JPH0548438B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子炉の出力分布を監視するための
原子炉出力分布監視装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

原子炉は、その健全性を維持し必要な性能を発
揮させるために、炉心性能の現状監視を行う必要
がある。このために一般にプロセス制御計算機が
用いられている。プロセス制御計算機は、炉心現
状データを入力し炉心内の出力分布を算出する。
ここで炉心現状データとは、例えば各燃料集合体
の間隙（以下ストリングと呼ぶ）に配置された熱
中性子束測定器の計数値や、炉心全出力、冷却材
の流量、制御棒の位置等を測定した測定器の計数
値から構成される。算出される炉心内の出力分布
は、原子炉の健全性を監視するために必要とされ
る主要なパラメータの一つとなる。

このプロセス制御計算機によつて得られる炉心
内の出力分布は、熱中性子束測定器の計数値に全
面的に依存している。すべての熱中性子束測定器
が平常な状態にあれば、算出される出力分布は実
際の出力分布に極めて近いものとなる。

第１図は炉心に配置された熱中性子束測定器の
一部を表わしたものである。原子炉内には、炉心
１１を構成する多数の燃料集合体（以下バンドル
という）１２が全体的に円柱形に配置されてお
り、制御棒１３によつて比較的急速な反応度変化
の制御が行われるようになつている。バンドル１
２に囲まれたストリング１４の中央位置に導管１
５が配置されている。

図に示したストリング１４内の導管１５中に
は、熱中性子束測定器１６が炉心１１の軸方向の
所定位置に固定されているが、他の図示しない熱
中性子束測定器は、導管１５内を移動できるよう
になつている。後者の熱中性子束測定器は、軸方
向の任意の場所で熱中性子束の計数を行うことが
できる。以下の説明では、前者の測定器を固定型
測定器、また後者の測定器を移動型測定器と呼ぶ
ことにする。

ところで水流等が原因してストリング１４中の
導管１５に彎曲が生ずると、この結果としてこれ
らの測定器がストリング１４内で幅方向に変位す
ることになる。一般に熱中性子束はストリング１
４内で平坦となつておらず、炉心１１の上方向に
凸な分布形をしている。従つてこれら測定器が変
位すると、熱中性子束の正しい計数値が得られな
くなる。

このような事態が生ずると、本来全く等しい計
数値を与えるべき位置におけるデータとして、こ
れと異なつた値の計数値がプロセス制御計算機に
入力されることになる。これにより原子炉の正し
い出力分布が得られない場合があり、燃料の健全
性や原子炉の稼働率に好ましくない影響を与える
ことになる。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情に鑑み、測定器がスト
リングの中央位置からずれることがあつても、原
子炉の正しい出力分布を得ることのできる原子炉
出力分布監視装置を提供することをその目的とす
る。

〔発明の構成〕

多数の燃料集合体を配置した炉心におけるそれ
ぞれ４つの燃料集合体に囲まれた間〓の中央位置
に存在する測定設定点でγ線束を測定する複数の
γ線束測定器と、前記した測定設定点を取り囲む
４つの燃料集合体の出力の時間変化を用いて測定
設定点におけるγ線束測定器の測定値から現在の
出力に対応しない遅発γ線による成分を取り除
き、現在の出力に対応するγ線による測定値のみ
を求めるγ線束計数補正手段と、補正後の計数値
を予め内蔵された関係式を用いて前記したそれぞ
れ４つの燃料集合体に装荷された測定設定点に近
接する複数本の燃料棒の平均出力に換算する補正
計数値測定設定点近接燃料棒平均出力換算手段
と、これによつて換算されたそれぞれの平均出力
を基にして所望の時点における原子炉出力分布を
出力する原子炉出力分布出力手段とを原子炉出力
分布監視装置に具備させる。そして、定期的にあ
るいは運転員の指示によつて所望のタイミングで
原子炉出力分布を求めることにより、その監視を
行うことができる。

γ線束は、一般にストリング内で分布が平坦な
ので、ストリング内の導管の彎曲が生じても計数
値がほとんど変化せず、正確な出力分布を算出す
ることができる。

〔実施例〕

以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

第２図は本発明の原子炉出力分布監視装置を示
したものである。原子路出力分布監視装置２１内
には、固定型熱中性子束測定器１６、移動型γ線
束測定器２２および炉心現状データ測定器２３の
３種類の測定器が配置されている。

熱中性子束測定器１６は前記した固定型測定器
であり、原子炉２１の出力を常時監視するために
用いられる。γ線束測定器２２は従来の移動型熱
中性子束測定器の代りに用いられる測定器であ
り、定期的にあるいは必要により出力分布を求め
るために用いられまた、ストリング内で軸方向に
数点しか存在しない固形型測定器の較正用に用い
られる。この原子炉では、γ線束測定器２２とし
てγ線によるガスの電離現象を利用した検出器を
用いている。炉心現状データ測定器２３は、冷却
材の全流量、炉内圧力、出入口温度、制御棒位置
などを把握させるための測定器である。

熱中性子束測定器１６から出力される計数値２
４および炉心現状データ測定器２３から出力され
る炉心現状データ２５はデータサンプラ２６に集
められ、後段の装置２７〜２９でその処理が行わ
れた後、入出力装置３１に出力される。これらの
装置部分については後に詳しく説明する。

さてγ線束測定装置３２は、γ線束測定器２２
に所定の電圧を印加する等の制御を行い、これか
ら出力信号３３を得る。出力信号３３は内部のカ
ウンタでカウントされ、炉心１１内の各ストリン
グにおけるγ線束の計数値３４がγ線束計数補正
装置３５に供給される。

γ線束計数補正装置３５は、所定の物理モデル
により計数値３４の補正を行う。測定したγ線計
数が(イ)現在の出力に直接比例する核分裂による即
発γ線によるものと、(ロ)過去の核分裂生成物によ
る遅発γ線によるものとの和であることを考える
と、補正モデルは一般に知られるように次式で表
される。

ｇ(t)＝ｃ［at(t)＋∫^t _-∞ｈ｛ｆ（t′）、ｔ｝dt′］
……(1) ｈ｛ｆ（t′）、ｔ｝＝αf（t′）ｑ（ｔ−t′）……(2
) ここで、 ｇ(t)は各測定設定点の時刻ｔでの計数、 ｆ(t)は各測定設定点の時刻ｔでの出力、 ａは各測定設定点の時刻ｔでの出力に対応する
即発γ線変換係数、 ｃはγ線束測定器２２の検出効率、 ｈ｛ｆ（t′）、ｔ｝は各測定設定点の時刻t′での出
力に対応する遅発γ線の時刻ｔでの残存量、 αは各測定設定点の時刻t′での出力に対応する
遅発γ線変換係数、 ｑは遅発γ線時間分布関数、 である。

従つて、現在の出力に対応する即発γ線af(t)
は、計数ｇ(t)を用いて次式で表される。

af(t)＝１／Ｃ［ｇ(t)−∫^t _-∞ｈ｛ｆ（t′）、ｔ｝dt
′］ ……(3) γ線束合計数補正装置３５によつて(3)式のよう
に補正された後の計数値３６はデータサンプラ２
６に入力される。γ線束測定器２２を用いて得ら
れたこの計数値３６は、炉心現状データ測定器２
３によつて得られた炉心現状データ２５と共に、
補正計数値測定定設点近接燃料棒平均出力換算装
置２７に送られる。

補正計数値測定設定点近接燃料棒平均出力換算
装置２７では、内蔵された換算式を用いて、入力
された計数値３６および炉心現状データ２５を各
測定設定点における近接燃料棒平均出力に換算す
る。換算式は次のとおりである。

PAR_ij＝CAR_ij・T〓_ij ……(4) ここで ｉは軸方向測定設定点の番号、 ｊはストリングの番号、 T〓_ijはij位置での補正された計数値、 PAR_ijはij位置での近接燃料棒平均出力、 CAR_ijはij位置での補正計数値を近接燃料棒平
均出力に換算する係数、 である。またこの実施例の装置では、近接燃料棒
として各バンドル１２における導管１５に最も近
い４本ずつ計16本の燃料棒を選定している。これ
は、これらの近接燃料棒がγ線束測定器２２に寄
与するγ線束の割合が全体の７割以上も占め、燃
料棒がこれ以下の場合よりも原子炉出力分布をよ
り正確に算出することが可能となるからである。

さて(4)式は従来の原子炉出力分布監視装置に用
いられているものと同様な形式をしており、この
式を用いる従来の方式では、熱中性子束測定器を
中央に配置した４バンドル体系を組んでいる。そ
して例えば２次元拡散法により、定格出力に対す
る熱中性子束測定器の計数値とこの測定器付近の
近接燃料棒平均出力を求め、これらの比をとるこ
とにより、近接燃料棒平均出力を算出する。

γ線束測定器を使用する場合には、(4)式に用い
られた熱中性子の計数値が、γ線の計数値に置き
換わることになる。すなわち本発明で新たに用い
られる方式では、各燃料棒の濃縮度、Gd等の可
燃性毒物の濃度、平均ボイド率および燃焼度を用
い、(イ)定格出力に対して通常行われている単位格
子２次元燃料集合体核定数計算による燃料棒の出
力分布、および(ロ)γ線輸送計算から、定格出力に
対するγ線束測定器の計数値を求める。そして定
格出力に対するγ線の計数値と４バンドル対系の
２次元拡散計算法により求められたγ線束測定器
付近の近接燃料棒平均出力との比をとり、系数
CAR_ijを求めている。

補正計数値測定設定点近接燃料棒平均出力換算
装置２７で求められた測定設定点における近接燃
料棒平均出力３８は、燃料集合体平均出力算出装
置２８に供給される。燃料集合体平均出力算出装
置２８では、従来の原子炉出力分布監視装置で行
われたと同様に、測定設定点４燃料集合体平均出
力３９を求め、測定設定点燃料集合体出力算出装
置２９に供給する。測定設定点燃料集合体出力算
出装置２９は、測定設定点バンドル出力４１を算
出する。測定設定点バンドル出力４１は、入出力
装置３１に供給される。入出力装置３１の出力部
分はCRTやラインプリンタを備えており、炉心
出力分布を出力する。

測定設定点バンドル出力４１は、必要により熱
的制限値算出装置４２にも供給される。熱的制限
値算出装置４２は、燃料の健全性を保障するため
の各種熱的制限値を計算する。

一方、入出力装置３１の入力部分は原子炉出力
分布等の必要なデータを得るために、計算指示信
号４３を出力する。計算指示信号４３は例えば１
時間に１回の割合で定期的に出力され、データサ
ンプラ２６および補正計数値測定設定点近接燃料
棒平均出力換算装置２７に供給され、データの転
送および炉心出力分布計算を起動させる。もちろ
ん原子炉サイトの運転員は、必要に応じて所望の
時刻に計算指示信号４３を発生させ、原子炉出力
分布を求めることもできる。

以上説明したこの原子炉出力分布監視装置で
は、前記したように熱中性子束測定器１６とγ線
束測定器２２を併用している。このうち熱中性子
束測定器１６は、原子炉内出力監視用に各ストリ
ング内に数個ずつ固設されており、常時計数値を
求めている。

γ線束測定器２２の方は、この実施例で移動型
の測定器に採用されており、固定型の熱中性子束
測定器１６によつて求められた出力分布の較正用
に使用される。移動型のγ線束測定器２２は、制
御棒挿入パターン変化等のように出力分布が大幅
に変化するときに、各ストリング内の軸方向に移
動しながら多数点の計数値を与える。

したがつて、γ線束の計数値は常時求められる
訳ではないが、この点に関しては以下の様な手法
により、実効的なγ線束の計数値を求めている。
すなわち、同一測定点における固定型の熱中性子
束測定器１６と移動型のγ線束測定器２２の両計
数値は、測定対象のちがい検出効率の違い等によ
り一致しない。しかしながら両者を一致させるよ
うな係数を熱中性子束測定器１６に対して測定点
毎に求めることができる。従つて各時点での各測
定設定点におけるγ線束の計数値は、そのストリ
ング内での現時点における熱中性子束測定器１６
の計数値にこの係数を掛けたものと、熱中性子束
測定器１６の配設された位置における現時点に一
番近い時点でのγ線束測定器２２の計数値との差
を内挿し、γ線束測定器２２の計数値に加えるこ
とにより求めることができる。

すなわち本実施例の原子炉出力分布監視装置の
ように、固定型測定器と移動型測定器の種類が異
なつても、移動型測定器の計数値に対する固定型
測定器の補正係数が求められているので、何らの
問題も発生させない。もちろんこの実施例では各
測定設定点の基準となる移動型測定器としてγ線
束測定器を用い、γ線束の測定を行つているの
で、測定器の位置がストリングの中央位置からず
れても計数値が正確となる。従つて原子炉出力分
布監視装置の精度が著しく向上することになる。
このように、移動型測定器のみにγ線束測定器を
用いるだけで十分な精度を得ることができる。装
置によつては、固定型と移動型双方の測定器にγ
線束測定器を用いることも自由である。

〔発明の効果〕

このように本発明の原子炉出力分布監視装置に
よれば、ストリング中の導管内における測定器の
位置がストリングの中央位置からずれても、γ線
束測定器の使用により正しい計数値が得られ、熱
中性子束測定器を用いる場合に比べて高精度の原
子炉出力分布を安定して得ることができる。

なお本発明では、γ線束測定器を用いているの
でγ線計数値から測定設定点近接燃料棒平均出力
への変換を必要とする。しかしながらこれは従来
から行われている４バンドル対系２次元計算によ
る測定設定点近接燃料棒平均出力と、バンドルご
との燃料棒濃縮度、Gd等の可燃性毒物濃度、平
均ボイド率および燃焼度から関係づけられるγ線
計数値を用いて簡単に得ることができるものであ
り、従来の装置に比べ遜色がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子炉の炉心の要部を示す斜視図、第
２図は本発明の一実施例における原子炉出力分布
監視装置のブロツク図である。 １１……炉心、１２……燃料集合体（バンド
ル）、１４……ストリング、１６……熱中性子束
測定器（固定型測定器）、２１……原子炉、２２
……γ線束測定器（移動型測定器）、２７……補
正系数値測定設定点近接燃料棒平均出力換算装
置、２８……燃料集合体平均出力算出装置、２９
……測定設定点燃料集合体出力算出装置、３５…
…γ線束計数補正装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多数の燃料集合体を配置した炉心におけるそ
   れぞれ４つの燃料集合体に囲まれた間〓の中央位
   置に存在する測定設定点でγ線束を測定する複数
   のγ線束測定器と、 前記測定設定点を取り囲む前記４つの燃料集合
   体の出力の時間変化を用いて測定設定点における
   前記γ線束測定器の測定値から現在の出力に対応
   しない遅発γ線による成分を取り除き、現在の出
   力に対応するγ線による測定値のみを求めるγ線
   束計数補正手段と、 補正後の計数値を予め内蔵された関係式を用い
   て前記それぞれ４つの燃料集合体に装荷された測
   定設定点に近接する複数本の燃料棒の平均出力に
   換算する補正計数値測定設定点近接燃料棒平均出
   力換算手段と、 これによつて換算されたそれぞれの平均出力を
   基にして所望の時点における原子炉出力分布を出
   力する原子炉出力分布出力手段 とを具備することを特徴とする原子炉出力分布監
   視装置。 ２ 補正計数値測定設定点近接燃料棒平均出力換
   算手段が、燃料集合体の測定設定点に対して最近
   接したそれぞれ４本、合計16本の燃料棒の平均出
   力に換算することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の原子炉出力分布監視装置。 ３ γ線束測定器が、多数の燃料集合体を配置し
   た炉心の４つの燃料集合体によつて囲まれた間〓
   の中央位置を炉心の軸方向に移動しながらγ線束
   を測定する移動型の測定器であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の原子炉出力分布監
   視装置。 ４ γ線束測定器が、多数の燃料集合体を配置し
   た炉心の４つの燃料集合体によつて囲まれた間〓
   の中央位置を炉心の軸方向に移動しながらγ線束
   を測定する移動型の測定器と、前記中央位置にお
   ける燃料集合体の軸方向の所定位置に固設された
   固定型の測定器の双方であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の原子炉出力分布監視装
   置。