
ンネルのうちの少なくとも３つが常時供用状態に
ある場合には、慣用の制御棒クラスタの位置ずれ
を検出し評価する能力も与えられる。

検出器系の劣化という特定の状態下で各検出器
列の配列が上述の能力を与えると言う確信は、次
のような技術的考察から導き出される。即ち、運
転中の原子炉内で行つた試験及び他の原子炉のコ
ンピユータシユミレーシヨンにより、原子炉出力
分布表示と位置ずれの識別との合成は、検出器か
ら得られるデータの空間密度が特定可能な最小レ
ベルを越えている場合に炉内検出器からの応答信
号を用いて達成できる、ことが判明した。この最
小レベルのデータの密度要件を表す適宜な定量手
段として、機能している検出器のＸ−Ｙパターン
に適用されるいわゆる「メリツトの局部数
（local figure merit）」の使用がある。炉心内の
所定燃料集合体位置の近傍におけるる利用可能な
検出器に関するメリツトの局部数の計算には、当
該燃料集合体位置の中心にある例えば５×５配列
の燃料集合体位置内の各作動検出器位置と関連す
る価値係数（worth factor）の加算だけが必要
である。この価値係数の相対値は、上記５×５配
列の幾何学的中心からの検出器位置の距離によつ
て定められる。具体的に述べると、典型的な加圧
水形原子炉に適用する場合、上記５×５配列の中
心位置に任意の値が割り当てられ、そして該中心
位置の燃料集合体に直交的に隣接する４つの燃料
集合体位置における４つの可能な検出器位置に、
それぞれ、該中心位置の任意値の２分の１の価値
係数が割り当てられる。そして、上記５×５配列
内の他の検出器位置には、直交的に隣接する位置
における値に対し各距離の二乗の逆数に比例して
減少する価値係数が与えられる。従つて、５×５
配列の中心位置における価値係数として値「１」
が割り当てられるとすると、他の位置における価
値係数の値は第６図に示すようになり、例えば、
第６図において円で示した相対位置を有する一組
の局部作動検出器は、重ねられた配列の中心にお
ける燃料集合体位置に対し次のような「メリツト
の局部数」の値を有することになる。

１／16＋１／８＋１／10＋１／２＋１／４＋１／10＝
1.1375 尚、他の形の「メリツトの局部数」関数を定式
化し使用できることは言うまでもない。しかし、
幾つかの価値係数間の出力運転中の炉心内におけ
る中性子伝播の基本的な物理的現象と一致するこ
とが必要である。

ここに揚げた「メリツトの局部数」の特定の定
式化では、位置ずれの信頼し得る識別及び原子炉
局部出力密度の信頼し得る評価が達成できる最小
値は約0.33であることが判明した。約0.5を越え
る値の場合には、適当なパターン認識アルゴリズ
ムを用いて、識別及び評価の成功が実質的に保証
され得る。第２図の配列の分析から、全ての水排
除棒クラスタ位置で供用中の２つだけの保護チヤ
ンネルのあらゆる可能な組み合わせで、「メリツ
トの局部数」の値は、0.33を越え、但し例外とし
て供用中の２つの保護チヤンネルの１つの組み合
わせで２つの周辺位置においては上記「メリツト
の局部数」の値は0.25となることが示された。現
在用いられている改良型加圧水形原子炉の構造で
課せられる機械的拘束条件を受ける61個未満の検
出器列を含む他の配列は、最小レベルの局部デー
タ密度基準を満たすことに関して第２図の配列に
は及ばないことが判つた。

第５図の配列についての同様の分析から、炉心
内の全ての可能な燃料集合体の位置で、供用中の
少なくとも３つの保護チヤンネルのあらゆる組み
合わせで、「メリツトの局部数」の値は、供用中
の３つの保護チヤンネルの２つの組み合わせの
各々の対する１つの周辺位置を除き、0.35以下に
落ちることは決してなく、少なくとも0.45である
ことが判る。また、第５図の配列によれば、61列
の検出器及び改良加圧水形原子炉設計に対する現
存の機械的拘束を考慮して全ての保護チヤンネル
を使用した場合には、最も均等な局部データ密度
分布が得られる。

本発明は、193本の燃料集合体を有する炉心に
対する60又は61列の検出器の使倫に限定されるも
のではないが、目的とするところは、位置ずれを
検出するのに必要とされる検出器列の数を最小限
度にすると共に、検出器系の選択された劣化レベ
ルにおいてもこのような検出器列の数を最小にす
ることを可能にすることにある。現在の慣行によ
れば、幾つかの加圧水形原子炉においては、４つ
の駆動装置を有し、各駆動装置が、較正用に用い
られる１つの共通のシンブルを含め炉心全体に分
散された計装シンブル１５内の16個の可動検出器
を制御すると言う情況に鑑み、61個の計装シンブ
ルを較正することが本発明の論理的出発点となつ
たもので、既に述べたように１つ又は２つのチヤ
ンネルが供用されていない場合でも独特に識別可
能な応答パターンが得られることが判明した。ア
クセスされる計装シンブルの従来の配列において
は、検出器は、炉心をマツピングするのに用いら
れていて、保護チヤンネルには組み入れられてい
ない。従つて、検出器の炉心全体にわたる分布
は、先に掲げた基準を満たすためのものでもな
く、また実際にも満たしてはいなかつた。本発明
においては、可動式炉内中性子検出器は、固定式
炉内中性子検出器の較正のためにのみ用いられ
る。近傍又は共通の炉心位置における可動式炉内
中性子検出器の走査から得られる情報に基づいて
固定式炉内中性子検出器を較正する手順及び方法
は周知である。

各列内の固定式炉内中性子検出器１７即ちガン
マ線検出器の軸方向配列は、各検出器が燃料集合
体の２つの格子構造２７間の中心にあつて、それ
により、検出器応答信号が格子構造による中性子
又はガンマ線の局部吸収或は減衰作用により歪曲
されるのを最小限度に抑制すべきである。検出器
は、燃料集合体の格子構造間の間隔に依存して、
検出器列の幾何学形態が燃料柱に関して軸方向に
対称か又は炉心の上半分における検出器数が若干
大きくなつていて、核沸騰限界比（DNB比）の
数値表示について改善された精度が得られるよう
に、格子構造間に配置されるべきである。共通の
データに対するる61個の検出器列内の各検出器の
評価は全ての検出器列間で実質的に同じでなけれ
ばならない。熱電対１９は、シンブルと組み合わ
せて設置する場合には、全て共通の高さ、好まし
くは燃料柱の頂部の上方の共通の高さとすべきで
ある。

検出器列毎に４個より少ない数の中性子又はガ
ンマ線検出器１７を用いた場合には、61個の検出
器列全てを用いてＸ−Ｙ合成で達成可能な精度と
比較し、合成軸方向出力形状における精度に相当
大きな劣化が生ずると予想される。検出器列毎に
４個以上の検出器を用いれば、合成Ｘ−Ｙ出力形
状の精度に匹敵し得る精度の合成軸方向出力形状
が得られることが期待され、少なくとも、所定の
検出器列における１つの検出器の故障に対し最小
限度の支援を与える。各検出器内の検出器の各々
からの応答信号は、軸方向出力形状が保護チヤン
ネルで合成されるまで信号同一性を保持する。

第７図は、４チヤンネルの保護系と共に用いら
れるようになつている本発明の実施例による検出
系の全体構成を略示する図である。第２図又は第
５図に対応する参照数字で示した４つの保護チヤ
ンネルの各々に割り当てられた検出器１７及び熱
電対１９によつて発生される信号は増幅器５１で
増幅され、アナログ／デイジタル（Ａ／Ｄ）変換
器及びマルチプレクサ装置５３でデイジタル信号
に変換されて多重化され、当該チヤンネルに割り
当てられているマイクロプロセツサ装置５５に伝
送される。増幅器５１並びにＡ／Ｄ変換器及びマ
ルチプレクサ装置５３は原子炉容器３を取り巻く
格納構造５７内に配置されており、他方、マイク
ロプロセツサ装置５５は該格納構造の外部に設け
られる。追つて詳述するように、マイクロプロセ
ツサ装置５５は、全炉心出力を表す完全に独立し
た信号を発生するが、局部的出力状態の決定にお
いて用いられる検出器及び熱電対データに関して
は交換を行う。データは光フアイバーデータリン
ク５９を介して交換される。これ等の光フアイバ
ーデータリンクにより保護チヤンネル間には電気
的絶縁が維持される。データリンクに隣接した数
値で示すように、各マイクロプロセツサ装置５５
は、他の各マイクロプロセツサ装置にデータを送
つたり、後者からデータを受ける。マイクロプロ
セツサ装置は、追つて詳述する仕方で検出器及び
熱電対信号を処理し、そして必要に応じて、オペ
レータ・コンソールに伝達される警報を発生する
と共に、予め選択された基準が越えられた時に
は、４チヤンネルの保護系に対して部分トリツプ
信号を発生する。保護系（図示せず）は、この部
分トリツプ信号に対して採択論理（voting
logic）を行い、選択された数のチヤンネル、例
えば４チヤンネルのうちの２チヤンネルが、限界
が越えられたことを示した時に原子炉をトリツプ
する。同じ仕方で多くの他の原子炉パラメータを
監視するこのような多重チヤンネル保護系は、当
該技術分野で良く知られている。この種の保護系
は、冗長チヤンネルにより信頼性を与えると共
に、２つ又は３つ以上のチヤンネルにおけるトリ
ツプ状態の一致が必要とされることにより、スプ
リアスなトリツプは最小限度に抑えられる。ここ
で述べている検出系は、保護系に対し２つの異な
つた種類の入力を与える。該検出系は、炉心全体
の出力監視機能の一部として、保護系の高中性子
束原子炉トリツプ（High Neutron Flux
Reactor Trip）のための部分トリツプ信号を発
生する。意図しない水排除棒クラスタの引き抜き
の影響に対し実効的な保護を与えるために、局部
過剰出力監視能力が提案されており、キロワツ
ト／フイート（KWFT）の出力分布入力要件、
核沸騰限界比（DNBR）及び原子炉出力ストリ
ツプ要件の全てを満足できると信じられている。
炉心全体及び局部の過剰出力監視能力は、基準出
力分布計算機によつて支援される。４つのチヤン
ネルで利用可能な出力レベル及び出力分布データ
は、適当な隔離装置を介して検出系から抽出して
所望により原子炉制御及び監視の目的に用いるこ
とができる。

炉心全体及び局部の過剰出力監視機能を実施す
るに当たつて、マイクロプロセツサ装置５５の
各々は、割り当てられたチヤンネルを介してデイ
ジタル化された検出器信号及び熱電対信号を受
け、これ等の信号が有効信号領域内に在るかどう
かをチエツクし、有効信号に較正係数を加味する
ことにより過渡補償を行い、そしてこれ等の信号
をメモリに格納する。有効領域外の信号に対して
は無効フラツグが格納される。各チヤンネルはそ
こで第８図に示すように、炉心全体の過剰出力監
視関数の計算を行う。ブロツク６１に示すよう
に、炉心全体の出力を表すレジスタΣを先ず零に
設定するる。そこで、ブロツク６３に示すよう
に、チヤンネルに割り当てられている各中性子検
出器１７に対する計算ループが実行される。各チ
ヤンネルに割り当てられている中性子検出器の数
Ｉは75であり、15個の検出器列はそれぞれ５個の
検出器を含む（但し第５図に示した配列のチヤン
ネル４は16個の検出器列を割り当てられている）
ので、Ｉの値は80である。各検出器毎に、ブロツ
ク６５で記憶されている検出器応答値を求め、無
効フラツグがセツトされていない場合（ブロツク
６７で判定される）には、ブロツク６９でこの値
に重み付け係数が乗ぜられ、その結果得られる積
はブロツク７１でΣに加算される。ここで重み付
け係数とは、検出器応答信号を、該信号で表す炉
心出力率に相関する比である。重み付け係数は、
各チヤンネル内の各検出器に、炉心の全容積の関
連の部分を割り当てることにより設定されるもの
であり、それにより各検出器はそれ自身の節容積
（nodal volume）によつて取り巻かれることにな
り、任意の１つの保護チヤンネルに割り当てられ
る全節容積の和が炉心の全容積となる。従つて、
重み付け係数は、個々の各検出器と関連の節容積
における全積分出力の検出器応答信号に対する比
として発生されることになる。従つて、個々の重
み付け係数（これは基準状態下での検出器応答で
除した積分節容量出力に等しい）と現在の検出器
応答信号値との積の総和が現在の全出力の推定値
となる。

全ての有効な検出器によつて検出された出力を
加算したならば、その和をブロツク７３で設定点
値と比較する。設定点値が越えられていて、炉心
全体の過剰出力状態が表示されると、ブロツク７
５で当該チヤンネルのための部分トリツプ信号が
発生される。保護チヤンネルのための炉心全体の
過剰出力設定点は、原子炉のトリツプが要求され
る全炉心出力レベルであり、典型的には、定格出
力レベルの1.09倍である。特定の保護チヤンネル
内の検出器がブロツク６７で無効と判定される
と、当該チヤンネルに対する設定点値が、ブロツ
ク７７で、基準節容量出力から故障検出器と関連
の節容量における節容量出力とを引いた差を、当
該チヤンネルに対して定められた全節容量出力の
和で除した値だけ減少される。必要に応じ較正さ
れた全出力設定点が、ブロツク７３で、越えられ
ていないと判定されると、検出系はブロツク７９
で次の指令を待機する。

局部過剰出力監視機能は更に複雑である。第９
ａ図のフローチヤートに示してあるように、マイ
クロプロセツサの各々が現在の検出器応答値の更
新を完了した（ブロツク８１）後に、各チヤンネ
ル内の各検出器と関連の現在の応答値又は無効フ
ラツグが、ブロツク８３に示すように、光フアイ
バーデータリンク５９を介して他のチヤンネルの
各々に伝送される。プログラムは、ブロツク８５
でループに移行し、このループにおいては、各高
さＫ（各検出器列）には５つの検出器があるので
Ｋは５に等しい）毎に、ブロツク８７でサブルー
プに入る。このサブループにおいては、各検出器
列Ｊ（60又は61に等しい）における当該高さの各
検出器１７の応答が、ブロツク８９で記憶されて
いる基準値と比較され、その偏差が次いでブロツ
ク９３で最も新しい記憶偏差値と比較される。こ
れ等の比較から得られる差信号Δ及びδの何れも
が設定値を越えていない場合（それぞれブロツク
９５及び９３で判定される）には、同じ評価が炉
心内の相続く高さ位置における検出器応答信号に
ついて行われる。或る高さ位置の検出器応答が何
れかの設定点値を越えている場合には、ブロツク
９７で、基準パターンを更新すべきことを表示す
る基準フラツグがセツトされる。

ブロツク９３又は９５において、最後の評価か
ら、検出器応答の現在値が相当に変化したことが
判定された場合には、基準パターンが発生されて
から、棒が運動したかどうかに関しチエツクが行
われる。これは、第９ｂ図のブロツク９９におい
て最初に、既述の棒位置指示計から棒位置データ
を取り込むことにより達成される。改良型加圧水
形原子炉においては、水排除棒クラスタ４９及び
グレイ棒クラスタ４１の幾つかは定位置にロツク
されていて、或るレベルの炉心燃焼度に達した時
にのみ動かされるが、残りの棒は、次に述べるよ
うに、負荷追従のため出力を調整する目的で操作
される。ブロツク１０１，１０５，１０３及び１
１７でそれぞれ判定され固定又は自由の水排除棒
クラスタ或はグレイ棒クラスタの何れかに対する
位置指示計又は第９ｃ図のブロツク１２１で判定
される制御棒クラスタの何れかに対する位置指示
計が、関連の棒クラスタが、基準パターンが発生
された時の位置に存在しないことを表示すると、
ブロツク１０３，１０７，１１５，１１９及び１
２３に示すように、このような位置の差によつて
影響を受けた検出器の応答を調整して上記の運動
の影響を除去する。対称位置の棒部材は１つの群
として動かされるので、上記調整は、炉心の各象
限で、影響を受けたた検出器に対して行わなけれ
ばならない。また、ブロツク１１１で、シーケン
スから逸脱した制御棒群が存在するかどうかを決
定するためのチエツクが行われる。前に述べたよ
うに、制御棒は、炉心出力分布を限界内に維持す
るために、選択された順序もしくはシーケンスで
運動するようにブログラムされている。或る制御
棒群がこのプログラムされたシーケンスから逸脱
した場合には、各象限の影響を受けた検出器の応
答をブロツク１１３で調整してその作用を排除す
ると共に、オペレータには機能不全の報告が行わ
れる。

ブロツク１０１〜１２３で行われる調節で、検
出器応答は、検出された棒部材の運動に対して調
整された応答が記憶されている基準パターンに密
接に整合するように行われる。しかし、ブロツク
９９で得られる位置情報は、４つの保護チヤンネ
ルから得られるものであり、この場合、例えば、
一群の棒クラスタに対する４つの位置指示計のう
ちの３つの位置指示計が、当該群が運動したこと
を指示した場合には、第４番目の位置指示計が機
能不全であるという仮定が採られる。しかし、当
該群における第４番目の棒クラスタに対する駆動
機構が故障しており、従つて該位置指示計は正常
であるという可能性もある。別の機能不全とし
て、或る棒クラスタがその駆動棒から分離してい
る場合もあり得る。位置指示計は、駆動棒の運動
を検出するので、或る特定の棒クラスタが実際に
は運動しなくても運動したことを指示することが
起こり得る。このような機能不全をチエツクする
ために、ブロツク１２５において、単一の水排除
棒クラスタ、グレイ棒クラスタ又は制御棒クラス
タの位置ずれが存在するか否かに関し、パターン
認識手法を用いて探索が行われる。このパターン
認識手法の詳細に関しては追つて第１２図を参照
し説明する。

ブロツク１２７で、単一の水排除棒クラスタ４
９、グレイ棒クラスタ４１又は制御棒クラスタ３
５が適正位置に無い事が判定されると、ブロツク
１３１でオペレータに対する警報が発生され、そ
して影響を受けた検出器応答がブロツク１３１で
調整されて影響が除去される。このような単一の
棒クラスタの位置ずれは、上に考察した群運動と
は異なり、関連の象限における検出器応答に対し
てのみ影響を与える。ブロツク１３１で用いた調
整係数が正でないという事実からして、ブロツク
１３３で位置ずれが引き抜きによるものではない
と判定された場合には、ブロツク１３５で、他の
棒部材の引き抜きを阻止するための信号が棒制御
装置１３に送られる。これは、位置ずれが引き抜
きによるものではなかつた場合、位置ずれが生じ
ている棒クラスタの位置における反応度は原子炉
制御装置が指令した反応度よりも低いからであ
る。上記の他の棒部材の引き抜きが禁止されない
とすると、制御装置は、指令された電力レベルを
発生するために追加の棒引き抜きを要求すること
になり、その結果炉心の他の部分における過剰出
力状態及び／又は出力分布の許容し得ない歪みを
招来し得る。

検査している高さにおいて、単一の棒クラス
タ、検出器応答のＸ−Ｙ偏差分布及び絶対出力分
布の不整合が生じたか否かに関して、二次元出力
分布合成手法を用いて、第９ｄ図のブロツク１３
７で判定が行われる。この二次元出力分布合成手
法は第１５図に関連して詳細に説明されている。
この手法にすれば、所望ならば各燃料集合体内の
各燃料棒によつて発生される出力を決定するのに
十分な分解能で、検査している高さにおける炉心
内の任意点で発生される出力を求めるのに用いる
ことができる連続機能が得られる。しかし、周知
のように、炉心の粉理的条件のため、ある燃料棒
は他のものより過剰出力状態になり易い。従つ
て、ブロツク１３９で、Ｘ−Ｙ平面内のＬ個の選
択された位置で局部出力を検査するループの実行
が開始される。ここで述べている例においては、
Ｌは100に等しいが、任意の数の位置をモニタす
ることができる。上記の選択された位置のうちの
任意の位置の出力が、ブロツク１４１において許
容出力レベルを越えたと判定されると、ブロツク
１４３で保護チヤンネルに対し部分トリツプ信号
が発生される。トリツプ限界値が越えられていな
い場合でも、Ｘ−Ｙ平面内の局部出力レベルが、
上記トリツプ限界レベルよりも若干低く選択され
た第２のレベルを越えたとブロツク１４５で判定
された場合には調査が行われる。と言うのは、詳
細なＸ−Ｙ分析が行われる高さ位置Ｋ間で軸方向
にトリツプレベルを越える出力レベルが存在する
可能性があるからである。このような場合には、
点ベースでのチエツク（検査）フラツグがブロツ
ク１４７で示すようにセツトされ、そして指標Ｌ
のの値がブロツク１４９で記憶される。潜在的高
温点であるＬ個の位置の全てをチエツクした後
に、プログラムは第９ａ図に示すブロツク８５に
戻り、類似のＸ−Ｙ分析が次の高さ位置で行われ
る。

検出器１７が配置されている全ての高さにおい
てＸ−Ｙ分析を行つた場合、第９ａ図のブロツク
１５１に示すように、点ベースでの過剰出力状態
に関するチエツクが必要である旨の指示が発生さ
れると、第１６図と関連して述べる点ベースの軸
方向出力分布合成手法を用いて、記憶されている
Ｌの値により指示される各Ｘ−Ｙ炉心領域に対し
てブロツク１５３で局部Ｘ−Ｙ−Ｚ絶対出力分布
が発生される。軸方向出力分布から、局部領域に
おけるピーク出力点が探知され、そしてこのピー
ク出力がプラントのKWFT限界を越えているこ
とがブロツク１５５で判明すると、ブロツク１５
７でKWFT部分トリツプ信号が発生される。潜
在的高温点の全てをチエツクしたならば、プログ
ラムはブロツク１５９を経て出発点に戻る。

第９ａ図のブロツク１５１で、点ベースでの出
力チエツクを行う必要がないと判定されると、基
準出力分布の最後の計算から経過した時間がブロ
ツク１６０で求められて、選択された時間が経過
したことがブロツク１６１で判明すると、基準フ
ラツグがブロツク１６３でセツトされる。ブロツ
ク１６５でのチエツク時に、基準フラツグが、時
間の経過又は２つの最近の或る検出器の応答間の
差或は最近の応答と基準値との間の差の結果とし
てセツトされていない場合には、プログラムは出
発点に戻る。

第９ａ図のブロツク１６５における基準フラツ
グのチエツクから、フラツグがセツトされている
ことが判明したならば、基準発生ルーチンは、他
のマイクロコンピユータ系統から炉心出口熱電対
の温度信号を取り込み且つそれぞれ独立した監視
系から、符号５で示す位置で測定される炉心入口
温度、及び例えば窒素−16検出器によつてて測定
される炉心熱出力レベルを取り込み、第１０ａ図
のブロツク１６７で開始される。次いで、ブロツ
ク１６９で、各検出器列Ｊに対し軸方向検出器応
答プロフイールを合成するループが開始され、こ
の合成はブロツク１７１で行われる。即ち、この
軸方向検出器応答プロフイールの合成は、検出器
列内の幾つかの検出器の応答信号の値を用いて、
現存の検出器の軸方向位置間の中間点に検出器が
設置されていたとすれば該検出器の応答の値はど
うなるかを補間法で推定することにより達成され
る。この補間法は、多項関数又は三角関数を用い
る最小二乗法による当て嵌めに基づいて行うこと
ができる。この補間法で何れの関数を用いるにし
ろ、燃料集合体における格子構造の、及び軸方向
燃焼度分布における局部的なばらつきの、軸方向
検出器応答プロフイールに対する影響を考慮し
て、所定のマスク関数を用い正確さを期すべきで
ある。或は、可動炉内中性子検出器によるマツピ
ングシステムを用いて基準状態下で得られた詳細
な軸方向検出器応答に対して行われた較正を基礎
とする経験的な、直接相関アルゴリズムを用いて
多数点軸方向検出器応答プロフイールを発生する
ことができる。

ガンマ線感知検出器を、固定式炉内中性子検出
器（FID）１７として用いる場合には、ブロツク
１７３で軸方向検出器応答プロフイールに対して
密度補正が行われる。次いで、ブロツク１７５
で、軸方向検出器応答プロフイールの積分値を検
出して、当該技術分野で周知の技術を用い、検査
している検出器列の位置で、炉心を通流する原子
炉冷却材の温度の等価変分ΔTに変換する。この
等価変分ΔTをブロツク１７７で、関連の炉心出
口熱電対温度と炉心入口温度との間の差として算
出される測定変分ΔTと比較する。これにより、
軸方向検出器応答プロフイール合成並びに検出器
及び熱電対応答に関するチエツクが行われる。等
価変分ΔTと測定変分ΔTとの間の差が予め設定
された限界を越えると、ブロツク１７９で、軸方
向検出器応答プロフイール及び熱電対信号は潜在
的に無効であるとしてフラツグが立てられ、オペ
レータにはブロツク１８１でこの状態が報告され
る。

全ての軸方向検出器応答プロフイール及び全て
の温度チエツクの合成が完了したならば、軸方向
検出器応答プロフイールを互いにチエツクして、
ブロツク１８３で始まるループでこれ等の軸方向
検出器応答プロフイールから多数の水平面ｍ（こ
こでｍは例えば30〜60）の各々におけるＸ−Ｙ絶
対出力プロフイールを発生する。このループにお
ける最初の作業は、ブロツク１８５において、検
査しているレベルにおける検出器応答に対する棒
部材の挿入の影響の補償を含む一群の出力対信号
比を検索することである。次いで、ブロツク１８
７でサブループに入る。このサブループにおいて
は、ブロツク１８９で、各検出器列Ｊ毎に合成さ
れた検出器反応の各々の予測値を、ブロツク１８
５で検索された関連の出力対信号比データを用い
て、補間により、ブロツク１７１で計算された近
傍の合成軸方向検出器応答プロフイールの高さに
おける値から算出する。言い換えるならば、考察
下の炉心の水平方向の仮想切断部（スライス）に
おけ近傍の検出器列位置での応答値及び各種棒部
材の位置を知ることにより、選択された検出器列
の位置での応答値に関し計算を行う。この予測応
答と、ブロツク１７１で計算されたプロフイール
で示される応答との差をブロツク１９１で計算
し、この差が、ブロツク１９３で許容限界値を越
えると判定された場合には、ブロツク１９５での
相互比較により不一致検出器応答として識別され
無効のフラツグか立てられる。オペレータには、
この状態がブロツク１９７で警報される。検査し
ているレベルもしくは高さにおける全ての検出器
列をチエツクしたならば、当該レベルにおける各
燃料集合体についてのＸ−Ｙ絶対出力分析を、ブ
ロツク１８５で検索された出力対信号比データ及
び検出器応答を用いてブロツク１９９で求める。

全てのレベルｍにおけるＸ−Ｙ出力分布が出力
対信号比データから発生された後に、第１１ａ図
のブロツク２０１で、炉心容積全体に渡り合成出
力分布を加算することにより全炉心出力を計算で
求める。次いで、この合成した全炉心出力を、ブ
ロツク２０３で、例えば窒素−16検出器からの測
定出力と比較して、その差が、ブロツク２０５で
予め設定された限界を越えると判定された場合に
は、ブロツク２０７でオペレータに警報が発生さ
れ、基準出力分布計算機はブロツク２０９で故障
状態に在ると判定される。これが、ブロツク１９
９で発生された合成絶対出力分布の合理性に関す
るチエツクであり、検出器に対する別のチエツク
として用いられる。

合成された全出力と測定全出力との間の差が限
界内に在る場合には、実際の各検出器位置に隣接
する種々の高さｍにおける合成検出器応答値をブ
ロツク２１１で平均して、各検出器の高さにおけ
る新しい基準出力分布を発生する。これが、軸方
向に離間した検出器によつて形成される平面内の
任意点における出力の基準となるＸ−Ｙ出力分布
である。次に、第８図と関連して述べた炉心全体
の過剰出力計算ルーチンのブロツク６９で用いて
重み付け係数を、上に述べた方法を用いて新しい
基準出力分布に対し計算する。

ブロツク２１５において、ブロツク２２３で発
生された基準出力分布から、関連の保護チヤンネ
ルにおける全ての検出器に対し検出器応答の予測
値を計算することにより最後のチエツクを行う。
この場合、第１１ｂ図のブロツク２１７で始まる
ループが実行される。このループにおいては、ブ
ロツク２１９で、保護チヤンネル内のＩ個の検出
器に対する予測値の各々を、基準フラツグがセツ
トされている場合に記憶されている対応の検出器
応答値とブロツク２１９で比較する。新しいＸ−
Ｙ基準出力分布を計算するのに用いたのはこれ等
の記憶値であるので、各検出器応答の記憶値と予
測値との間の差は合理的に接近していなければな
らない。そうでなければ（この判定はブロツク２
２１で行われる）、ブロツク２２３でオペレータ
警報が発生され、基準出力分布計算機はブロツク
２２５で故障状態に設定される。

これ等の全ての試験に合格したならば、ブロツ
ク２１１で発生され高い方向に平均化された新し
いＸ−Ｙ出力分布をブロツク２２７で新しい基準
検出器応答値として記憶し、そして重み付け係数
をも、ブロツク２２５で発生した新しい値を用い
て更新する。最後に、ブロツク２２９で、基準出
力分布データを監視系に伝送する。この監視系に
おいてこれ等のデータは種々の目的、例えば炉心
全体にわたる出力分布のオペレータに対する表示
の発生とか、自動原子炉制御システムでの使用と
か、各燃料集合体の燃焼状態の表示のオンライン
自動発生とか、制御棒及びグレイ棒の累積照射の
オンライン自動表示発生等に用いられる。このル
ーチンは次の基準フラツグで出発点に戻されるま
でブロツク２３１で休止する。

位置ずれの可能性がある棒クラスタを探索する
ための第９ｃ図のブロツク１２５で用いられるパ
ターン認識手法では、順次、選択された棒クラス
タが位置ずれ状態であると仮定し、このような位
置ずれが存在した場合に近傍の検出器の応答に対
して基準値からの応答偏差の形で及ぼすであろう
部分的影響の近似量もしくは当て嵌め量を最小二
乗法により求め、そして平均二乗誤差を評価する
ことが含まれる。最良の近似量は、最小二乗誤差
を生ずる仮想位置ずれによつて表示される。この
最小平均二乗誤差が所定値よりも大きい場合に
は、検出器反応は当該棒クラスタが実際に位置ず
れ状態であることを示す。存在し得る位置ずれ状
態についての試験を行うのに選択される棒クラス
タは、記憶されている基準値からの最大調整偏差
を記録している検出器の近傍に在る棒クラスタで
ある。

第１２図は、パターン認識手法を実行するため
の手順を示すフローチヤートである。ブロツク２
３３において、既知の棒クラスタ運動に対して調
節された対象とする高さにおける現在の偏差（デ
ルタ）分布を求めて、基準検出器応答からの測定
検出器応答の最大絶対偏差を探索する。次いで、
典型的には５×５配列の燃料集合体位置の小領域
を、ブロツク２３５で示すように、最大絶対検出
器応答偏差が生じている燃料集合体位置に心出し
して設定する。次いでブロツク２３７で最小平均
二乗誤差レジスタを値ｘに設定する。この値ｘ
は、この値が越えられた場合に位置ずれの棒クラ
スタの表示となる。

このような初期条件設定を行つたならばブロツ
ク２３９でループに入り、このループの実行に当
たつては５×５配列の25本の各燃料集合体に対し
て、順次、関連の棒部材が位置ずれ状態であると
仮定する。炉心の縁部近傍の燃料集合体のうちの
幾つかのものは棒クラスタを有していないので、
これ等の燃料集合体の位置はブロツク２４１に示
すように側路される。関連の棒クラスタを有して
いる燃料集合体に対しては、ブロツク２４３で、
考察下の燃料集合体箇所における位置ずれ近傍の
検出器に対する予測される部分的影響を表す一連
の記憶された数である摂動関数を選択する。この
実施例においては、摂動関数は、試験中の棒クラ
スタの位置に中心をおいた５×５配列燃料集合体
パターン内に入る検出器に対する仮想位置ずれの
影響を表す。ここで述べている炉心の場合には、
10の異なつた摂動関数がメモリに記憶されてい
る。パターンを回転し且つ（又は）鏡像を発生す
ることにより、これ等の10個のパターンのフアイ
ルで炉心内の制御棒クラスタ又は水排除棒クラス
タの任意の棒クラスタの位置ずれの影響を網羅す
るのに十分である。位置ずれ状態の棒クラスタの
仮想位置に対し適切である選択された摂動関数を
用いて、ブロツク２４５で、調整された検出器偏
差に対する該摂動関数の最小二乗法による当て嵌
めを行う。勿論、仮想位置ずれ状態の位置に心出
しした場合には摂動関数によつて網羅される25本
の燃料集合体の各々に対して検出器読み取りが得
られない場合が有り得るし、また、摂動関数の有
効範囲内にある検出器の中には供用されていない
検出器も有り得るが、有効検出器応答の数に対し
て標準化された平均二乗誤差e^-2を計算する。こ
の平均二乗誤差が、ブロツク２４７での判定の結
果、それまでに最小の誤差であることが判つた場
合には、ブロツク２４９に示すように、その値を
仮想位置ずれ状態の位置と共に最小平均二乗誤差
として記憶する。最小平均二乗誤差を発生する仮
想位置ずれで、既知の棒部材の運動に対して調整
された検出器偏差に対する関連の摂動関数の最良
の当て嵌めが実現され、そしてこの最小平均二乗
誤差が、ブロツク２５１での判定の結果、設定点
値より大きい場合には、考察下の棒クラスタに対
し位置ずれフラツグを立て、そして摂動の値をブ
ロツク２５３で示すように記憶する。

第１３ａ図〜第１３ｂ図及び第１４図に示した
例を参照することにより、パターン認識手法を更
に明瞭に理解することができよう。第１３ａ図
は、各燃料セルが、頂部に沿つて番号が付けられ
た行及び側辺に沿つて下方向に番号が付けられた
列で認識される、炉心を示す。第１２図のブロツ
ク２３３で判定された調節された検出器応答の最
大偏差が行９及び列１２で表される位置に生じた
ものと仮定すると、第１３ａ図に太い実線２５５
で示すように５×５配列がこの位置を中心に設定
される。この配列内に入る棒クラスタの各々に対
して位置ずれに関する試験が行われるが、ここで
は説明の便宜上、３つだけの棒クラスタを選択し
た。第１３ａ図は行１１、列１２に位置する水排
除棒クラスタの引き抜きの場合の炉内検出器応答
の小さい変化を示す。同様にして第１３ｃ図及び
第１３ｂ図は、それぞれ、行１０、列１３の位置
及び行９、列１２の位置に在る水排除棒クラスタ
の位置ずれと関連する摂動関数を示す。図から明
らかなように、応答パターンは各水排除棒クラス
タの引き抜きに対して検出可能なほど異なつてい
る。また、影響も著しく局限化されることも明ら
かである。個々の配列を７×７の大きさに拡張し
た場合には、配列の外側の位置にある殆どのもの
は１％台の検出器応答変化を呈するであろう。

第１４図は、第５図に示した検出器の分布に従
つて配列された検出器位置に現れる部分的影響だ
けを用いて、第１３ｂ図〜第１３ｄ図の摂動関数
の合成を示す。各ブロツク内の数は、頂部から底
部に向かつて、それぞれ、行１１、列１２の位
置、行１０、列１３の位置及び行９、列１２の位
置における水排除棒クラスタの位置ずれと関連す
る摂動に関して示されている。第１４図を検討す
れば明らかなように、単一の水排除棒クラスタの
引き抜きは、適当なアルゴリズムを適用すること
により認識可能な検出器応答の独特な変化パター
ンを招来する。また、検出器のうちの数個の検出
器が無効であつても、この独特なパターンを検出
する能力は由々しく阻害されない。ここに開示し
てある本発明の実施例においては、水排除棒クラ
スタの各位置に心出しされた５×５配列内の全て
の検出器に対して第１４図に示した部分的影響に
関し調節された検出器の偏差の最小二乗法による
当て嵌めが行われる。既に述べたように、最善の
当て嵌めは最小二乗平均誤差によつて示され、そ
してこの最小二乗平均誤差が十分に大きい場合に
は、この事は、位置指示計の表示がそうでなくて
も関連の棒クラスタが引き抜かれていることを表
す。

Ｘ−Ｙ絶対出力分布を発生するための第９ｄ図
のブロツク１３７で参照した二次元出力分布合成
手順は、第１５図のフローチヤートに詳細に示さ
れている。先ず最切に、この手順の目的は、考察
下のＸ−Ｙ平面内の任意点における出力レベルを
求めることを可能にする関数を発生するためのも
のであると理解されたい。これは、検出器応答か
ら得られるデータから関数を発生することにより
達成される。しかし、棒部材位置の変化は、出力
分布に対し相当大きな局部的影響を有し、そのた
め、このような影響を受けた検出器から得られる
データから発生される炉心全体の関数には歪みが
生じ得る。これに対処するため、第９ｂ図のブロ
ツク１０１〜１１７並びに第９ｃ図のブロツク１
２１及び１２３で、検出器応答に対して調整を行
い、基準値が発生されてからの既知の棒運動の局
部的影響を除去し、且つシーケンスから逸脱して
いる棒運動の影響を除去した。同様にして、棒ク
ラスタの位置ずれによつて生ぜしめられる局部的
歪みは、第９ｃ図のブロツク１２５〜１３１で示
すループで除去される。このような局部的影響に
対する調整を行うのに用いられる摂動関数は、パ
ターン認識手法と関連して用いられる上に述べた
摂動関数に類似した関数である。

このようにしてて局部的影響を検出器応答から
全て除去したならば、第１５図に記載された二次
元出力分布手順に第１ブロツク２５５で、調整検
出器応答値と基準値との間の差を求めることによ
り調整された部分偏差（Δ）を計算する。次い
で、得られた調整部分偏差値に対する面スプライ
ン関数の当て嵌めをブロツク２５７で行う。この
スプライン関数の当て嵌めから、本実施例の場
合、全ての燃料集合体及び全ての潜在的高温点Ｌ
を含む各所望位置における偏差をブロツク２５９
で計算する。これ等の偏差Δsは、基準条件を最
後に更新してから生じた炉心全体についての部分
変化を表す。例えば、これ等の偏差は、炉心出力
及びキセノン分布に対する棒の運動の全体的影響
を表す。次いで、これら部分的偏差を、総和し、
関連の基準絶対出力を乗ずることにより、ブロツ
ク２６１で、絶対出力読み取り量に変換する。棒
運動の局部的影響も、ブロツク１０１〜１２３の
段階で導入した全ての調整量を炉心全体に関する
計算の結果から除去することにより絶対出力読取
り量に変換する。

第９ａ図のブロツク１５３で要求される点ベー
スで軸方向出力密度分布の発生は第１６図に示し
てある。各Ｘ−Ｙ位置Ｌに対する各検出器高さの
Ｘ−Ｙ出力密度を、第１５図のＸ−Ｙ二次元出力
分布合成手法からブロツク２６３において求め
る。これ等の出力密度は、各検出器の近傍で発生
した平均出力を表す。検出器は、特に、中性子束
を歪めるような格子構造に接近して配設すべきで
はないという理由から、必ずしも炉心内に軸方向
に均等に離間して位置しないので、高さで平均化
された信号は、各出力密度に、平均出力密度が適
用されるＸ−Ｙスラブの厚さを乗ずることによ
り、ブロツク２６５で積分出力信号に変換され
る。そこで、これら積分出力から、ブロツク２６
７において、当該技術分野で周知の当て嵌めもし
くは近似法を適応することにより、点ベースでの
軸方向出力密度プロフイールを合成する。ここで
述べている検出系においては、正弦関数を用いた
が、点ベース形態でのみ存在することが必要とさ
れる他の関数を使用することができよう。次い
で、ブロツク２６９で、慣用の手法を用いて、得
られた点ベースの軸方向出力密度プロフイールを
探索してピーク密度点の位置を求める。

以上、本発明の特定の実施例について詳細に説
明したが、当学者には明らかなように、ここに開
示した教示の全趣旨に照らして種々の変形及び変
更を想到し得ることは理解されるのであろう。従
つて、ここに述べた特定の構成は単なる例示と解
されるべきであつて本発明の範囲を制限する意味
に解されるべきではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が適応される原子炉の簡略
図、第２図は、本発明の１実施例の教示に従うよ
うになつている第１図の原子炉の炉心の略平面
図、第３図は、第２図に示した炉心の燃料集合体
の１つを示す略拡大平面図、第４図は、種々の棒
クラスタにおける棒部材の配列を図解するための
第２図の炉心の断面を略示する図、第５図は、本
発明の他の実施例による第１図の原子炉の炉心の
簡略平面図、第６図は、第２図及び第５図に示し
た炉心配列を評価するのに用いられるメリツトの
局部数の概念を説明する図、第７図は、第１図の
原子炉における出力分布のオンライン合成のため
の本発明を実施する検出系の簡略図、第８図、第
９ａ図〜第９ｄ図、第１０ａ図及び第１０ｂ図、
第１１ａ図及び第１１ｂ図並びに第１２図は、本
発明を実施するために第７図に示した検出系のマ
イクロプロセツサで実行される処理のフローチヤ
ートを示す図、第１３ａ図〜第１３ｂ図は、炉心
の棒クラスタに位置ずれがあるかどうか及び炉心
内の特定燃料集合体に対する棒クラスタの関係を
決定するために本発明の教示に従つて用いられる
摂動関数の例を図解する図、第１４図は、第１３
ｂ図〜１３ｄ図に示した摂動関数の合成関数であ
つて、関連の位置における水排除棒の位置ずれが
生じた場合に第５図に示した検出器配列に与える
部分的影響を図解する図、第１５図及び第１６図
は、本発明を実施するために第７図に示した検出
系のマイクロプロセツサで実行される追加の処理
のフローチヤートを示す図である。 １…炉心、３…原子炉容器、９…棒部材、１５
…計装シンブル、１７…固定式炉内中性子検出
器、１９…熱電対、２１…燃料集合体、２５…燃
料棒、２９…案内管、３１…制御棒（棒部材）、
３５…制御棒クラスタ、３７…グレイ棒（棒部
材）、４１…グレイ棒クラスタ、４３…水排除棒
（棒部材）、４９…水排除棒クラスタ、５１…増幅
器、５３…マルチプレクサ装置、５５…マイクロ
プロセツサ装置、５９…光フアイバーデータリン
ク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉心を有すると共に、該炉心の反応度を制御
   するために同炉心に軸方向に挿入されたり同炉心
   から軸方向に抜き出されたりする棒部材を使用す
   る原子炉であつて、前記炉心内に分散配置されて
   応答信号を発生する固定式炉内中性子検出器を有
   する前記原子炉における局部出力をオンライン監
   視する方法において、 前記固定式炉内中性子検出器の位置及び前記局
   部出力を測定したい位置を含む、前記炉心を横切
   る複数の特定位置における基準状態下での前記炉
   心の出力を表す基準信号を発生して、記憶し、 前記基準状態下での前記棒部材の位置を表す信
   号を記憶し、 前記棒部材の位置を監視し、 前記固定式炉内中性子検出器によつて発生され
   る応答信号を監視し、 前記固定式炉内中性子検出器の該応答信号を調
   整して、同応答信号に対する、前記基準状態から
   の前記棒部材の位置の変化による局部的影響を実
   質的に排除し、 前記固定式炉内中性子検出器の位置について
   の、前記調整された応答信号と前記記憶された基
   準信号との間の部分差として偏差信号を発生し、 該偏差信号に当て嵌まる近似関数を表す信号を
   発生し、 前記特定位置の各々における前記近似関数の信
   号からの偏差を表す信号を発生し、 前記偏差信号に、前記基準状態からの前記棒部
   材の位置の変化による前記固定式炉内中性子検出
   器の応答信号に対する局部的影響を表す信号を加
   算して、前記特定位置の各々に対する現在の偏差
   信号を発生し、 前記基準信号に、対応の特定位置に対する前記
   現在の偏差信号を加えた基準信号を乗じて、前記
   特定位置の各々における現在の局部出力レベルを
   表す現在の出力信号を発生する、 原子炉局部出力のオンライン監視方法。