JPH06265686A - 原子炉の出力測定装置およびその製造方法 - Google Patents

原子炉の出力測定装置およびその製造方法

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JPH06265686A
JPH06265686A JP5050939A JP5093993A JPH06265686A JP H06265686 A JPH06265686 A JP H06265686A JP 5050939 A JP5050939 A JP 5050939A JP 5093993 A JP5093993 A JP 5093993A JP H06265686 A JPH06265686 A JP H06265686A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】製造が容易であり、しかも測定温度の精度が高
く、かつ断線や絶縁不良等の故障が少ない信頼性の高い
原子炉の出力測定装置およびその製造方法を提供するこ
とにある。 【構成】原子炉の出力測定装置は、金属製ロッド状のコ
ア部材１８に金属のカバーチューブ１７を圧嵌させ、こ
のカバーチューブ１７とコア部材１８との間に環状の空
隙部２１を軸方向に間隔をおいて複数箇所形成し、コア
部材１８の外面に軸方向に延びる導通溝２３を形成し、
この導通溝２３に案内される温度センサ２５をコア部材
に設置したセンサアッセンブリ１４を構成し、このセン
サアッセンブリ１４を原子炉内の炉心部に設置し、温度
センサ２５にてコア部材１８の環状空隙部２１に面する
部分の温度分布を検出して原子炉出力を測定するように
設定したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は軽水炉等の原子炉の出力
測定装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の沸騰水型原子炉等の軽水炉におい
て、原子炉の出力測定は、炉内の中性子束を測定するこ
とで行なわれており、中性子のセンサとして炉内固定式
の核分裂電離箱である局所出力モニタ系（Local Power
Range Monitoring System 、以下、ＬＰＲＭという。）
と、移動式の核分裂電離箱である移動式炉心内計装系
（Traversing Incore Probe System、以下、ＴＩＰとい
う。）との２種類に大別され、使用されている。
【０００３】このうち、ＬＰＲＭは炉内中性子との反応
物質としてウラン同位体を使用しており、炉内固定式で
あるため、ＬＰＲＭの使用に伴ってウラン同位体が失わ
れ、中性子に対する感度が失われ、測定精度が低下する
おそれがある。また、原子炉の炉内設置箇所により中性
子束が異なるので、使用するに伴い個々の感度に大きな
差が生じてしまう。
【０００４】このため、沸騰水型原子炉等の原子炉の運
転中にＴＩＰを使用して中性子束に対するＬＰＲＭの感
度較正を行ない、ＬＰＲＭの個々の感度差に対する較正
を行なっている。
【０００５】ＬＰＲＭの感度較正用にＴＩＰを使用して
いるために、原子炉圧力容器の下方にＴＩＰを原子炉内
で移動させるための大掛りな駆動機構が収納されてい
る。その上、この駆動機構のメインテナンスに手間が掛
かる他、炉内から引き出してＴＩＰは放射化しており、
作業員の放射線被爆が問題になっている。
【０００６】そこで、近年、ＴＩＰを廃止し、駆動機構
が不要でかつ感度劣化の少ない炉内固定式のセンサであ
るγサーモメータと呼ばれる原子炉の出力測定装置をＬ
ＰＲＭと併用し、ＴＩＰの代りに用いることが考案され
ている。
【０００７】この原子炉の出力測定装置であるγサーモ
メータは放射線（γ線）による発熱量を検出するもの
で、センサ部のステンレスなどの炉内構造材が、炉内の
放射線（特にγ線）の吸収や非弾性散乱によってエネル
ギを吸収して発熱し、熱が外部の冷却材へ流出する際に
形成される温度分布を熱電対等により測定する。γサー
モメータは、核分裂電離箱と異なり、原理的には感度劣
化がない。
【０００８】既存の原子炉の出力測定装置であるγサー
モメータのセンサ部の構造と内管の軸子方向の温度分
布、および熱電対とヒータ設置部の構造を図９〜図１１
に示す。原子炉の出力測定装置は、このセンサ部を軸方
向に複数個有した細長い棒状の構造物である。
【０００９】センサ構造は内管１と外管２による２重管
構造になっており、間に温度分布を大きくするために円
周方向に周回した空隙部３が断熱部として設けられてい
る。内管１から外管２への熱伝達は接触面を介して行な
われ、内管１の軸方向の温度分布は、センサの構造物が
発熱していない場合においては破線ａのように平坦であ
るが、原子炉内の放射線により発熱した場合においては
実線ｂのように空隙中心部分で高くなる。
【００１０】この原子炉の出力測定装置では、γ線の照
射を受けて内管１で発生した熱が、空隙の中心部分を境
に空隙部３を迂回して両方向に伝導し、外管２に伝達さ
れるためである。この空隙中心部分の他部分に対する温
度上昇分は発熱量、つまりセンサ近傍の放射線量に対応
しており、温度上昇分を測定することにより原子炉の出
力測定が可能になっている。
【００１１】内管１の内部孔４には、この温度上昇分を
測定するために、センサ部の個数に対応した複数の熱電
対５と、センサの感度較正のためのヒータ６が内蔵され
ている。これらの熱電対５とヒータ６は図１１に示すよ
うにいずれも絶縁被覆７ａ，７ｂと金属被覆８ａ，８ｂ
が施された構造になっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来の原子炉の出力測
定装置においては、内管１の温度を正確に測定するため
には熱電対５の金属被覆７ａが内管１に密着していなけ
ればならない。このようなセンサ構造の原子炉の出力測
定装置を製造する場合、熱電対５の金属被覆７ａをろう
付けやはんだ付けにより内管１に密着させることができ
ないので、まず、内管１の内部孔４に絶縁被覆７ａ，７
ｂと金属被覆８ａ，８ｂを施した熱電対５とヒータ６挿
入した後に、内管１をかしめて熱電対５の金属被覆８ａ
と圧着させ、さらに外管２に挿入した後に、外管２をか
しめて内管１の外面に圧着させている。
【００１３】このため、内管１のかしめが不充分で熱電
対５の金属被覆７ａが内管１に密着しない場合には、正
確な温度測定ができなかったり、あるいは、内管１を強
くかしめ過ぎて、かしめた時に強い力が加わって、熱電
対５の絶縁被覆７ａと金属被覆８ａが変形して、断線や
絶縁不良等の故障の原因になる場合がある。
【００１４】また、センサの感度較正時には、内蔵のヒ
ータ６を発熱させることにより内管１を加熱し、放射線
による発熱時に形成される温度分布に類似した温度分布
を内管１に形成させるが、従来の構造ではヒータ６の近
傍に熱電対５があって、熱電対５が過度に加熱されるお
それがあり、断線や絶縁不良等の故障の原因になる場合
がある。
【００１５】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、製造が容易であり、しかも測定温度の精度が高
く、かつ断線や絶縁不良等の故障が少ない信頼性の高い
原子炉の出力測定装置およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る原子炉の出
力測定装置は、上述した課題を解決するために、請求項
１に記載したように、金属製ロッド状のコア部材に金属
のカバーチューブを圧嵌させ、このカバーチューブとコ
ア部材との間に環状の空隙部を軸方向に間隔をおいて複
数箇所形成し、前記コア部材の外面に軸方向に延びる導
通溝を形成し、この導通溝に案内される温度センサをコ
ア部材に設置したセンサアッセンブリを構成し、このセ
ンサアッフセンブリを原子炉内の炉心部に設置し、前記
温度センサにて前記コア部材の環状空隙部に面する部分
の温度分布を検出して原子炉出力を測定するように設定
したものである。
【００１７】また、本発明に係る原子炉の出力測定装置
は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載し
た内容に加えて、請求項２に記載したように、コア部材
の中心部に形成される内部孔にロッド状発熱体を圧嵌さ
せて固着する一方、コア部材の外面に周方向に凹設した
環状凹部を、軸方向に間隔をおいて複数箇所形成し、各
環状凹部間を軸方向に延びる放射状の導通溝で連通させ
たものであり、さらに、請求項３に記載したように、コ
ア部材はロッド状発熱体を絶縁被覆を介して覆う金属被
覆を兼ねるように構成したものである。
【００１８】さらに、上述した課題を解決するために、
本発明に係る原子炉の出力測定装置の製造方法は、請求
項４に記載したように、金属製ロッド状コア部材の中心
部にロッド状発熱体を圧嵌させた後、コア部材の外面を
周方向に凹設して環状凹部を、軸方向に間隔をおいて複
数箇所切削する一方、上記コア部材の外面に軸方向に延
びる導通溝を形成して温度センサを設置し、その後、コ
ア部材に金属のカバーチューブを圧嵌させる方法であ
る。
【００１９】
【作用】本発明の原子炉の出力測定装置においては、金
属製ロッド状のコア部材とこのコア部材を圧嵌させるカ
バーチューブとの間に環状の空隙部を、軸方向に離間し
て複数箇所形成し、コア部材の外面に軸方向に延びる導
通溝を形成して温度センサを設置したセンサアッセンブ
リを構成したから、温度センサをコア部材の導通溝に密
着させて固着することが容易にでき、カバーチューブと
コア部材の間に環状空隙部と、コア部材に密着された温
度センサを有する原子炉の出力測定装置を簡単かつ容易
に製造できる。
【００２０】この原子炉の出力測定装置はカバーチュー
ブとコア部材の間に環状空隙部とコア部材に密着した温
度センサとを備えたので、温度測定の精度が高く、かつ
断線や絶縁不良等の故障が少なく、信頼性の高いものと
なる。
【００２１】また、コア部材の中心部に形成される内部
孔にロッド状発熱体を圧嵌させて固着させた場合、この
発熱体の発熱によりセンサアッセンブリの感度較正を行
なうことができ、この較正時に熱電対等の温度センサを
過度に加熱することがなく、断線や絶縁不良等の故障が
少ない原子炉の出力測定装置が得られる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明に係る原子炉の出力測定装置の
一実施例について添付図面を参照して説明する。
【００２３】図１は沸騰水型原子炉等の原子炉の出力測
定装置の概略図を示すものであり、この原子炉の出力測
定装置１０は原子炉１１の炉心部１２に複数それぞれ設
置される。図示例では１つのみを代表的に示す。原子炉
の出力測定装置１０は炉内固定式の核分裂電離箱として
の局所出力モニタ系（ＬＰＲＭ）１３と、炉内固定式の
炉内出力較正用検出器を兼ねるロッド状のγサーモメー
タ１４とを備える。ＬＰＲＭ１３は従来のＬＰＲＭと異
ならないので説明を省略する。
【００２４】また、γサーモメータ１４は外径が例えば
１０mm程度の細長い長尺ロッド状センサアッセンブリで
ある。このγサーモロータ１４は炉内出力較正用に限定
されず、炉内出力測定用として用いてもよい。さらに、
γサーモメータ１４は図１に示すように、ＬＰＲＭスト
リング１６内にＬＰＲＭ１３と一体的に設けても、別体
に形成し、単独で設けてもよい。
【００２５】γサーモメータ１４には原子炉炉心部１２
の炉心有効高さＨに対応する実感部を有し、この実感部
に複数、例えば８個のセンサ部１５が軸方向に適宜間隔
をおいて列状に設けられる。γサーモメータ１４は、図
２に示すように、外管としての被覆管であるカバーチュ
ーブ１７内に、金属製ロッド状のコア部材としてのコア
チューブ１８が内管の金属柱として圧嵌されて固着さ
れ、２重管構造のロッド状構造物に形成される。カバー
チューブ１７およびコアチューブ１８はステンレス鋼あ
るいはジルカロイ合金等の伝熱性に優れた金属材料で形
成される。
【００２６】コアチューブ１８の外面は周方向に凹設さ
れて環状の凹部２０が形成され、この環状凹部２０はカ
バーチューブ１７の内面で被覆されて密封され、カバー
チューブ１７との間に環状の空隙部２１が形成される。
環状空隙部２１はγ線サーモメータ１４の実感部の軸方
向に適宜間隔をおいてセンサ部１５の数だけ形成され、
断熱部を構成している。環状空隙部２１にはアルゴンガ
ス等の不活性ガスが充填される。
【００２７】コアチューブ１８に形成される環状凹部２
０は隣り合う環状凹部２０と導通溝２３を介して連通さ
れる。導通溝２３はコアチューブ１８の軸方向に延び、
図３および図４に示すようにセンサ部１５の数だけ放射
状に形成され、コアチューブ１８の外周面に開口してい
る。
【００２８】導通溝２３には温度センサ２５が設置され
る。この温度センサ２５は図４に示すように、１組の差
動型熱電対２６に絶縁被覆２７と金属被覆２８を施した
もので、この金属被覆２８はコアチューブ１８側にロー
付け等で固着される。このとき、熱電対２６等の温度セ
ンサ２５がコアチューブ１８の導通溝２３や環状凹部２
０の底部に良好に密着されるようにロー付けや半田付け
等で固着される。
【００２９】また、コアチューブ１８の中心部に軸方向
に形成される内部孔３０にロッド状発熱体３１が圧嵌さ
れ、固着される。発熱体３１はロッド状ヒータ３２に絶
縁被覆３３および金属被覆３３を施したものである。
【００３０】次に、原子炉の出力測定装置を構成するγ
サーモメータ１４の製造方法を説明する。
【００３１】γサーモメータ１４はγ線照射による発熱
を利用して炉出力を測定するものであり、このγサーモ
メータ１４を製造する場合には、コアチューブ１８の内
部孔にロッド状の発熱体３１を圧嵌して固着した後、コ
アチューブ１８の外側から環状凹部２０と温度センサ２
５用の導通溝２３を切削により形成する。
【００３２】そして、コアチューブ１８の環状凹部２０
や導通溝２３に温度センサ２５である熱電対２６を設置
し、この熱電対設置後に、環状凹部２０に位置される測
定点である高温側接点Ｔｈ部をロー付け等で固着すると
ともに、導通溝２３に低温側接点Ｔｃ部をロー付け等で
固着する。温度センサ２５をロー付け等で固着した後、
コアチューブ１８にカバーチューブ１７を外嵌させて圧
着する。
【００３３】この場合、温度センサ２５としての熱電対
２６はコアチューブ１８の環状凹部２０や導通溝２３に
ロー付け等で固着されており、一体的に密着されている
ので、熱伝導性が高まって変形が生じないので、絶縁不
良が生じにくくなり、図３（Ａ）に示すＴｈポイントや
図３（Ｂ）に示すＴｃポイントで正確に温度測定をする
ことができる。
【００３４】また、熱電対２６はロッド状発熱体３１に
直接接触することがないので、発熱体３１の使用時に熱
電対２６が過度に過熱されることがなく、断線や絶縁不
良等の故障が生じにくくなる。
【００３５】γサーモメータ１４のコアチューブ１８の
軸方向温度分布は、環状空隙部（環状凹部２０）２１が
断熱部として作用するので、従来例と同様であり、セン
サアッセンブリであるγサーモメータ１４が発熱してい
ない場合には、破線ａで示すように平坦であるが、原子
炉の運転により生じる炉心部２１からのγ線の放射線に
より発熱した場合には、実線ｂで示すように表わされ、
断熱性を有する環状空隙部２１で原子炉１１の出力に応
じて高くなる。したがって、この温度上昇分を熱電対２
６等の温度センサ２５を使用して測定することにより、
原子炉１１の出力測定が可能である。
【００３６】また、発熱体３１であるヒータ３２を発熱
することによりコアチューブ１８を直接加熱すると、コ
アチューブ１８には放射線（γ線）照射による発熱の場
合と類似した温度分布が形成され、熱電対２６を過度に
加熱することなく、温度センサ２５の感度較正を行なう
ことができる。
【００３７】γサーモメータ１４は放射線であるγ線に
よる発熱を熱電対２６で測定することにより、γ線発熱
量と比例関係にある周辺燃料からの出力を測定するもの
であり、その測定原理は図５に示すように表わされる。
【００３８】原子炉炉心部１２に固定設置されたγサー
モメータ１４周りの周辺燃料からのγ線照射によりγサ
ーモメータ１４が加熱されると、断熱部である環状空隙
部２１の内側に発生する熱は、断熱部が存在するために
断熱部の両端（軸方向）へ流れる。この軸方向の熱の流
れはセンサ部１５内に軸方向温度分布を生じさせる。差
動型熱電対２６で測定されるこの温度差はγ線発熱量に
比例すると共に、また周辺燃料の熱出力にも比例する。
したがって、γ線による発熱量を測定することにより、
γサーモメータ１４周辺の燃料出力を求めることができ
る。
【００３９】γサーモメータ１４による測定信号は近似
的には次式で与えられる。
【００４０】
【数１】
【００４１】図６〜図８は本発明に係る原子炉の出力測
定装置の他の実施例を示すものである。
【００４２】この実施例に示された原子炉の出力測定装
置であるγサーモメータは、金属製ロッド状のコア部材
４０がロッド状発熱体４１の金属被覆を構成するように
兼用させたものである。コア部材４０はロッド状発熱体
４１のヒータ４３を絶縁被覆４４を介して圧入固着して
おり、ヒータ４３の金属被覆は厚肉構造に形成される。
【００４３】ヒータ４３の金属被覆を構成するコア部材
４０は、外面に周方向に凹設された環状凹部４５を図７
（Ａ）に示すように有し、この環状凹部４５はコア部材
４０の軸方向に間隔をおいて複数個、センサ部の数に対
応して設けられる。コア部材４０に形成される環状凹部
４５間は、軸方向に延びる導通溝４６により相互に連通
され、この導通溝４６および環状凹部４５内に温度セン
サ２５が配置される。導通溝４６は図７（Ｂ）に示すよ
うにコア部材４０の外面に放射状に形成され、内部に収
容される温度センサ２５の密着を容易にしており、温度
センサ２５はコア部材４０の環状凹部４５および導通溝
４６の溝底部にロー付けや半田付け等で一体的に密着さ
れる。
【００４４】ヒータ４３の金属被覆であるコア部材４０
は金属製のカバーチューブ１７に圧嵌されて固着され
る。他の構成は図２〜図４に示すようγサーモメータ１
４のセンサアッセンブリと異ならないので同じ符号を付
して説明を省略する。
【００４５】このγサーモメータにおいても、原子炉内
の放射線によりセンサアッセンブリが発熱した場合や、
内蔵のヒータ３２を発熱した場合には、ヒータ３２の金
属被覆てあるコア部材４０の環状の空隙部２１での温度
が高くなり、一実施例で示したγサーモメータと同様の
効果が得られる。
【００４６】
【発明の効果】以上に述べたように本発明に係る原子炉
の出力測定装置においては、金属製ロッド状のコア部材
とこのコア部材を圧嵌させるカバーチューブとの間に環
状の空隙部を、軸方向に離間して複数箇所形成し、コア
部材の外面に軸方向に延びる導通溝を形成して温度セン
サを設置したセンサアッセンブリを構成したから、温度
センサをコア部材の導通溝に密着させて固着することが
容易にでき、カバーチューブとコア部材の間に環状空隙
部と、コア部材に密着された温度センサを有する原子炉
の出力測定装置を簡単かつ容易に製造できる。
【００４７】この原子炉の出力測定装置はカバーチュー
ブとコア部材の間に環状空隙部とコア部材に密着した温
度センサとを備えたので、温度測定の精度が高く、かつ
断線や絶縁不良等の故障が少なく、信頼性の高いものと
なる。
【００４８】また、コア部材の中心部に形成される内部
孔にロッド状発熱体を圧嵌させて固着させた場合、この
発熱体の発熱によりセンサアッセンブリの感度較正を行
なうことができ、この較正時に熱電対等の温度センサを
過度に加熱することがなく、断線や絶縁不良等の故障が
少ない原子炉の出力測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る原子炉の出力測定装置を示す原理
的な説明図。
【図２】本発明に係る原子炉の出力測定装置のセンサ部
の構造とコアチューブの軸方向温度分布を示す図。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）は図２のＡ−Ａ線およびＢ
−Ｂ線に沿う平断面図。
【図４】図２の原子炉の出力測定装置の温度センサと発
熱体設置の構造を示す拡大図。
【図５】図１のＡ部を拡大したもので、原子炉の出力測
定装置のセンサ部の構造とコアチューブの軸方向温度分
布の測定原理を示す図。
【図６】本発明の他の実施例を示すセンサ部の構造図。
【図７】（Ａ）および（Ｂ）は図６のＡ−Ａ線およびＢ
−Ｂ線に沿う平断面図。
【図８】図６に示される原子炉の出力測定装置の温度セ
ンサと発熱体設置構造例を示す拡大図。
【図９】従来の原子炉の出力測定装置のセンサ部の構造
と内管の軸方向温度分布を示す図。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う平断面図。
【図１１】図９の原子炉の出力測定装置の熱電対とヒー
タ設置部の溝をそれぞれ示す図。
【符号の説明】
１０ 原子炉の出力測定装置 １１ 原子炉 １２ 炉心部 １３ ＬＰＲＭ １４ γサーモメータ（センサアッセンブリ） １５ センサ部 １７ カバーチューブ １８ コアチューブ（コア部材） ２０，４５ 環状凹部 ２１ 環状空隙部 ２３，４６ 導通溝 ２５ 温度センサ ２６ 熱電対 ２７，３３，４４ 絶縁被覆 ２８，３４ 金属被覆 ３１ ロッド状発熱体 ３２，４３ ヒータ ４０ コア部材（金属被覆）

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属製ロッド状のコア部材に金属のカバ
    ーチューブを圧嵌させ、このカバーチューブとコア部材
    との間に環状の空隙部を軸方向に間隔をおいて複数箇所
    形成し、前記コア部材の外面に軸方向に延びる導通溝を
    形成し、この導通溝に案内される温度センサをコア部材
    に設置したセンサアッセンブリを構成し、このセンサア
    ッフセンブリを原子炉内の炉心部に設置し、前記温度セ
    ンサにて前記コア部材の環状空隙部に面する部分の温度
    分布を検出して原子炉出力を測定するように設定したこ
    とを特徴とする原子炉の出力測定装置。
  2. 【請求項２】 コア部材の中心部に形成される内部孔に
    ロッド状発熱体を圧嵌させて固着する一方、コア部材の
    外面に周方向に凹設した環状凹部を、軸方向に間隔をお
    いて複数箇所形成し、各環状凹部間を軸方向に延びる放
    射状の導通溝で連通させた請求項１記載の原子炉の出力
    測定装置。
  3. 【請求項３】 コア部材はロッド状発熱体を絶縁被覆を
    介して覆う金属被覆を兼ねるように構成した請求項１ま
    たは２に記載の原子炉の出力測定装置。
  4. 【請求項４】 金属製ロッド状コア部材の中心部にロッ
    ド状発熱体を圧嵌させた後、コア部材の外面を周方向に
    凹設して環状凹部を、軸方向に間隔をおいて複数箇所切
    削する一方、上記コア部材の外面に軸方向に延びる導通
    溝を形成して温度センサを設置し、その後、コア部材に
    金属のカバーチューブを圧嵌させることを特徴とする原
    子炉の出力測定装置の製造方法。
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