JPH0587978A - 原子炉出力計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】制御棒引抜きの全範囲である炉心の全長にわた
り連続した感度を有する長尺の自己出力型検出器と、感
度劣化のほとんど生じないγ線温度計を用いて、固定し
た中性子検出器数が少なく、走行する校正用検出器や走
行駆動装置が不要で、校正及び保守が簡便な信頼性の高
い原子炉出力計測装置を提供する。 【構成】原子炉圧力容器の外部より炉心を貫通して設け
た中空の保護管と、この保護管内に挿入設置された長尺
の自己出力型検出器と、同じく前記保護管内に挿入設置
されたγ線温度計を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉の炉心内に中性
子検出器を装荷して原子炉の出力を測定する原子炉出力
計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉の出力を計測する方法としては、
炉心内に複数の中性子検出器を装荷し、その出力信号値
の平均値から全炉心の出力を求める方法と、炉心外に複
数の中性子検出器を配設して、その平均出力から炉出力
を求める２つの方式がある。一般に大型の炉心では前者
が、小型の炉心では後者が採用されている。大型の炉
心、特に沸騰水型原子炉における炉心では、一般に炉心
内に複数体の外被の保護管で炉水と隔離した検出器集合
体が設置され、その検出器集合体内には炉心高さに対し
て複数箇所の位置に固定した中性子検出器による局部出
力検出器と、走行型の中性子検出器を挿入させる１本の
中空案内管が備えられている。炉心部に固定した中性子
検出器としては、核分裂電離箱が使用されているが、最
近ではこの核分裂電離箱に代わって自己出力型検出器も
一部採用されている。また前記中空案内管には、内部に
走行型の中性子検出器を挿入させて、この走行型中性子
検出器による炉心部における位置信号と出力信号を使用
して、前記複数の固定型中性子検出器の出力を定期的に
校正している。なお、この操作を全ての検出器集合体に
ついて実施することにより、炉内に設置された全ての固
定型中性子検出器の出力を走行型の中性子検出器の出力
に対して規格化することができる。

【０００３】図５は従来の原子炉出力監視装置の構成断
面図で、原子炉圧力容器１内に収容された炉心２の内部
には、複数の検出器集合体４が装備されている。この検
出器集合体４は、炉心２に原子炉圧力容器１外より装填
した保護管３の中に、局部出力検出器（LPRM）５として
軸方向の４箇所に固定した中性子検出器５ａ，５ｂ，５
ｃ，５ｄが配置され、夫々の出力は信号線により出力監
視装置６に入力されて監視される。また検出器集合体４
内には中空案内管の校正用検出器移動案内管７が設置さ
れていて、この内部に前記固定型の中性子検出器５ａ，
５ｂ，５ｃ，５ｄの感度を校正するための校正用検出器
８が走行自在に挿入されている。この校正用検出器８に
は、これを軸方向に移動させる校正用検出器移動装置９
と、校正用検出器監視装置10が備えられている。前記局
部出力検出器５における各固定型の中性子検出器５ａ，
５ｂ，５ｃ，５ｄの出力は、図６の中性子検出器の特性
図に示すように、図示しない制御棒が各固定型中性子検
出器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの配設位置の近傍を移動し
た時にのみ大きく変化するが、その前後における変化は
極めて小さい。従って、異なる位置に配設した各固定型
中性子検出器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの出力の平均によ
り、制御棒引抜き時の出力を監視し、制御棒の過度の引
抜きを防止している。但し、この出力信号は、図７の局
部出力検出器の配置図の(A) に示すように、引抜き操作
中の制御棒周辺に位置した複数、例えば冗長化した４体
の検出器集合体４であるＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ₄ の夫々
の局部出力検出器５における固定型中性子検出器５ａ，
５ｂ，５ｃ，５ｄよりの出力信号を、図７(B) の組合わ
せ配置図に示すように組合わせることにより、ほぼ等価
な４つの出力を夫々取出すことで信号の信頼性を高めて
いる。なお、このような構成において、局部出力検出器
５の４箇所の固定型中性子検出器５ａ，５ｂ，５ｃ，５
ｄの出力を校正するには、検出器集合体４毎に前記校正
用検出器８を炉内の校正用検出器移動案内管７へ挿入
し、引抜くという作業が伴うため、局部出力検出器５の
校正を頻繁に実施することは困難性が大きい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現在の 110万kWクラス
の沸騰水型原子炉では、検出器集合体４が通常 172体も
装荷されており、それらの出力信号を処理する電子装
置、及び信号伝送ケーブルもこの検出器集合体４及び固
定型中性子検出器と同数設置されている。また、これら
に付属する部品、例えば信号伝送ケーブルを保護する電
線管や、ケーブル接続のためのコネクタ、電子装置を収
納する監視盤等も極めて多くの数量となる。このよう
に、固定型中性子検出器の数量が多くなるに従って、そ
れにほぼ比例した状態で設備規模が大きくなり、原子力
プラントの建設コスト及び保守コストが上昇する。従っ
て、経済性の観点からも、固定型中性子検出器の数量を
削減することが要望されていた。しかし、単純に固定型
中性子検出器の数を減らすと、この中性子検出器が設置
されていない場所において部分的に炉出力が上昇した場
合に、その出力上昇を正確に把握することができないこ
とから、固定型中性子検出器の数を安易に減らすこはで
きなかった。

【０００５】また、炉内で固定した中性子検出器として
使用されている核分裂電離箱は、核分裂物質（一般にウ
ラン-235が使用される）が中性子を吸収し、核分裂した
ときのガス電離作用を利用して出力信号を得るものであ
る。従って、炉内での使用に伴ない核分裂物質の量が減
少し、中性子検出器の感度は徐々に変化する。一方、自
己出力型検出器についても、その芯線が中性子を吸収し
て異なる元素に変換されるため徐々にその感度が変化す
る。このため現状では、これらの炉内に固定して使用す
る中性子検出器を定期的に校正する必要があり、以下に
説明するような複雑で精巧な校正装置を設置していた。
即ち、固定型中性子検出器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの校
正は、走行型の校正用検出器８(TIP)を使用して、一定
期間毎に行っている。校正用検出器８は、その目的から
感度を一定に保つ必要があるが、前記固定型中性子検出
器と同様に炉内で長時間使用すると、感度が変化するた
め校正に用いるとき以外は原子炉圧力容器１の外部に引
出して、その感度が変化することを防止する措置がとら
れている。しかしながら、校正用検出器８を高温・高圧
の原子炉から引出すための装置は大変複雑なものとな
り、また校正対象の各固定型中性子検出器５ａ，５ｂ，
５ｃ，５ｄとの位置精度を保つため、その走行と引出し
機構には高い機械的精度が要求される。このため、校正
用検出器８及び、校正用検出器移動装置９は複雑で高額
となり、また保守作業も繁雑なものとなっていた。よっ
て、固定型中性子検出器の削減と共に、校正用検出器８
の校正用検出器移動装置９の簡素化、または校正用検出
器移動装置９を不要とする原子炉出力計測装置の開発が
望まれていた。

【０００６】本発明の目的とするところは、制御棒引抜
きの全範囲である炉心の全長にわたり連続した感度を有
する長尺の自己出力型検出器と、感度劣化のほとんど生
じないγ線温度計を用いて、固定した中性子検出器数が
少なく、走行する校正用検出器や走行駆動装置が不要
で、校正及び保守が簡便な信頼性の高い原子炉出力計測
装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】原子炉圧力容器の外部よ
り炉心を貫通して設けた中空の保護管と、この保護管内
に挿入設置された長尺の自己出力型検出器と、同じく前
記保護管内に挿入設置されたγ線温度計を具備する。

【０００８】

【作用】長尺の自己出力型検出器による炉心全長にわた
る出力から、炉心における水平断面内のある位置に対し
て炉内軸方向の平均炉出力を求める。炉心における局所
的な出力変化に対する自己出力型検出器の応答は即応的
であり、この出力は炉心に対する安全保護装置への入力
信号として使用できる。しかも従来、炉内を走行する校
正用検出器に要求されてきた、炉内固定の中性子検出器
の感度の相対校正は、炉内固定の感度劣化のほとんど生
じないγ線温度計で行う。また原子炉の全熱出力に対す
る検出器出力の絶対校正は、従来通り原子炉の熱バラン
スにより行うことができる。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。なお、上記した従来技術と同じ構成部分については
同一符号を付して詳細な説明を省略する。図１は原子炉
出力計測装置の構成断面図で、原子炉圧力容器１内に収
納された炉心２内部には、複数の検出器集合体20が装備
されている。この検出器集合体20は、炉心２に原子炉圧
力容器１の外部より挿入設置した保護管３の中に、原子
炉出力に比例する中性子束及び、γ線束を測定するため
の検出器が原子炉圧力容器１の外より内部の炉水と隔離
されて装備されている。この検出器集合体20は炉心の径
方向に複数配設されているが、図１では一体の検出器集
合体20のみを示す。また検出器集合体20は、保護管３と
軸方向に配置した複数のγ線温度計を具備するγ線温度
計集合体21、及び２本の長尺の自己出力型中性子検出器
(SPND)23から構成されている。

【００１０】前記γ線温度計集合体21のγ線温度計は、
前記長尺の自己出力型中性子検出器23の校正に用いるも
ので、γ線によって発生する発熱量を測定することで原
子炉出力を計測するものであり、この検出器は長期間の
使用にも感度劣化が少なく、また内部に校正用ヒ−タを
設けることにより容易に自己校正ができる特徴を有して
いる。なお、この一実施例においては炉心２の高さに対
応して、６箇所にγ線温度計22ａ，22ｂ，22ｃ，22ｄ，
22ｅ，22ｆを配置している。一方、長尺の自己出力型中
性子検出器23は、炉心２内に挿入された部分の全てにお
いて中性子感度を有する有感部の長い中性子検出器であ
る。この長尺の自己出力型中性子検出器23の特徴は、中
性子に感度を有する有感部金属と、その出力を外部に導
く信号線の接合部を炉外の温度変化の小さい場所に配置
することで、この出力が炉内温度に影響しないようにし
たものである。なお、前記γ線温度計集合体21における
各γ線温度計22ａ，22ｂ，22ｃ，22ｄ，22ｅ，22ｆの出
力は、軸方向出力分布測定装置24に入力され、また２本
の長尺型自己出力型中性子検出器23ａ，23ｂの出力は、
軸方向積分出力監視装置25に入力される。さらに、この
軸方向積分出力監視装置25には、前記軸方向出力分布測
定装置24の出力と、炉心２に挿入、引抜きされる制御棒
26の位置を検知する制御棒位置検出装置27からの位置信
号が入力されるように構成されている。

【００１１】次に上記構成による作用について説明す
る。制御棒26の引抜き操作時において、上記従来技術の
局部出力検出器（LPRM）５では、制御棒引抜きの全範囲
を４箇所に配設した固定型の中性子検出器５ａ，５ｂ，
５ｃ，５ｄにより検知し、しかも各中性子検出器の固定
位置において、出力が段階的にしか得られなかったもの
が、図２の長尺の自己出力型中性子検出器の特性図に示
すように、この長尺の自己出力型中性子検出器(SPND)23
では、１本でその全範囲にわたり大きな感度が得られる
と共に、制御棒26の全ての移動位置に対して連続的に、
しかも大きな出力変化が得られる。即ち、従来は図６で
示すように局部出力検出器５における各固定型中性子検
出器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ同志の間、例えば中性子検
出器５ａと中性子検出器５ｂの中間を制御棒26が移動す
る場合には、局部出力検出器５において、出力の変化は
ほとんど生ぜず、従って、その制御棒位置における出力
の変化を感度よく捕えることができなかった。しかしな
がら、本発明においては常に制御棒26の移動位置近くに
連続して検出器受感部が存在するため、図２で示すよう
に、その特性曲線は直線的であり、従来の固定型中性子
検出器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが配設されている位置は
勿論、夫々の中間位置においても同様な出力の変化が得
られるため、従来に比べ感度の高いものとなる。さら
に、複数の制御棒26を動かす等の複雑な制御を行う場合
も、従来のものに比べて格段に制御棒26による出力変動
が監視し易く、制御性が大幅に向上する。

【００１２】長尺型自己出力型中性子検出器23ａ，23ｂ
の軸方向の感度補正が必要な場合は、同じ検出器集合体
20に装備されているγ線温度計集合体21の各γ線温度計
22ａ，22ｂ，22ｃ，22ｄ，22ｅ，22ｆで測定された値を
使って核計算を含む計算をし、図３(A) の軸方向位置に
対する積算照射中性子束の特性図に示す特性を求める。
この特性から長尺型自己出力型中性子検出器23の軸方向
の中性子感度劣化量を計算して、図３(B) の軸方向位置
に対する単位長さ当たりの中性子感度特性図に示す特性
を得る。この図３(B) に示す特性と、制御棒位置検出装
置27により得られる制御棒26の位置情報より、制御棒26
の移動による長尺の自己出力型中性子検出器23の出力変
化量を軸方向積分出力監視装置25で評価し、測定された
信号変化が評価値以上の場合に、制御棒26の引抜き阻止
等、安全保護のための信号を出力することができる。ま
た、本発明においても前記従来の実施例と同等の冗長性
を持たせるため、図４の自己出力型中性子検出器の配置
図の(A) に示すように、引抜き操作する制御棒の周囲に
配置された４体の検出器集合体20、Ｓ₁，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，
Ｓ₄ の夫々における長尺型自己出力型中性子検出器23
ａ，23ｂよりの出力信号を、図４(B) の出力信号の組合
わせ配置図に示すように近傍の対角上の組合わせをして
４つのほぼ等価の信号を作り、一部の異常信号による誤
動作を防止して信号の信頼性を向上している。

【００１３】次に、原子炉出力 100％の定格出力時にお
ける本発明の作用について、従来例と比較して説明す
る。先ず、原子炉の平均出力は従来、局部出力検出器５
の平均を用いているのと同様に、長尺の自己出力型中性
子検出器23の平均によって行うことで、従来と同等の機
能が得られる。また長尺の自己出力型中性子検出器23の
校正は、炉内固定のγ線温度計集合体21を用いているこ
とにより随時可能であり、同様に中性子束の３次元分布
測定も随時実施できる。さらに、本発明においては従来
に比較して校正用検出器８及びこれの校正用検出器移動
装置９を不要とし、これらの信号を伝送する多数の信号
ケーブルを使用しないので、システム構成の簡素化が可
能となり、システム全体の保守も容易なものとなる。以
上からシステム構成及び、校正、保守作業が簡略化さ
れ、３次元分布測定の精度向上により炉心監視機能を強
化することができる。さらに、保護管３に装填された炉
内固定のγ線温度計集合体21と長尺の自己出力型中性子
検出器23で構成された簡単な検出器集合体20を用いるこ
とで、炉心の監視機能を損なうことなく、かつ長尺の自
己出力型中性子検出器23の校正等、保守点検作業が簡便
化できる。また制御棒26の監視機能の強化及び３次元出
力分布測定など炉心の制御監視機能が強化できて信頼性
が向上する。なお、他の実施例として、システムの信頼
性をさらに向上させるために、γ線温度計集合体21、及
び長尺の自己出力型中性子検出器23の数を増やすことは
有効である。またγ線温度計集合体21内のγ線温度計22
の設置位置を増やすことにより、軸方向の出力分布がよ
り詳細に測定可能であり、また長尺の自己出力型中性子
検出器23の感度校正をさらに精密に行うことができる。
なお、前記一実施例では長尺の中性子検出器として自己
出力型の中性子検出器を用いたが、他のγ線に感度を有
する自己出力型検出器でも同等の機能が実現できる。

【００１４】

【発明の効果】以上本発明によれば、炉心の全長にわた
って感度を有する長尺の自己出力型検出器とγ線温度計
を用いることにより、機器構成が簡単で走行部及びこの
駆動装置等を必要とせず、信頼性の高い原子炉の出力計
測システムが得られる。また中性子検出器の校正など、
保守点検作業が簡略化されると共に、中性子検出器の校
正、３次元の出力分布測定が随時行えるので、炉心監視
機能の強化向上が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原子炉出力計測装置の構成断面図。

【図２】本発明の自己出力型中性子検出器の特性図。

【図３】本発明の自己出力型中性子検出器の校正特性図
（(A) は軸方向位置に対する積算照射中性子束の特性
図、(B) は軸方向位置に対する単位長さ当たりの中性子
感度特性図）。

【図４】本発明の自己出力型中性子検出器の配置図
（(A) は配置図、(B) は出力信号の組合わせ配置図）。

【図５】従来の原子炉出力計測装置の構成断面図。

【図６】従来の中性子検出器の特性図。

【図７】従来の炉内の局部出力検出器の配置図（(A) は
配置図、(B) は出力信号の組合わせ配置図）。

【符号の説明】

１…原子炉圧力容器、２…炉心、３…保護管、５ａ，５
ｂ，５ｃ，５ｄ…中性子検出器、20…検出器集合体、21
…γ線温度計集合体、22ａ，22ｂ，22ｃ，22ｄ，22ｅ，
22ｆ…γ線温度計、23，23ａ，23ｂ…長尺の自己出力型
中性子検出器(SPND)、24…軸方向出力分布測定装置、25
…軸方向積分出力監視装置、26…制御棒、27…制御棒位
置検出装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 俊文 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 伊藤 敏明 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉圧力容器の外部より炉心を貫通し
   て設けた中空の保護管と、この保護管内に挿入設置され
   た長尺の自己出力型検出器と、同じく前記保護管内に挿
   入設置されたγ線温度計でなることを特徴とする原子炉
   出力計測装置。