JPS58795A - 半径方向熱流路を有するガンマ線センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉の局部的出力発生を測定するためのイン
コア式ガンマ線熱感知装ｆｋ％ｉｆる。

本出願人が１９７８年３月２１日に出願し冷米国出ｍ第
８８８８８１号Ｋａ局部的出力を測定するためのいくつ
かのガンマ線センサ組立体か開示してあり、これらのガ
ンマＩＩＡ−にンサにおいてけ、ガンマ線加熱材料で作
った細長い一体式の本体がこの細長い本体の内部で発生
した温度差を複数の軸線方向に９にたった測定帯域で測
定するための熱電対を内蔵している。濃度差は測定帯域
の平均体積＃Ｌ流量の一次関数であり、この関数は局部
的出力発生に正比例している。この他に関係のある本出
願人の米国出動としては、１９７９年６月１３日に出願
した米国出願第４８０３２号と１９７９年６月１３日出
願した同第４８０３３号がある。

前記米国出願第８８８８８１号のガンマセンサは、軸線
方向の熱流ノ４ターンを定め、加圧水ｍ原子炉内の各測
定帯域のための温度差測定を行うようになっており、セ
ンサをそう人するための空間Ｆｉたとえば７．５　ｍに
定められていて細長いセンサ本体の外径を限定している
。このような温度差は、細長いセンサ本体を一定外径部
に対して熱伝導関係にある外側ヒートシンクチューブに
よって囲まれた熱抵抗位置またはギャップによって各測
定帯域に発生する。このような配置によっては、高熱抵
抗域における熱電対接点を熱接点とし、それに隣接した
熱電対接点を冷接点とするように軸線方向熱流ノ臂ター
ンが生じる高熱抵抗ギャップは、ギャップ熱損失と無関
係にかつセンサのヒートシンク温度が均一であると仮定
してセンサの温度差信号出力部に正比例する軸線方向長
さを有する。さらに１センサ本体の外径は信号出力部の
レベルに直接にはなんの影響もない。したがって、軸線
方向熱流ｔ４ターンを有する形式のセンサの場合にのみ
、軸線方向ギャップ長さを適当に遺定することによって
空間的な制限があるにもかかわらず適当な信号出力レベ
ルを得ることが出来ると考えられていた。しかしながら
、軸線方向熱流式のセンサには信号の信頼性という点で
問題がある。これは、軸線方向ギャップにおける熱抵抗
が低下して軸線方向ギャップ熱損失が生じ、かつ、セン
サ本体と外側ヒートシンクチューブとの間の接触が不良
になッテヒートシンク温度にずれが生じるからである。

したがって、本発明の重要な目的は信号誤差に対してよ
り信頓性があり、しかも適当な出力信号を与えるととも
にすえ付は状態での必要な物理的強度も与える、原子炉
の局部的出方発生を測定するためのガンマセンサを提供
することにある。別の目的は、直接的な電気的較正を行
うこと″の出来るガンマセンサを提供することにある。

本発明によれば、ガンマセンサにおいて、全外面を直接
冷却剤にさらすことによって細長いガンマ線加熱本体内
Ｋ　ＩＩＩＩＪ御した半径方向熱流路を定め、外径部お
よび縮径部の両方にそって外面におけるヒートシンク温
度を均一にする。各測定帯域に社半径方向熱流が生じ、
その結果、縮径部がそれに隣接した本体の部分より冷た
くなり、センサ本体の外径についてのみの一次関数であ
る、熱電対装置の温度差信号を発生する。沸騰水型原子
炉内のセンサのためのスイースは大きいので、加圧水型
原子炉の小さいスペースにはめ込む半径方向熱流式のセ
ンサの４℃にくらべて、大きい直径のセンサ本体を用い
て２２℃までの温度差を得ることができる。

本発明の半径方向熱流式センサは前記の軸線方向熱流式
のセンサと構造上類似けしてはいるが、囲まれた軸線方
向ギヤラグの熱抵抗の低下および本体と外側ヒートシン
クチューブとの接触不良に関しての欠点を解決している
。外側ヒートシンクチューブを設けないことによって半
径方向熱流式センサ本体の構造保全性を確保するために
センサ本体の縮径部にある環状空間を横切って軸線方向
に薄い金属フィンが設けである。これらのフィンの材料
および寸法は発生した温度差信号にほとんど影響を与え
ないように選定する。

前記米国出願に強調しているガンマ線センサの利点の１
つは、センサの細長い一体式本体を通して長手方向に電
流を導きセンサ使用時にガンマ線で内部的に発生した熱
をまねて熱を内部的に発生させることＫよって電気的な
較正を行うことが出来るということである。しかしなが
ら、センサ本体の縮径部が高い電気抵抗を有し、したが
ってセンサ本体の大径部よりも高い率で熱を発生するの
で軸線方向熱流式センサでは電気加熱効果はガンマ線加
熱効果の逆となる。半径方向熱流式センサのための直接
的な電気較正を行うために本発明の別の特徴によるある
種の較正手段が採用されて電気熱発生率をセンサ本体を
通じてほげ１宇にすることが吊梁る。

較正時には、センサ本体の縮径部に形成した環状の空間
には、熱伝導性および導電性の高いある置の低融点フィ
ラーが部分的に充填される。フィラーの量はセンサ本体
の縮径部および体径部を横切って単位長さあたりの電圧
低下を均等にするように選定される。較正位置に半径方
向熱流路にそった付加的な温度低下をほとんど生じさせ
ないためにフィラーの熱伝導性は高くなければならない
。

較正後、フィラーは溶かしてのぞ〈。

添付図面を参照して、第１図は全体的に符号１２で示す
ガンマ線センサのための代表的な沸騰水型原子炉（全体
的に１０で示す）を示している。センサ１２はこの分野
において周知の要領でグリッピングコーン１４によって
原子炉の上部からそう入される。そう人したときセンサ
の下端は高圧グランド１８を貫ぬいて原子炉容器の低壁
１６から突出し、原子炉の計器側に延びる信号ケーブル
ｎにピンソケット式継手２０によって接続しである。

センサ１２け熔料棒２８の東を−む垂一方向に細長いチ
ャンネル２６４・有・ｔ４−り合＋／？欝中棒−１立体
２４の間に垂直に設置される。これらの溶料組立体は上
部溶料案内構造３０と下方グリッド３２（この下にセン
サが突出する）の間で優イ炉容善内を垂ＩＮＫ延びてい
る。出力発生時に炉料棒からの核分裂生成物のうちガン
マＩｉＩけ複数の垂直方向に隔たった測定帯域において
センサ１２によって検出される。実際には、このような
醐定帯＃け４ないし１０あり、各センサを介して局部的
出力発生測定値が得られる。センサの外形は隣り合った
チ料組立体の間の利用出来る空間に対して出来るだけ大
きく作ってあり、原子炉容器内の冷却剤に外面をさらし
ていて均一なヒートシンク温度を与えるようになって≠
る。

第２．３図でより明りように解るように１細長い一体式
のガンマ線吸収本体３４Ｆｉ、ガンマ線を受けたときに
その性質を何ら蜜えることなく熱を発生する材料、たと
えばステレス鋼３１６番またはジルカロイで作っである
。発生した熱は本体３４の外面３６に向って半径方向の
外方に流れる。

この外方面３６は冷却剤（たとえば水）と蓼接接触する
ことＫよってヒートシンク温度に保たれる。

複数の二重接点熱電対ケーブル３８が本体３４内に装着
してあり、計器ケーブル２２に接続してあって軸線方向
に隔たった測定帯域（第２，３図にＦｉｌつ示しである
）において温度差を測定するようＫなっている。したが
って、センサは第３図に示すように各帯域において示差
熱電対の接点４０゜４２と組合されている。

熱電対ケーブルは細長い本体３４を長手方向に貫ぬいて
形成した中央内径部４４内に装着しである。本体３４は
ほぼ円筒型であり、主要部にそって一定の直径であるが
、各測定帯域に設けた縮径部４６によって中断されてい
る。縮径部４６のところでの本体の一定直径部の軸線方
向の中断は冷域を与え、この冷域内に熱電対接点４２が
設置きれる。このような構造とすることによって、測定
帯域における温度勾配は第４図に示す曲１１４８をたど
る。

第３．４図に示すように冷接点４４け縮径部４６を囲む
冷域内のほぼ中間に設置されている。熱電対ケーブル３
８の先端に隣接した熱接点４０は冷接点４２に対して軸
線方向に隔たった状詐で縮径部４６に隣接した本体３４
の一定直径部と整合している。このようにして熱雷対ケ
ーブルを通して作った温Ｗ測宇部は熱電対接点４０．４
２の軸線方向位置において、原子炉出力発生時に本体３
４を通る一次元的半径方向熱流の影響をうけることにな
る。この半径方向熱流配置では本体３４の内はガンマ線
吸収によって発生する熱の量、（ｒ）は本体の主要部の
半径であり、（Ｋ）Ｆｉ本体の熱伝導性であり、（Ｌ）
は本体の縮径部の軸線方向長さである。

このように、加圧水型、沸騰水型内原子炉につい−て軸
流式センサから得られる温度差信号はセンサの加熱本体
の縮径部の軸線方向長さの関数である。

本発明による半径方向熱流式センサを利用した場合、そ
れＫよって得た温度差信号はセンサ本体の外径または半
径（ｒ）の関数である。したがって、加圧木型原子炉Ｋ
〈らぺて大きな空間を利用出来る沸騰水型原子炉におい
て大きな直径のセンサを用いることによって、温度差信
号出力をより大きくすることが理論的に可能である。実
際には、半径方向熱流式センサによる温度差測定Ｍ１は
加圧木型原子炉では４℃までであり、沸騰水型原子炉で
は２２℃までである。

前記の式はセンサ本体の縮径部の半径に依存する無視し
うる７アクタを省略し、半径方向熱流式センサの場合に
のみ最小となる熱損失を無視しているので近似的なもの
である。このような熱損失社、本体３４を全外面冷却剤
と直接接触させて全体的に均一なヒートシンク温度を与
えているためにさけることが出来る。このようにして、
周部的出力発生時の温度差信号測定値がより正確かつ信
輌性のあるものとなる。欠点となるのは、加圧木型原子
炉のセンサのための空間がより制限されているというこ
とによって与えられる温度差の大きさについての制限が
あるだけである。このような欠点が重要となるかどうか
は発生する信号雑音レベルに依存することになる。

センサ１２の設計および構造においては、さきにのべた
ように、信号レベルに関する限りでは、縮径部４６の寸
法は重要なものでけないが、センサの構造上の強度につ
いては影響を与える。センサを補強し、縮径部の弱化効
果を防ぐために、第２図に示すような半径方向のフィン
５０が設けである。これらのフィンは構造上の強度が高
く、かつ熱伝導性の高い材料で作ってあり、ヒートシン
ク温度および半径方向の熱の流れに対する影響は無視す
る程度のものである。

センサ１２によって得られる測定値の精度はすえつける
前の較正に依存する。この較正にセンサ本体３４を第５
図に示すように電源５２に接続して長手方向に電流を流
し、本体の内部に電気的な発熱を起すことによって行わ
れる。第６図の曲線５４で示すようにセンナ本体の長さ
方向に不均一な電圧低下が普通化じる。これは縮径部４
６の電気抵抗が高いためである。この電圧低下は、較正
電流を流して加熱しているときに本体の縮径部４６と並
列に電流路を設けることによって曲線１６によって示す
ように均一にすることが出来る。この目的のために第５
図に示すように本体のまわりに環状のフィラーリング５
８を装着する。このフィラーは熱伝導性および導電性が
高くかつ融点が低い材料で作っである。たとえば銀ろう
が適当である。フィラーの量は、縮径ｓ４６と主要直径
部の単位長さ当りの電圧低下を等しくして第６図に示す
均一な電圧低下曲線５６を得るように定められる。フィ
ラーの熱伝導性および導電性が高いために、本体３４に
対するなんらかの付加的な加熱の影響をさけることが出
来る。フィラーが低融点を持っているため、較正が完了
したのちそれを溶かして容易に除去することが出来る。

さきにのべたように準備したのち本体３４を電気的に加
熱すると、第５図に示すように熱電対接点４０．４２を
横切って温度差信号（ΔＴ）がえられ、加熱電流を愛他
させることによって第７図の構成面１ｉＡ６０によって
示すように信号（ΔＴ）対電流加熱効果をグロットする
ことができる。各センサごとにグロットしたこれらの曲
鞠の勾配け℃／ワット／グラムによって感度ファクタを
表わしている。実際には、半径方向熱流式センサの感度
７アクタけ４ないし４ｏ℃／ワット／グラムである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガンマ線センサを使用している沸
騰水型原子炉を通る部分側断面図である。 第２図は第１図の２−２線に沿った拡大横断面図である
。 第３図は第２図の３−３！ＩＫ沿った側断面図である。 第４図は第３１ｉ！ｉｆｆに示すセンサの一部に対応す
る温度勾配のグラフを示す図である。 第５ｖｌＪはすえ付ける前に電気的な較正作業を行なっ
ているセンサの部分縦断面図である。 第６図は電気的な較正中のセンサ本体に沿った電圧低下
特性のグラフを示す図である。 第７ＷＪＦｉ本発明による構成を行ったときに得られた
構成ファクタ曲線のグラフを示す図である。 １０・・・原子炉、１２・・・センサ、２４・・・溶料
組立体、４０．４２・・・接点、４４・・・中央内径部
、４６・・・縮径部、５０・・・フィン、５２・・・電
源。 手続補正書（方式） 昭和５７ＸＩ−８月　４　ｒ＋ 特許庁長官　若　杉　和　夫　　　殿 １、事件の表示 昭和５７年特　許　願第　６５５５０　　号２、発明の
名称 半径方向熱流路を有するガンマ線センサ３、補正をする
者 事件との関係　４ＩＦＦ出動人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　Ｉｌｊ子炉の燃料組立体内の局部的出力発生
   を測定する装置であって、長手方向軸線に沿って、熱伝
   導性溝、電性材料で作っであるガンマ線吸収体と、この
   ガンマ線吸収体内に装着してあって複数の局部的測定帯
   域の各々に軸線方向に隔たった温度差感知接点を定めて
   いる細長い熱電対装置と、前記ガンマＩｔｇ＆収体の外
   部に均一なヒートシンク温度を定めて前記熱電対装置の
   接点からの半径方向熱流路を与える装置と、前記局部的
   測定帯域の各々において前記ガンマ線吸収体内に設けて
   あって、前記細長いガンマ線吸収装置の抵抗を受けて熱
   的、電気的なずれを定め、前記熱電対装置の前記接点を
   棲切って温度差信号発生する軸線方向に延びる装置とを
   包含することを特徴とする装置。 （２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記
   軸線方向に延びる装置が前記ガンマ線吸収体の縮径部を
   包含することを特徴とする装置ｆツ（３）特許請求の範
   囲部２項記載の装置にｊ５いて、前記ヒートシンク温度
   設置装置が前記ガンマ線吸収体の全外面と接触する冷却
   剤を包含することを特徴とする装置。 （４）特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記
   ヒートシンク温度設置装置が前記ガンマＩＩＪ吸収体の
   全外面と接触する冷却剤を包含することを特徴とする装
   置。 （５１原子炉内の局部的出力発生を測定する装置であっ
   て、長手方向軸線に沿って細長くなっていて、その縮径
   部によって長手方向軸線に沿って設けられている軸線方
   向に隔たった位置において、半径方向熱流路を定めるヒ
   ートシンク外面を有するガンマ線吸収体と、前記ヒート
   シンク外面と接触するように冷却剤を保持する装置と、
   前記軸線方向に隔たった位置の間の温度差を内部？ｌｌ
   ｌ宙するための温度差感知装置とを包含することを特徴
   とする装置。 （６）特許請求の範囲第５項記載の装置において、前記
   ガンマＩＨＰｔ収体が中央内径部を備えており、この内
   径部に前記温度差感知装置が装置しであることを特徴と
   する装置。 （７）特許請求の範囲第５項記載の装ｆｌにおいて、前
   記温度差感知装置が熱電対を包含し、この熟１対が縮径
   部と整合する位置の１つに設けた冷接点とそこに接近し
   た熱接点とを有することな特徴とする装置。 （８）特許請求の範囲第１０項記載の装置において、細
   径部かも半径方向に延びる熱伝導性の高い材料で作った
   補強フィンを包含することを特徴にする装置。 （９）熱伝導性材料で作った細長い一体式の本体を有し
   、この本体内に軸線方向ＫＦｉ４ｅった内部点から熱流
   路が設けられており、これら内部点の間で本体の一部を
   縮企するとｋＫよって湿度！！が発生するようｋなって
   いるガンマ線センサを検量する方法であって、前記本体
   を通して長手方向に加熱電流を通してその内部を加熱し
   、前記軸線方向に隔たった内部点を槽切る濃度差をｌ１
   ｌｔＦシ、加熱電流を肇えて本体内に発生した熱と測定
   温度差との関係を定めることを特徴とする方法。 ＱＱ　　特許請求の範囲第９項記載の方法において、前
   記熱流路が前記軸線方向に１之った内部点の内方から半
   径方向に延びており、さらに、加熱用電流を本体に流す
   前に本体の縮径部に伝導性フィラーを加えて単位長さ当
   りの電圧低下を均一にし、較正完了時に本体さらフィラ
   ーをはずすことを特徴とする方法Ｏ ａυ　特許請求の範囲第１０項記載の方法において、前
   記フィラーが融点が低い材料で作ってあり、それを溶す
   ことＫよって除去することを特徴とする方法。