JPS59195192A - 原子炉炉心状態監視装置 - 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】 し発明の技術分野］ 本発明は、原子炉の起動運転時の炉心状態を監視する装
置に係り、特に制御棒引抜きに伴ない達成される臨界状
態を高精度で判定することのできる原子炉炉心状態監視
装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 原子炉プラントの起動運転は、炉内に挿入されている複
数の一制御棒を順次引抜くことにより行なわれる。その
際、制御棒の引抜きは未臨界度が高い場合にはそれほど
気配りすることな〈実施できるが、臨界に接近している
場合には制御棒の操作を慎重に行なう必要がある。それ
は、臨界接近あるいは臨界点の確認を誤まって制御棒の
引抜きを行なえば、炉内に過度の反応度が加わって、原
子炉のスクラムが発生するケースが少なくないからであ
る。

従来は、運転員が中性子検出器の読み値を基に、中性子
束の倍加時間（ｄｏｕｂｌｉｎｇ　ｔｉｍｅ　）あるい
はペリオドを計算して臨界点を求め、それに応じて制御
棒の引抜き操作を実施していた。しかしながら、中性子
検出器による指示値は通常大幅に振れているものであり
、このような状態でペリオド等を求めても信頼性に乏し
い。

このように、炉心状態の臨界接近あるいは臨界点を求め
ることは重要な意義を持つものであり、それ故、臨界状
態を高精度で推定できる信頼性の高い原子炉炉心状態監
視装置の出現が望まれていた。

［発明の目的コ 本発明はかかる点に対処してなされたもので、原子炉の
起動運転時の制御棒引抜き操作にあたって、臨界接近あ
るいは臨界点を正確に求めることのできる原子炉炉心状
態監視装置提供しようとするものである。

［発明の概要］ すなわら本発明は、原子炉炉心内の中性子束を検出する
炉内中性子検出器と、この炉内中性子検出器の出力信号
を入力しデータとして記憶するデータ収集装置と、この
データ収集装置に記憶されたデータを用いてペリオドあ
るいはペリオドの逆数を算出する炉心状態演算装置と、
この炉心状態演算装置の計算結果から原子炉の臨界判定
を行なう臨界判定装置とから成ることを特徴とする原子
炉炉心状態監視装置である。

［発明の実施例］ 以下。図面に示す一実施例を用いて本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図で、本装置
は原子炉１内に設置されている炉内中性子検出器２と、
炉内中性子検出器２の検出信号を定期的に収集しデータ
として記憶づるデータ収集装置３と、データ収集装置３
に記憶されているデータを用いてペリオドあるいは未臨
界度を計綽する炉心状態演算装置４と、炉心状態演算装
置４の計算結果から臨界接近あるいは臨界点を判定すφ
臨界判定装置５と、このような判定結果を表示する表示
装置６とから主体部分が構成されている。

一般に、沸騰水形原子炉１内には、炉心内に挿入されて
いる制御棒の位置や炉心の冷却材流量、圧力、温度等の
プロセス量を検出する各種検出器とともに、炉心内の中
性子束を検出する炉内中性子検出器２が設置されている
。この炉内中性子検出器２としては、起動から定格出力
レベル到達点までの間に次の３つの検出器系がそれぞれ
の中性子束レベル領域に応じて用いられる。すなわち、
（イ）中性子源領域モニタ（３ｏｕｒｃｅ　ｒａｎｇｅ
　ｍ。

ｎ１ｔｏｒ、略してＳＲＭ）系 （ロ）中間領域モニタ（Ｉ　ｎｔｅｒｍｅｄ＋ａｔｅ　
ｒａｎ（ｌｅｍｏｎｉｔｏｒ、略してＩＲＭ）系 （ハ）平均出力モニタ（Ａ　ｖｅｒａｏｅ　ｐｏｗｅｒ
　ｒａｒ＋ｇｅｍｏｎｉｔｏｒ、略してＡＰＲＭ）系 であり、このうち本発明の臨界状態を監視するための中
性子検出器にはＳＲＭ−系が用いられる。このＳＲＭは
炉内数ケ所に設置されており、その検出信号は、全てデ
ータ収集装置３に一定時間毎に入力され、履歴データと
して記憶される。

炉心状態演算装置４はこのデータ収集装置３に記憶され
たデータを用いて、以下に説明フる計４方法に従って、
ペリオドを算出する。

炉内中性子総数をＮ　（ｔ　）とし、遅発中性子がなか
ったと仮定すれば、原子炉の動特性方程式は（１／Ｎ　
（ｔ　）　）・（ｄ　Ｎ−（ｔ　）　／ｄｔ）−ρ（ｔ
）／β・・・・・・（１） となる。式中、ぶは中性子寿命、ρ（１）は反応度であ
る。そして、この（１）式の左辺の逆数がペリオドＴ（
ｔ）となる。すなわち、 Ｔ　　（ｔ　　）−１／（（１／Ｎ　　（ｔ　　）　　
）　　・（ｄ　　Ｎ　　（ｔ　　）　／ｄｔ）　　）　
　・・・・・・　（２）ここで扱うのは、未臨界から臨
界にかけての領域であるから、（２）式から次式が導か
れる。

ｄ　Ｎ　（ｔ　、＞　／ｄｔ ＝（Ｌ／Ｔ＞　　　・　　（Ｎ（ｔ））　　＋　Ｓ　　
・・・　・・・　〈　３　）式中、Ｓは中性子源が発生
する中性子数である。

この（３）式を差分化すると、 ＜Ｎ、　　　＝Ｎ　、、Ｌ−１）　　／　　Δ−（１／
Ｔ）・Ｎ、−＋＋Ｓ・・・・・・（４）となる。

ここで、Ａ＝１／Ｔとし、（４）式より（四−１）番目
の測定値ＮＬ、、からｎ番目の中性子レベルＮを推定す
るとすれば、 Ｎ、＝Δ△Ｎ’　ｎ−＋　十Ｎ’　ｎ−＋＋ΔＳ・・・
・・・（５）となる。

（５）式より推定値Ｎと測定値Ｎ′の差が最小となるよ
うに、ＡとＳを定めるようにする。すなわち、次の評価
関数を最小にするＡとＳを定めることにする。

Ｊ＝Σ　（Ｎ□−Ｎ’、）２ ＝　Σ　　＜Ｎ、：　　　−へ　Ａ　　Ｎ　　’　　ｈ
　−１Ｎ　　’　　ｐ　−１−ΔＳ）２　・・・・・・
　（６） この（６）式をＡとＳとに関してそれぞれ微分すれば、 ｄＪ／ｄＡ −２Σ（Ｎ’ｗ−＋　　Ｎ：十ΔＡＮ’。−１＋ΔＳ）
Ｎ’、Ａ−＋　・Δ＝Ｏ・・・・・・（７）ｄＪ／ｄｓ
＝２２二　（Ｎ’　ｖ、−１−Ｎ’＋ΔＡＮ’ｈ−＋　
　＋ΔＳ）・Δ−０・・・・・・（８）が成り立つから
、この（７）、（８）式よりＮ′。−１−Ｎ′、十ΔＡ
Ｎ’へ一１＋ΔＳ−〇・・・・・・（９） となる。

ここで、Ｓは中性子源を示すものであり、本来一定値で
あるから、Ｓに関しては制御棒の全挿入状態、すなわち
中性子源のみの状態で一度算出すれば、Ｓは既知となる
から（９）式によってＡが求められる。

このように、炉心状態演算装置５において、データ収集
装置３から中性子検出信号Ｎ′の時系列データを順次入
力することにより、ペリオドＴ又は未臨界度１／Ｔが容
易に算出される。この時、複数のＳＲＭによる個々の出
ツク信号は平均化して用いることもできる。ついで、炉
心状態演算装置４により算出されたペリオドあるいは未
臨界度から、臨界判定装置５において臨界接近あるいは
臨界が判定され、その結果がＣＲＴやプリンター等の表
示装置６に表示されて、運転員に適切な炉心情報が提示
される。

第２図は、本発明の原子炉炉心状態監視装置により臨界
判定を行なった一例を示すもので、図中、プロットされ
る黒点は、炉心状態演算装置５によりデータ収集装置４
に保存されＣあるＳＲＭデータの平均値から算出された
ペリオドの逆数１／Ｔであり、実線で示した曲線ａは制
御棒引抜率である。この図から、１／Ｔのプロットは、
制御棒の引抜きに従って、それとほぼ比例して上昇し、
９６分後に臨界に達したことが判定される。一方、従来
の運転員による臨界確認では１００分後であっだ。尚、
この図で１００分後に１／Ｔがやや下がっているが、こ
れは検出器の劣化を防ぐために運転員が、ＳＲＭ検出器
を炉内から引抜く作業を行なったためである。

［発明の効果］ 以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、原
子炉の未臨界度や臨界接近、ざらには臨界点が明瞭に判
定でき、従って臨界近傍での過度の制御棒引抜きによる
中性子束の急上昇、ひいては原子炉のスクラムに至る事
態を未然に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図は本発明による制御棒引抜率に対応するペリオドの
逆数１／Ｔのブロワｌ〜を示すグラフである。 １・・・・・・・・・・・・原子炉 ２・・・・・・・・・・・・炉内中性子検出器３・・・
・・・・・・・・・データ収集装置４・・・・・・・・
・・・・炉心状態演算装置５・・・・・・・・・・・・
臨界判定装置６・・・・・・・・・・・・表示装置 代理人弁理士　　　須　山　佐　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉炉心内の中性子束を検出する炉内中性子検
   出器と、この炉内中性子検出器の出力信号を入力しデー
   タとして記憶するデータ収集装置と、このデータ収集装
   置に記憶されたデータを用いてペリオドあるいはペリオ
   ドの逆数を算出する炉心状態演算装置と、この炉心状態
   演算装置の計算結果から原子炉の臨界判定を行なう臨界
   判定装置とから成ることを特徴とする原子炉炉心状態監
   視装置。