JPH05215887A - 原子炉の炉出力検出装置の校正装置及びその校正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】局所的な中性子吸収体３の移動により炉出力が
制御される原子炉１の炉出力を検出して検出信号を出力
する中性子検出器４と、検出信号を炉出力に換算して出
力する出力換算装置８と、局所的な中性子吸収体３の移
動に応じて位置に対応する補正係数の信号を出力する出
力補正係数計算装置１３と、換算炉出力信号と補正係数
の信号とを乗算して炉出力信号を出力する出力補正装置
９からなる原子炉１の出力検出装置７において、実機出
力信号と中性子吸収体３の位置からその位置に対応する
炉出力信号補正係数の関係を求める制御棒効果出力校正
装置１４と補正係数を計算する制御棒効果補正係数計算
装置１３を設ける。 【効果】中性子吸収体による中性子束分布の局部的な歪
によって生じる中性子検出器の指示値を補正できるので
精度の高い出力制御が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉の炉出力検出装
置に係り、特に、制御棒および液体ポイズン棒等の局所
的な中性子吸収体の移動により炉出力が制御される原子
炉の中性子検出器による炉出力検出装置の補正装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の原子炉の炉出力検出装置は、中性
子検出器およびガンマ線検出器等の検出器を用い、電流
値として出力される検出信号に炉出力換算係数Ｃを乗算
して炉出力に換算して、炉出力を検出している。この検
出された炉出力は、原子炉の出力制御に利用されてい
る。

【０００３】従来の原子炉は、通常運転時に制御棒を軸
方向に大きく動かすことは無かったが、近時、原子炉の
負荷追従運転や高中性子束密度小型炉心では、制御棒を
軸方向に大きく動かす必要性がある。従って、このよう
な場合、従来と同一の炉出力換算係数Ｃを用いると、制
御棒の部分と中性子検出器の部分との中性子束の相対関
係が崩れ、中性子検出器で検出した炉出力と実際の炉出
力とに偏差が生じる、という問題が生じる。

【０００４】上記のことを制御棒を引き抜く場合を例に
とり、図１を参照して説明する。図１の実線Ａは、制御
棒３が挿入されている場合の中性子束分布を示し、破線
Ｂは、制御棒３が破線の位置に引き抜かれた場合の中性
子束分布を示す。

【０００５】通常の原子炉では、制御棒と中性子検出器
との距離が一定に固定されているため、制御棒を引き抜
いた後では制御棒部分の燃料の出力が大きく増大し、制
御棒から離れた検出器部分の燃料の出力は制御棒部程上
昇しないので、制御棒と中性子検出器の位置により、検
出信号による炉出力と実際の炉出力とに偏差が生じるの
である。

【０００６】これを解決するためには、特開昭58−2211
95号公報に記載のように予め炉心性能計算プログラムに
より検出信号による炉出力と実際の炉出力とに偏差を補
正する補正係数を求めて置き、中性子検出器の信号を補
正する方法がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、補正
係数の求め方が炉心モデルによるシミュレーション計算
であるため、実際の炉心に適用した場合、炉心モデルが
実際の炉心を完全に模擬できないので誤差が生じる問題
点が有った。

【０００８】また、炉心は、燃料の燃焼過程で中性子束
分布が変化しており、これによって制御棒価値も変化す
る。従って、最初は、合っていても燃焼の進行により狂
いが生じる問題点もある。

【０００９】小型の原子炉では、炉心に対して制御棒や
中性子検出器が相対的に大きくなり、且つ、これらを多
数配置出来ない。このため、制御棒の移動による中性子
束分布の変化は、大型炉心より検出信号による炉出力と
実際の炉出力とに偏差が大きくなり、炉心性能計算プロ
グラムによる補正係数の誤差も大きくなる。

【００１０】中性子吸収体の位置と補正係数との関係
は、中性子吸収体と中性子検出器の配置により、それぞ
れの中性子吸収体の寄与度が異なるが、特開昭58−2211
95号公報は中性子吸収体の位置の変化を領域内の平均値
として捕らえているため、それぞれの中性子吸収体の寄
与度に対する考慮がない。

【００１１】本発明の目的は、中性子吸収体による中性
子束分布の歪みによって生じる中性子検出器の炉心平均
出力からのずれをそれぞれの中性子吸収体の位置から補
正係数を求め自動的に補正し、中性子吸収体の挿入量変
化に影響を受けない出力検出装置、及び出力検出方法を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、予め各々の中性子吸収体の挿入量と中
性子検出器の出力値との関係を求め、炉心の平均出力と
中性子検出器の出力値の偏差を評価し、その評価値で中
性子検出器の出力値を補正することにより正確な炉心平
均出力が求められるようにした。

【００１３】また、燃料の燃焼過程で炉心内の中性子束
分布が変わった場合などに備えて、自動的に炉心の平均
出力と中性子検出器の出力値の偏差を校正できる手段を
備えている。

【００１４】

【作用】原子炉の中性子束分布（出力分布とほぼ等価）
と中性子吸収体の挿入量の関係は、絶対中性子束密度
（絶対出力）と中性子束の相対分布（相対出力分布）に
分けて考えると判り易い。原子炉の出力は、核分裂量に
比例し、且つ、自ら発生する中性子束密度に比例する。
中性子吸収体は、核分裂に寄与する中性子の数を調節す
るのが役目であるが中性子吸収体の価値（中性子吸収体
の中性子吸収量）も中性子束密度に比例するので中性子
吸収体の挿入量と原子炉の出力の直線性はない。このた
め、原子炉の出力を変える場合は、中性子吸収体をわず
かに引き抜き中性子束密度の増加率を上げる。数１に示
すように中性子吸収体による中性子吸収量が減るので核
分裂への中性子使用量が相対的に多くなり中性子束密度
が増加し、原子炉出力が上昇する。このまま放置すると
原子炉出力が無限に上昇するので中性子吸収体をわずか
に挿入し核分裂を一定に保つ。このため、中性子吸収体
の挿入量は、原子炉出力上昇前とほとんど変わらない。

【００１５】

【数１】

【００１６】これに対して、中性子束の相対分布は、あ
の位置の中性子吸収体の挿入量に対して明らかに比例性
があることが分かった。この様子を図１〜４により説明
する。図１は、中性子吸収体が１個の場合の原子炉及び
中性子計測系のモデルである。燃料の核分裂により原子
炉出力が一定に保たれているとき、中性子吸収体の動き
に対する中性子束分布の変化については、制御棒の挿入
により制御棒付近の中性子束分布が図１に示すように低
下する。原子炉内の中性子束分布は複雑な分布をしてい
るが、中性子吸収体の動きと中性子検出器の出力値との
間には図２に示すように明らかな関係があることが分か
る。中性子吸収体と中性子検出器との距離が変わること
により、近い場合は、中性子吸収体の挿入により中性子
検出器の原子炉平均出力に対する偏差は、負となる。一
方、遠い場合は、逆に正となる。これは、挿入した中性
子吸収体の近くで低下した中性子束を挿入した中性子吸
収体の影響しない部分で補うためである。このように中
性子吸収体の挿入位置による中性子束の相対分布の変化
を中性子吸収体効果と仮称する。

【００１７】中性子吸収体の挿入量と中性子検出器の偏
差を式で表すと数２となる。

【００１８】

【数２】

【００１９】ｆ(ｘ)は、１次関数でも十分実用的な近似
を与えるが、場合によっては高次関数でも良い。

【００２０】しかし、原子炉の中性子吸収体は１本であ
るとは限らず、むしろ複数の中性子吸収体によって原子
炉の制御を行う。図３は、中性子吸収体が２個の場合の
原子炉及び中性子計測系のモデルである。中性子検出器
の出力値は、それぞれの中性子吸収体から影響を受け
る。但し、それぞれの中性子吸収体からの影響度は各々
異なる。これを式で表すと数３となる。

【００２１】

【数３】

【００２２】複数の中性子吸収体を備えた原子炉のそれ
ぞれの中性子吸収体の位置を変えた場合の中性子検出器
の出力値の偏差を図４に示す。複数の中性子吸収体の場
合でも中性子検出器の距離により出力値への影響度が変
わり、中性子検出器へは、これらが複合された値が指示
される。

【００２３】以上のように、数３の関数パラメータを事
前に求めておけば、中性子吸収体の挿入位置による中性
子検出器の出力値の偏差を予測することが可能となる。
従って、偏差の予測値と出力値から原子炉平均出力を求
めることができ、中性子吸収体の挿入位置の影響を受け
ない原子炉の制御が可能となる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図５ないし９により
説明する。

【００２５】図５に本発明の一実施例を示す。原子炉１
には燃料体２が装荷されておりその中に炉出力を制御す
るための出力制御棒３と、炉出力を検出するための中性
子検出器４が、複数個配置されている。

【００２６】出力制御棒３は、上下に移動させることに
より、有効炉心内への挿入量を変えることで原子炉出力
の制御を行う。出力制御棒３の移動は、出力制御棒駆動
装置５で行う。尚、出力制御棒駆動装置５には、出力制
御棒３の位置を知るための出力制御棒位置検出器６が組
み込まれている。

【００２７】中性子検出器４は、原子炉内の中性子束を
検出し、増幅器により増幅された信号が出力検出装置７
に各々入力されている。出力検出装置７は、入力信号を
炉出力値に変換する出力変換装置８と、制御棒の影響を
補正する制御棒効果出力補正装置９と、平均出力演算装
置１０から構成され、出力表示装置１１や、出力制御装
置１２へ出力されている。

【００２８】制御棒効果出力補正装置９で使用する制御
棒効果補正係数は、制御棒効果補正係数計算装置１３で
すべての出力制御棒の位置信号をパラメータとして制御
棒効果補正式より各々の中性子検出器に対して算出され
る。

【００２９】一方、制御棒効果出力校正装置１４は、出
力制御棒位置検出器６からすべての出力制御棒の位置信
号と、出力検出装置７の出力変換装置８からそれぞれの
中性子検出器に対応する出力信号と、原子炉の熱精算に
より求められる熱出力が熱出力演算装置１５より入力さ
れ、制御棒効果補正式の各係数が回帰分析により計算さ
れ、計算された係数が制御棒効果補正係数計算装置１３
に転送される。

【００３０】次に、制御棒効果出力校正装置１４と、制
御棒効果出力補正装置９の動作を図６，図７を参照して
説明する。まず、図６に制御棒効果出力校正装置１４内
の信号の流れを示す。制御棒効果出力校正を実施するに
は、まず熱出力が正確に求められる出力まで原子炉出力
を上昇させ、原子炉出力を一定に保つ。この時のそれぞ
れの出力制御棒位置と、熱出力演算装置１５で求められ
た熱出力（原子炉平均出力）と、中性子検出器からの信
号を出力検出器７の出力変換装置８で炉出力に変換した
値（制御棒効果補正なし）を制御棒効果出力校正装置１
４に入力する。中性子検出器からの出力を熱出力で割っ
た商をその中性子検出器の偏差とし、出力制御棒位置と
共に制御棒効果出力校正装置１４内の記憶エリアに記録
する。次にある出力制御棒を一定量動かし、他の出力制
御棒で出力を一定に保つ。この時のそれぞれの出力制御
棒位置と、中性子検出器の偏差を前回と同様に記録す
る。この操作を出力制御棒の可動範囲についてそれぞれ
の出力制御棒について実施する。データ集積が済んだ
ら、出力制御棒位置をパラメータとし、中性子検出器の
偏差に対して数３の回帰分析を行う。得られた回帰係数
を制御棒効果補正係数計算装置に転送する。中性子検出
器が複数の場合は、それぞれの中性子検出器に対して上
記操作を同時に実施する。

【００３１】また、熱出力が一定であれば、データ集積
と回帰分析を継続することにより、運転の継続による中
性子束分布のゆがみを自動的に補正することが出来る。
図７に制御棒効果補正計数計算装置１３内の信号の流れ
を示す。

【００３２】本発明によれば、中性子吸収体による陰の
効果や中性子束分布の中性子吸収体によるゆがみを補正
するので中性子吸収体位置に影響を受け内中性子モニタ
を提供することができる。このため、複数の中性子モニ
タがある場合は、図８に示すようにそれぞれのモニタの
指示が原子炉平均出力に対して、中性子吸収体の移動に
よりばらばらに指示しているのに対し、本発明では原子
炉平均出力との偏差を最小限に押さえることができる。
このことは、中性子モニタ指示値の異常値の発見にも役
立つ。従来は図８に示す異常値のように中性子吸収体移
動時に中性子検出器の指示値が変化した場合は、中性子
検出器の指示値の異常があっても中性子吸収体の陰の効
果や中性子束分布の中性子吸収体によるゆがみに影響さ
れて発見しにくい危険性あったが、本発明では他の中性
子モニタの指示値との比較や熱出力計との比較により容
易に異常を発見できる利点がある。

【００３３】また、熱出力計は、原子炉出入口のエンタ
ルピ変化から出力を求めるので原子炉出力の過渡的な変
化に対して追従性が非常に遅い欠点がある。このため、
通常熱出力計の値をもとに運転している原子炉では、原
子炉出力が過渡的に変化した場合、原子炉出力が盲目的
な状態になり、運転にとって危険な状態となる。ここで
いう過渡的な出力変化は、熱出力計の追従性を超える出
力上昇でも同様である。図９は、原子炉出力上昇時の熱
出力計と本発明による中性子モニタの指示値の変化であ
る。実線Ｈは、本発明による補正を施した中性子検出器
による炉出力検出器の指示値の変化である。破線Ｉは、
熱出力計の指示値の変化であり、一点鎖線Ｊは、補正前
の炉出力検出器の指示値である。図９に示すように中性
子モニタは原子炉出力上昇に素速く追従するのに対し
て、熱出力計の追従性は遅い。制御棒パターンが変わっ
たとき、補正が無い場合、図９の一点鎖線Ｃに示すよう
に原子炉平均出力と異なる指示値を示してしまう危険性
もある。このように本発明によれば原子炉出力の過渡変
化時、熱出力計の盲目的状態を補い、原子炉を安全に運
転できる利点がある。

【００３４】本発明では、運転中の出力一定時に校正と
制御を同時に行うことも可能である。原子炉は、運転の
継続に伴い炉心の出力分布が変化する。従って、最初に
校正した校正係数に若干の狂いが生じる。本実施例によ
れば、運転中に校正を行うことができるので校正係数の
修正ができるのでより高い精度で中性子束密度の補正が
可能となる。

【００３５】本発明では、前述のように中性子検出器の
異常や原子炉の出力分布異常等をより的確に発見するこ
とができるので、補正値をもとに原子炉の異常があった
場合、異常を知らせたり、原子炉を停止する警報装置や
原子炉停止装置を提供することが可能である。本実施例
によれば、中性子吸収体位置の影響を受けない中性子モ
ニタリングが可能となるので異常の発見がより速やかに
なり、警報や原子炉停止の操作が確実になり、安全性の
高い原子炉を提供することができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、中性子吸収体による中
性子束分布の局部的な歪によって生じる中性子検出器の
指示値を補正できるので精度の高い出力制御が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】中性子吸収体が１本の場合の炉心の中性子束分
布図。

【図２】中性子吸収体と中性子検出器の距離と平均出力
との偏差を示す特性図。

【図３】中性子吸収体が２本の場合の炉心の中性子束分
布を示す炉心モデルの説明図。

【図４】中性子吸収体の挿入量と平均出力との偏差の説
明図。

【図５】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図６】本発明の一実施例における制御棒効果出力校正
装置の動作を示すフローチャート。

【図７】本発明の一実施例における制御棒効果補正係数
計算装置の動作を示すフローチャート。

【図８】本発明の一実施例における補正の効果を示す説
明図。

【図９】原子炉の過渡出力変化時の炉出力検出器の指示
値の変化を示す特性図。

【符号の説明】

１…原子炉、２…燃料体、３…中性子吸収体、４…中性
子検出器、５…中性子吸収体駆動装置、６…出力制御棒
位置検出器、７…出力検出装置、８…出力変換装置、９
…制御棒効果出力補正装置、１０…平均出力演算装置、
１１…出力表示装置、１２…出力制御装置、１３…制御
棒効果補正係数計算装置、１４…制御棒効果出力校正装
置、１５…熱出力演算装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木名瀬 敦 茨城県日立市弁天町三丁目10番２号 日立 協和工業株式会社内 (72)発明者 木戸口 康夫 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 田岸 昭宣 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 水野 紀至 茨城県日立市幸町三丁目２番２号 日立ニ ュークリアエンジニアリング株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】局所的な中性子吸収体の移動により制御さ
   れる原子炉の炉出力を検出して検出信号を出力する検出
   器と、前記検出信号を前記炉出力に換算して出力する出
   力換算装置と、前記局所的な中性子吸収体の移動に応じ
   て位置に対応する補正係数の信号を出力する出力補正係
   数計算装置と、換算炉出力信号と前記補正係数の信号と
   を乗算して炉出力信号を出力する出力補正装置からなる
   原子炉の炉出力検出装置において、実機出力信号と前記
   中性子吸収体の位置から前記中性子吸収体の位置に対応
   する炉出力信号補正係数の関係を求めることを特徴とす
   る原子炉出力検出装置の校正装置。
2. 【請求項２】局所的な中性子吸収体の移動により制御さ
   れる原子炉の炉出力を検出して検出信号を出力する検出
   器と、前記検出信号を前記炉出力に換算して出力する出
   力校正装置と、前記局所的な中性子吸収体の移動に応じ
   て位置に対応する補正係数の信号を出力する出力補正係
   数計算装置と、校正炉出力信号と前記補正係数の信号と
   を乗算して炉出力信号を出力する出力補正装置からなる
   原子炉の炉出力検出装置において、実機出力信号と前記
   中性子吸収体の位置から前記中性子吸収体の位置に対応
   する炉出力信号補正係数の関係を求めることを特徴とす
   る原子炉出力検出装置の校正方法。
3. 【請求項３】請求項１において、前記中性子吸収体の位
   置から中性子検出器の指示偏差を予測する方法。
4. 【請求項４】請求項１において、前記中性子吸収体の位
   置から中性子検出器の指示偏差を予測した値をもとに原
   子炉の異常を知らせる警報装置。
5. 【請求項５】請求項１において、前記中性子吸収体の位
   置から中性子検出器の指示偏差を予測した値をもとに原
   子炉の異常があった場合に原子炉を停止する原子炉停止
   装置。
6. 【請求項６】請求項１において、燃料の燃焼過程で炉心
   内の中性子束分布が変わった場合などに備えて、運転中
   に自動的に前記中性子吸収体の位置と中性子検出器の指
   示偏差関係を求める原子炉の出力制御装置の校正装置。