JPS6138595A - 炉心におけるキセノン過渡状態の制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、加圧水型原子炉のキセノン予測制御方法及び
装置に関し、特にキセノン分布及びその分布の傾向を表
わすディスプレイ即ち表示を発生させるために使用され
る、加圧水型原子炉の炉心の軸方向の各点ごとのキセノ
ン分布及びその変化速度（率）を定めるための方法、並
びに、軸方向の出力分布を間接的に制御するための自動
式のキセノンモード制御装置に関する。

〔従来の技術〕

原子力発電所において、核分裂物質は、核分裂物質に中
性子が衝突したことによって生ずる核分裂反応が、持続
的な過程を維持するに足る余分な中性子を放出するよう
に、原子炉の炉心内に配置されている。この過程によっ
て発生した熱は、炉心を循環する冷却材によって取出さ
れ、電力の発生に利用される。原子炉の出力レベルは、
核分裂反応の発生に利用可能な中性子の量を調節するこ
とによって制御する。加圧〜水型原子炉（ＰＷＲ）の中
性子密度は、炉心に挿入される中性子吸収棒と、原子炉
の冷却材として作用する水に溶解している可変量の中性
子吸収物質と、によって制御される。反応度は、核分裂
反応と適合できるエネルギーレベルまで中性子を減速さ
せるための減速機として用いられる冷却材の温度によっ
ても影響される。

炉心の核分裂反応の副生成物は、キセノン′１３５　（
１ｓ’Ｘｅ）であり、これは中性子吸収断面積が非常に
大きいため原子炉に対する大きな負担となる。′３５Ｘ
θは、核分裂によっても少量は直接生成されるが、ヨウ
素１３５　（１Ｈ５工）（これ自身核分裂の直接又は間
接の生成物である）のべ−タ崩壊によって主に生成され
る。ヨウ素の半減期は６．７時間であるため、原子炉内
のキセノンレベルの確立は、出力の増大よりも遅れる。

１Ｓ５Ｘ■は、温和な娘種に崩壊するが、半減期は９．
２時間であるため、出力時に大部分のキセノンは、無害
な同位体である１５４　Ｘ、Ｊに、中性子吸収により変
化しているため、定常状態では、＋５５　Ｘｅの平衡レ
ベルになっている。出力、従って中性子束が減少すると
、キセノンレベルは実質的に高くなり、数時間に亘って
この高値に保たれる。この状態は、この減少後に出力状
態に戻る原子炉の能力を制限すると共に、炉心中の出力
分布に悪影響を与えることがよくある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

原子炉の運転は、任意の時点において存在するキセノン
の全量だけでなく、キセノンの空間的分布にも依存する
。キセノンは核分裂反応の結果として生成されるため、
キセノンの局所的な濃度は、炉心全体に亘る出力の空間
分布に従う。原子炉が出力減少後に出力を回復する際に
、キセノンの局所的な濃度は、局所的な中性子束密度、
従って、所要の負荷の分担を発生させるための各々の炉
心区画の能力、に影響を与える。

１３５ｘθの空間分布を適切に管理しないと、炉心の一
部にホットスポットが発生し、それによって燃料セルの
被覆が損傷を受けることになり、放射線の放出に対する
第１障壁が破壊されてしまう。

制御棒は炉心内に垂直に挿入されたり引抜かれたりする
ため、出力の軸方向分布、従って、キセノン分布に、直
接に影響を及ぼす。そのため制御棒は、これらを制御す
るために使用し得る。制御棒は、径方向出力分布に対す
る影響が特定の限度内に収まるように、対称な群ごとに
作動させる。制御棒の不適切な移動は、軸方向出力、従
ってキセノン分布の、許容認できないひずみをもたらす
ことがあるため、キセノンの軸方向分布を限度内に自動
的に保つか、又は、操作者による手動制御をそのように
誘導し得るようなシステムがあれば、非常に有用である
。

原子炉の軸方向出力分布は、軸方向オフセットとして測
定される。これは、炉心の上半部と下半部との出力の差
を全出力で割算した商として計算された係数である。こ
の軸方向オフセットは、炉心に沿って軸方向に分布させ
た中性子束検出器を用いて測定される。この目的のため
には、通常は、炉心外の検出器が用いられるが、炉心内
の計器を用いて出力を測定する場合もある。軸方向出力
分布の各点の指示値を与えるために、検出器間の補間を
行うことも知られている。

各々の原子炉は、目標となる軸方向オフセットを有し、
この値は、燃料サイクルを通じて周期的に変更される。

今日では、軸方向オフセットを一定に保つように原子炉
を稼動させるのがふつうである。負荷に追従しながら原
子炉を制御するそのような制御方式は、米国特許第４．
０５７，４６５号に開示されている。この方式によれば
、制御棒の位置を使用して軸方向出力を調整するととも
に、反応度は、他の棒及び／又は原子炉の冷却材中に溶
解した可溶性毒物によって制御している。米国特許第４
，２２２，８２２号に記載された更に改良された方式に
よれば、冷却材温度の制御された減少によって負荷の急
激な変動に対処しており、これは、炉心全体を通じてわ
ずかな出力変化を一様に行なわせることにより、軸方向
の出力分布に影響を及ぼさない。

今日では、原子炉の稼動エンベロープのそうした制御計
画によって課される制約を除くために軸方向オフセット
を一定に保つ要求を緩和することに関心が持たれている
。しかし、そうした状況下では、非常に゛保守的になら
ざるを得ない操作員の判断によらない限り、キセノンの
空間分布が原子炉の技術的限界に近付く方向に傾いてい
ないことを保証するための明確な規準は未だない。そう
した戦略（方式）を実施する上での主たる難点は、キセ
ノン分布の過渡現象に関係している。これらの過渡値は
、キセノン平衡に達する前に一定出力レベルにおいて生
ずるキセノンの空間分布の過渡値、及び出力レベルの変
化によってもたらされる全体的なキセノン分布の変化を
含むものである。負荷変化のパターンが形成される負荷
追従（通常は、２４時間サイクルの日負荷追従）の間に
、キセノンは平衡に達することはないため、キセノンの
過渡状態が常に存在している。操作者が軸方向出力分布
を制御する際の有用な情報を得るために、δ線（デルタ
フラックス）項に対する位相面グラフ上にδヨウ素環を
プロットすることは、以前から提案されているが、この
概念は実際には具体化されるには至っていない。

従って本発明の目的は原子炉におけるキセノンの過渡状
態を減少させるための方法と装置を提供することである
。

「問題点を解決するための手段」 上記の目的を達成する方法として１本発明は原子炉出力
の空間分布及び原子炉の出力レベルを調整する制御棒５
を有する加圧水型原子炉のキセノン予測制御方法であっ
て、オンライン状態で、軸方向に隔だてられた複数の位
置において上記原子炉の炉心−の中性子束を測定する工
程、現在の＋　５５　Ｘ１３の軸方向分布を表わす信号
（Ｘ（Ｚ、ｔ））と、＋　３５　Ｘｅの軸方向分布の現
在の変化速度を表わす信号（ｄＸ（ｚ、ｔ）／ｄｔ　）
とを、各点ごとに、上記中性子束の測定値１５から反復
的に発生させる工程、上記＋　３５　Ｘｅの分布を表わ
す信号とその変化速度を表わす信号とから、１Ｓ５　Ｘ
ｅの過渡値を減少させるための制御信号６７を発生させ
る工程、及び該制御信号を用いて制御棒の位置を制御し
Ｉ　Ｂ５　Ｘ　ｅの空間的過渡値を減衰させる工程、加
圧水型原子炉のキセノン予測制御方法、を提供する。

また、上記の目的を達成する装置として、本発明は原子
炉出力の空間分布及び原子炉の出力レベルを調節するた
めの制御棒５を有する加圧水型原子炉のキセノン予測制
御装置であって、軸方向に隔てられた複数の位置におい
て上記原子炉の炉心の中性子束を測定する測定手段と、
上記測定された中性子束から、Ｓ　５５　Ｘｅの現在の
軸方向分布信号と、１５Ｓ　Ｘｅの軸方向分布の変化速
度信号とを、各点ごとに反復的に発生させるとともに、
＋　Ｂ５　Ｘｅの過渡値を減少させる制御信号を発生さ
せる信号発生手段と、該制御信号に応答し、Ｉ　Ｒ５Ｘ
１３過渡状態を減少させるように該制御棒を位置決めす
る位置決め手段とを有する加圧水型原子炉のキセノン予
測制御装置、を提供する。

〔作　用〕

本発明によれば、中性子束の軸方向分布の測定から、加
圧水型原子炉の炉心内の１ｓ５Ｘ■の空間分布の傾向を
表わす信号を発生させる。１００チ出力平衡時の分布に
対して標準化された全出力平衡キセノン分布と実際の１
５５　Ｘ　ｅ分布との間の各点ごとの差の炉心上半部と
炉心下半部とに対する差として計算された、歪みを示す
傾向信号と、標準化された歪みの変化速度（率）とを、
キセノンモード制御装置で、＋　３５　Ｘｅの自由振動
の減衰を含めて、ｊＳ５　ｚｅの過渡値の大きさを減少
させる。これらの歪み信号及び歪み変化速度信号を用い
て、Ｘ５５　Ｘ　ｅ分布の傾向、補正動作を行なうべき
か否か、また、行なう場合は、どんな動作を行なうべき
かを、明確な複雑でない形で操作者に可視表示（ディス
プレイ）することも可能となる。ディスプレイは、横軸
上に左方に増大する歪をプロット表示し、変化速度は、
縦軸上に下向きに増大する変化速度をプロット表示し、
自由振動がディスプレイ上に円を描き、制御棒の挿入が
その円を下方に移動させ、制御棒の引抜きがそれを上方
に移動させるように換算されている。

炉心の状態及び炉心の重要なパラメータの傾向を理解す
る上で有用な情報を操作者に与えるための他のディスプ
レイを発生させてもよい。

例えば各点ごとの１５５　Ｘｅ濃度の可視表示を提示し
、それを、全出力−全制御棒引抜き一平衡キセノン分布
に重ね合せることができる。炉心部の逐次の高さにおい
ての１８５　Ｘｅの変化速度を操作者に提示してもよい
。ヨウ素濃度及び変化速度も必要に応じて、同様に提示
し得る。別の有用な提示には、比較のための、過去の成
る選択された時点の軸方向出力分布が含まれていてもよ
い。これら種々のディスプレイには、操作員が状況を評
価し、処置を取るべきか否か、また、どんな処置を取る
べきかを決定する助けとなるための制御棒の位置が含ま
れてもよい。

〔実施例〕

次に、本発明の好ましい実施例を図面に基づいて一層詳
細に説明する。

第１図には１本発明に従って作動する加圧水型原子炉（
以下、ＰＷＲと略称する）による原子力発電所が、ブロ
ック線図により示されている。

ＰＷＲは、原子炉容器６中に収納した核分裂性物質の炉
心１を有し、制御棒５は、制御棒駆動制御装置９の制御
の下に、棒駆動装置７によって、炉心１の内部に位置決
めされる。炉心外の多区画の検出器１１は、はぼ円筒状
の炉心１の長手方向軸線に沿って１例えば４つのレベル
で、炉心１から排出される中性子束１３を測定する。

尚、ここでは、当該技術において広く用いられている炉
心外検出器１１を用いたが、炉心内で中性子検出器を使
用してもよい。

多区画の検出器１１によって発生した中性子束信号１５
は、制御棒位置信号１７と共に、信号処理装置１９に供
給される。信号処理装置１９は、適切な換算動作、補償
動作、サージ制御動作、隔離動作及びバッファー動作を
原信号に適用する。処理された信号は、原子炉制御装置
２３によって発生された補償−標準化温度−出力信号と
共に、軸方向出力分布合成装置２５に供給される。合成
装置２５は、例えば米国特許第４．０７９，２３６号に
示された公知の技術を用いて、径方向に平均化された炉
心１内の軸方向出力分布の各点のプロフィルを発生させ
る。この公知技術には、軸方向に隔てられた複数のレベ
ルにおいて補間法によって出力密度信号を発生させるこ
とが含まれる。一般に、少なくとも約１８レベルの出力
密度を計算すべきであり、約２４レベルになると相当に
良い結果が得られるが、約４０レベルが好ましいもので
ある。一般に、これよりも細かな補間によっては、比例
的に良好な結果が得られるきは限らない。

軸方向の各点ごとの出力分布から、熱中性子型原子炉の
炉心内の任意の点における１３５工及び＋　３６　Ｘｅ
の過渡的な挙動を記述する次の周知の微分方程式に基づ
いて、各点ごとのヨウ素濃度及びキセノン濃度が、ヨウ
素及びキセノン濃度計算機２７において得られる。

一層（ｚ、ｔ）吋（ｚ）Ｘ（ｚ、ｔ）−λｘＸ（ｚ　、
ｔ）　　（２１ここに Ｉ（ｚ、ｔ）　　＝炉心内のレベル２の１　ｃｍ”　”
Ａりの現在の＋ａｓ工の原子数密度 Ｘ（ｚ、ｔ）　　＝レベル２の１　ｃｍ”当りの現在の
１３５　Ｘ　ｅの原子数密度 ψ（ｚ、ｔ）　　＝レベル２の現在の中性子束密度Σｆ
（ｚ）　　＝レベル２のマクロ核分裂断面積Ｙエ　　　
＝１３５１の核分裂収率 ｙｘ＝＝　１３５Ｘｅの核分裂収率 λエ　　　＝７３５工の崩壊定数 λｘ＝１３５Ｘθの崩壊定数 σ＝（ｚ）＝レベル２での１ＳＳ　Ｘ　ｅのミクロ吸収
断面積 式（１）において、右辺の第１項は、核分裂による１３
５工の生成速度を、また第２項は、＋３５１の崩壊速度
を、それぞれ表わしている。式（２）において第１項は
、核分裂による１３５　Ｘｅの生成速度を、第２項は、
′３５工の崩壊による１３５Ｘ■の生成速度を、第３項
は、中性子吸収による＋　Ｓ５　Ｘｅから１３６Ｘｅへ
の変換速度を、また第４項は、＋　５Ｓ　Ｘｅの崩壊速
度を、それぞれ表わしている。

本願においては、便宜上、次の変換がなされる。

ｑ（ｚ、ｔ）＝Ｍψ（ｘ、ｔ）Σｆ（ｚ）　　　　　　
　　　（３１ここに ＋１（Ｚｊｔ）　　＝炉心のレベル２における現在の軸
方向平均直線出力分布（ＫＷ／ｆｔ） Ｍ　　　＝定数 式（３）をヨウ素の式（１）に代入して、そして、 次に、 と定義すると、次式 ％式％ ■（ｚ、１）　　＝レベル２における現在の換算された
ヨウ素濃度 である。

従って、平衡状態では、換算されたヨウ素濃度工（Ｚ）
は、炉心１のどの点においても同じ大きさｑ　（ｚ）　
（その点の直線出力密度）を有する。

同じ直線出力分布の代入を行い、次の定義を用いること
によって、キセノンの式（２）は、となる。

Ｎを用いて、 −（１＋ｑ（ｚ、ｔ）Ｎ（ｚ））Ｘ（ｚ、ｔ）が得られ
る。ここにＹ３．／Ｙｘは、１３５工の収率ニ対するＩ
　Ｒ５Ｘｅの収率の比である。この比の値は、常に小さ
く、任意の時点において炉心１内の燃料比にわずかに依
存する。パラメータＮは、全出力時のキセノン・バーン
アウト速度の、その崩壊速度に対する比を表わしている
。Ｎの値は原則として計算可能であるが、測定したキセ
ノン過渡値に、計算したキセノン過渡値を整合させるた
めに使用される経験的な定数としてＮを取扱った方がよ
り都合がよい。パラメータＮは、燃焼（バーンアップ）
によって生じた炉心位置にΣｆが依存する結果、炉心１
の高さに多少依存する。しかし、パラメータＮの空間依
存度を無視しても、キセノンの軸方向分布にはほとんど
誤差が導入されないことが経験的にわかっている。

軸方向出力分布表示の更新サイクルは、１５５工及び１
５５工の半減期に比べて、１分間に１回程度で、非常に
短かいため、ヨウ素の式（７）及びキセノンの式ａ〔を
積分すると、それぞれ となる。

なお、通常の場合、定格出力の２５％程度の成る。最小
値よりも低い炉心出力レベルにおいて、重要な分数値の
誤差が、合成装置２５において合成される軸方向出力分
布において起こり得ることが、多区画の炉心外検出器１
１による操作上の経験により示されている。しかし、直
線密度（上記のｑ）の絶対誤差の値は小さいままである
が、キセノン濃度の軸方向分布値の更新は、大きな誤差
の蓄積を伴なイっずにできることが期待される。炉心が
零出力又は運転停止になっている時は、全ての炉心高さ
についてｑ（ｚ）の値を単に０に等しいとすることが適
当である。

合成装置２５において発生する軸方向出力及びヨウ素及
びキセノンの濃度の各点の分布、並びに計算機２７にお
いて発生するこれらの濃度変化速度を用いて、操作者に
とって有用な多くの表示を、ディスプレイ２９に発生さ
せることができる。各点の軸方向出力分布を表示するこ
とは、既に上記従来技術により提案されている。

操作者が現在の状態を制限値と比較して評価し得るよう
に、軸方向出力分布のｌ１００Ａ　（冷却材喪失事故）
制限を表示に含めることも、既に提案されている。

本発明によって、その他のいくつかの有益な表示が可能
となる。例えば、離散した各点３６によって示された（
相対的な単位による）全部の制御棒を有効に引出した基
準の全出力状態に対する１３５Ｘθの平衡分布と共に、
（同じ単位による）現在の１３５Ｘｅの炉心平均軸方向
分布を、第２図の実線部分３１で示すように表示するこ
とができる。Ｄバンクの制御棒の位置３５も表示できる
。操作者は、現在のキセノン分布を基準分布と比較する
ことによって、例えば、（イ）　キセノンの不平衡の結
果である現在の軸方向出力分布の歪みの方向と、その（
定量的な）大きさ、並びに、 （Ｉ：ＩＩ　　不平衡キセノンが炉心の全体的な平衡に
影響する度合、 を容易に決定することができる。

第３図に示した第２の表示は、離散状の点３９によって
示した零変化速度と比較した場合の、炉心内の種々の高
さにおける実線３７によって示された　　Ｘθの濃度の
（相対的単位による）変化速度である。制御棒バンクＤ
の位置４１も表示できる。１３５Ｘｅの濃度の変化速度
によって、操作者は、 （イ）現在の出力レベル及び制御棒の形態が大きくは変
化しない場合に、軸方向キセノン分布、及び、推測によ
り、軸方向出力分布が近い将来にどのように変化するか
、 （（ロ）現存するキセノンの空間的過渡状態を安定にし
又は抑制するための最近の制御動作又は進行している制
動動作が、どの程度有効か（する５ 即ち、　　Ｘθの濃度変化速度は絶対的な意味で炉心１
の頂部及び底部双方において増加しているか）、 Ｈｌ３６Ｘ■が過渡値をとる結果、炉心部の反応度の平
衡がどの程度早く変化するか、及び、やはり推゛測によ
り、近似的に、制御棒の位置及び／又は可溶性ホウ素濃
度又は他の制御機構、例えば、改良加圧水型原子炉（Ａ
ＰＷＲ）のグレイ・ロッド、においてどのような補償変
更が近い将来に必要となるか、 を定めることができる。

本発明によって可能となる第６の表示は、第４図におい
て、炉心内の種々の高さにおける炉心の軸方向平均出力
分布の現在値（拡大尺を用いて実線４３により示す）と
、過去の（例えば過去約５〜６０分の間の）特定の時刻
（分）に存在した対応する値（離散した各点４５によっ
て示す）との差をＫｗ／ｆｔの単位で示している。

制御棒バンクＤの現在の位置４７及び過去の成る特定さ
れた位置４９も表示できる。必要ならば、第３図に破線
５０によって示したＬ＋ＯＯＡ限界等の限界値を表示し
、選定されたパラメータの現在値と制限値との間の差（
マージン）を可視化してもよい。

ところで、炉心１内の相次ぐそれぞれの高さにおける１
３５工の変化速度と、１３５工の軸方向分布の現在値及
び基準値とを示すために、第２及び３図に示したものに
匹敵する可能な表示を容易に発生させることができる。

第２〜４図による表示は、操作者にとって有用な表示を
与えるが、本発明者は、どんな制御動作をいつ行なうべ
きか、その動作に対してどんな反応が生ずるか、につい
て明瞭な表示を与えると共に、キセノン分布の傾向を示
す等、より有意義な表示を、第１図のヨウ素及びキセノ
ン濃度計算機２７において発生させることができること
を見い出した。即ち、第１図に示すように、各点ごとの
現在の１６５Ｘｅ濃度信号Ｘ（ｚ、ｔ）及びこれに関係
した信号変化速度ａｘ　（ｚ　、　ｔ　ｙａｔを、傾向
計算機５１に供給し、それにより、次の２つの新しいモ
ード量を表わす信号を発生させる。

つ寸 く　　　　　　　　　　・ｑ ここに Ｘ（ｚ、ｔ）、ｄＸ／ａｔ−現在の過渡的な各点の値Ｘ
（ｚ、ｏ）＝バンクＤのバイト（制御棒グリッパ）限界
、全出力その他の条件下 の、平衡１６５ｘθ濃度の各点の標準 化された値 これら２つのモード量は、より一般的な形で、次のよう
に表わされよう。

ここに、項Ｗ（ｚ）は、各点の重み因子である。

次の仕様 Ｗ（Ｚ）＝−１，０炉心１の下半部の全位置においてＷ
（Ｚ）＝＋　１．０炉心１の上半部の全位置においてで
は、これらのより一般的な表現は、前記のより特定な表
現と同一になることがわかる。有益と思われる別の重み
因子の形式は、正弦形であり、ここに２は、炉心１の全
体の高さである。しかし、ここでは、Ｗ（ｚｌのための
簡単な単位段階（ユニット・ステップ）関数が使用され
る。

パラメーターΔｘ（ｔ）を、次の式 望ましい。ここにＣ１及びμは、特に高精度を必要とし
ない経験的な定数である。特に、掛算子Ｃは、後述する
位相面プロット表示が近似的な円になるようにするため
の換算因子として作用する。〃因子は、軸方向出力プロ
フィルに対する冷却機の温度変化の効果によって生ずる
プロット結果のわずかな不整を平滑化する。現在の平均
温度とプログラム温度とは、リード線５３を介して、制
御装置２６から得られる。

これら２つのモードパラメータの意義は次の通りである
。

Δｘ（ｔ）は、制御棒引抜き限界においての平衡全出力
時の軸方向分布と比較した時に現在の１３５Ｘ■濃度の
軸方向分布に存在する「歪み」（ｓｋｅｗｎｅｓｓ　）
の度合を示す。キセノンの軸方向分布の「歪み」は、全
出力制御棒引抜き限界状態において得られる軸方向平衡
出力分布と比較された軸方向出力分布の逆符号の「歪み
」の比例した度合を与える。

Ｔｘ（ｔ）は、キセノンの崩壊及び中性子吸収による局
所的な破壊速度と、直接の核分裂収量及びヨウ素の崩壊
によるキセノン生成の局所的な変化速度の結果として、
キセノンの軸方向分布の「歪み」が変化する速度の値を
示している。

Ｔｘ（ｔ）の現在値を知ることにより、近い将来の△ｘ
（ｔ）の値を予測し、近い将来のいろいろな時点での軸
方向出力分布に存在するであろう「歪み」の度合を評価
することができる。

概念的には、ＰＷＲ炉心のキセノンの軸方向分布（及び
、推測により、近い将来の軸方向出力分布）の現在及び
将来の状態をグラフィック表示で検討することができる
。これは、第５図に示すように構成され、現在の点〔Δ
ｘ（ｔ）ｐ　Ｔｘ（ｔ）　〕５５と、過去の１２〜２４
時間に対する各点の軌跡５７とを示している。

キセノンのモード状態のこの位相面表示は、次のような
特性を有している。

（イ）　キセノンの軸方向自由振動が発生した時に、点
〔ΔＸ（ｔ）　、　Ｔｘ（ｔ）　）の軌跡は、（炉心の
安定性特性に従って収れん状又は発散状となる）時計方
向の渦巻線として現われる。一定の振幅による振動であ
れば円を描くことになる。

（１制御棒を挿入すると、現在の点〔△ｘ（ｔ）。

ＴＸ（ｔ）”ｌは、ディスプレイ上を下方に移動する（
キセノンの歪みは、自由振動の場合に比べて、炉心の下
半部の方により少なく、その上半部の方により多く傾斜
するように、近い将来においてシフトされる）。その反
対に、制御棒を引抜くと、現在の点は、ディスプレイ上
を上方に移動する。制御棒の移動前及び移動後の数時間
において、制御棒の運動が典型的なキセノンの歪みに対
して有する正味の効果は、第６及び７図にそれぞれ制御
棒の挿入及び引抜き動作について、曲線５７によって示
したように生ずる。

（／→　全出力状態での制御棒の近接バイト限界状態の
下に、出力ビーキングの問題が発生する領域は、第５図
の表示において、ハツチングで示した領域である。これ
らの領域の境界は、（第４図に表示したＬＯＯＡ限界５
０にΔｘ（ｔ）成分を相関させることによって）分析的
又は経験的に定められる。

に）負荷変化は、比較的狭い垂直ループとして現れる傾
向がある。負荷のそうした変化の一例は、第５図に、ル
ープ５９により示されている。

位相面の表示は、次の情報を担っている。

（イ）発電所が全出力状態にあり、制御動作がなされな
い場合において、投影された渦巻線の現在の軌跡が、近
い将来において出力ビーキングの問題に遭遇しそうにな
っていることを示しているかどうか。

（ｑ　有益な制御動作を現在取り得るかどうか。

現在の点が上半部面内にあり、制御棒が挿入限界にある
場合、又は、現在の点が下半部面内にあり、制御棒が引
抜き限界にある場合には、制御棒の移動のみによる有益
な制御動作はなし得ない。

（／→　将来の発電所の運転に支障を来たすキセノンの
歪みを制限し、又は、潜在的な出力ビーキングの激しさ
を制限すること（こよって、最近終了した制御棒の移動
は、どの程度有効であったか。もし継続した場合、それ
以上に制御棒を移動させることは、どの程度有効となる
か。これまでの経験では、水平軸を横切って現在の点を
移動させる制御棒の移動は、はとんどいつも有益なもの
とはならないことがわかっている。

（に）潜在的な出力ビーキングを制限するために、将来
の制御棒の移動が、いつ最も有効となるか。Ｔｘ（ｔ）
がΔｘ（ｔ）に比べて小さい時の制御棒の移動は、Ｔｘ
（ｔｌがへＸ（ｔ）に比べて大きい時の同じ移動よりも
ずっと有益さが劣っている。

換言すれば、ホウ素濃度の変化操作は、生産的であるた
めには、いつ行なうべきか。

明らかなように、原子炉の操作員の制御卓の近辺に例え
ばグラフィック・ディスプレイ６１においてΔｘ（ｔ）
対Ｔ）（（ｔ）の位相面プロット表示が提供されれば、
操作員は、この利用可能な情報を容易に同化し利用する
ことができる。物理的には、操作者のディスプレイ２９
及びグラフィック・ディスプレイ６１は、共通のハード
ウェアを利用するのが普通である。

ここで同様に直接重要なのは、自動軸方向出力分布制御
装置のパラメータΔｘ（ｔ）及びＴｘ（ｔ）の使用であ
る。キセノン分布の「歪み」から生ずる軸方向出力分布
の歪みの度合を制限するために、１３５Ｘ■の濃度の軸
方向分布を積極的に制御するため、パラメータΔｘ　（
ｔ）及びＴｘ（ｔ）の使用とその相互関係とに基づいて
キセノンモード制御方式（戦略）を予め規定し、且つ制
御装置を開発することは、可能であるこ、とが証明され
ている。典型的なＰＷＲ炉心及びこれと組み合４つされ
た制御装置のデジタルシミュレーションの一素子として
の制御装置がデジタル形式で実施化されており、この制
御装置の性能は、現用の改良型ＡＰＷＲについても、現
用の普通のＰＷＨについても実証されている。そのキセ
ノンモード制御装置の要点は次の通りである。

（イ）最初に、〔Δｘ　＋　Ｔｘ　］領域内に、−組の
制御目標ラインと、能動的な制御領域とを設定し、（１
次に、 （ａ）　　炉心外の検出器の応答値から（最終的に）前
述したアルゴリズムを用いて推論したパラメータ△ｘ（
ｔ）及びＴ　ｘ（ｔ）のパラメータの現在値を、短時間
間隔で計算し、 （ｂｌ　　先に設定した能動的制御領域及び制御目標ラ
インに関して、現在の、〔Δｘ（ｔ）　、　Ｔｘ（ｔ）
）領域中の点の位置を識別し、 （Ｃ）　　制御目標ラインに対する現在の点〔Δｘ（ｔ
）。

Ｔｘ（ｔ）　：Ｉの位置によって指定されるように、か
つ物理的に可能な適切な時に、制御棒の移動を開始する
。

本発明により提案された制御装置は、第１図に示すよう
に、二次元の比較器６３に、信号△ｘ（ｔ）及びＴｘ（
ｔ）を送出する。その出力信号は、制御棒駆動制御装置
９にキセノンモード制御棒挿入／引出し要求信号６７を
供給するために、制御信号発生器６５に入力される。制
御装置９は、別の制御機能のための制御棒挿入／引抜き
要求を表わす制御装置２３からの同様の信号６９と共に
、信号６７を用いて、制御棒駆動装置７のために、制御
棒移動制御信号７１を発生させる。

ＡＰＷＲ及び典型的な４ループＰＷＨのどちらにも適し
ていることが証明されている〔Δｘ、Ｔｘ）領域の典型
的な制御目標ラインー能動的制御領域の構成が、第８図
に示されている。キセノンモード制御のための〔Δｘ＋
Ｔｘ）領域にこの目標ラインー制御領域を用いることは
、非常に簡単である。ハツチング部分内のどこかに現在
の点〔△Ｘ（ｔ）　）　ＴＸ（ｔ）　：）が存在してい
る場合には、この点は、ハツチング部分とそれ以外の部
分との交線を形成する最も近い制御線に向って上方又は
下方に移動させねばならない。制御棒バンクが最初適切
に配置されていたとすると、制御棒バンクの挿入（例え
ばホウ素希釈による）は、現在の点〔Δｘ（ｔ）　ｒ　
ＴＸ（ｔ）　〕を下方に移動させ、制御棒バンクの引出
しくホウ素添加による）は、現在の点を上方に移動させ
る。最近の点〔Δｘ（ｔ）。

Ｔｘ［ｔ）］の軌跡を追跡し、それによって示される将
来の軌跡を投影することによって、次の制御動作の方向
と、成る制限内でのタイミングとを予測し、支援系統に
より適切な処置を取ることができる。（使用中の）原子
炉冷却材中のホウ素濃度を制御する制御装置の再整合は
、そうした予測的処置の典型的な一例である。

第８図から明らかなように、〔Δｘ　、　Ｔｘ　）領域
の能動的制御領域及び制御目標ラインの場所を十分に特
定するには、４つのパラメータ（α、β。

ｒ、δ）で足りる。制御目標ライン及び制御領域を定義
するために組込まれるロジックには、次のことが考慮さ
れる。

（イ）　キセノンの軸方向分布の歪みによって起こり得
る軸方向の出力分布の問題を最小とし、又は完全に避け
るには、大きく歪んだキセノン分布を発生させる可能性
を減らさなければならない。

（ｑ　現在の点〔Δｘ（ｔ）、Ｔ気ｔ）〕が〔Δｘ、Ｔ
ｘ〕領域の原点（０，０）の近くにあれば、現在のキセ
ノン歪みは小さく（Δｘ（ｔｌ’Ｆ°）・近″将来９０
おいて大きな歪みを発生させる可能性は、目下のところ
存在しない。従って能動的制御は不要となる。

（））　現在の点〔ΔＸ（ｔ）　＃　Ｔｘ（ｔ）　：］
が、左上又は右下の象限の、ハツチング領域内に存在し
ていれば、キセノン歪みは当然減少中であり、能動的制
御は不要となる。

に）現在の点が、左上又は右下の象限の７１ツチング領
域外に存在していれば、歪みは、現在は大きくないとし
ても、近い将来に逆方向に大きな歪みを生ずる可能性が
存在しており、この可能性を少なくシ（即ち、Ｔｘ（ｔ
）の絶対値を減少させ）、将来のキセノンの軸方向の不
平衡の増大を制限するために、能動的制御を開始しなけ
ればならない。

（羽　現在の点が、右上又は左下の象限のハツチング領
域外に存在していれば、キセノン歪みは、近い将来に、
より大きくなる（△ｘ（ｔ）とＴＩＣ（ｔ）とは同じ符
号を持っている）ので、この増大速度、従って、最終的
なキセノン歪み量を、制御棒の移動によって制限するた
めｆこ、能動的制御を開始しなければならない。

（→　現在の点が、右上又は左下の象限において、Δχ
軸の近くの比較的狭いハツチング帯域にあれば、キセノ
ン歪み度は、極近い将来に対する限界近ぐになっている
。過剰制御動作、即ちＴｘ（’ｔ：）値の符号の変更を
生ずる制御動作は、ヨウ素−キセノン−中性子束関係を
通常はより不安定にするので、能動的制御は、余り有効
ではなく、場合によっては逆効果ともなるのて、開始す
べきではない。

（１→　最後に、全出力状態下で制御棒をその引出し限
界まで引出した時の軸方向の平衡出力分布が、炉心の頂
部又は底部方向への選択的なシフトを示す場合には、そ
のシフトの方向に目標ラインー制御領域の構成の中心を
原点から少しだけ横方向に偏らせることにより、負荷追
従等の発電所運転の間、全出力作動期間中の出力ビーキ
ングを抑制するために可燃性毒物さして′６５Ｘｅを使
用することができることになる。

成る用途に使用するべきパラメータ（α、β。

γ、δ）の実際値の選定は、その過程を容易にするため
の分析手法が存在し得るが、従来は経駿的になされてい
た。ＡＰＷＲ及び普通のＰＷＲ用途についての限定パラ
メータの値も全く同様になる傾向があることがわかって
いる。これらのパラメータの１組の具体値が第８図に示
されている。

ＰＷＨにおいてのキセノンモード制御に対するこの方法
の有益性を予備的に実証するものとして、広帯域ＣＡＯ
Ｏ（軸方内定オフセット制御）系列において提案された
キセノンモード制御方法の下で、且つ５ＰＩＮＲ及びＭ
ＩＮＢ方式を用いた従来からの０ＡＯＣ制御下で、２つ
の異なった燃焼段階において、典型的な負荷追従動作を
シミュレートするために、典型的な従来からのＰＷＲ炉
心のデジタル−次元２群拡散理論モデルが、適切な制御
装置のデジタルモデルと共に使用された。Ｓｒ工ＮＲ及
びＭ工ＮＢ方式は、軸方内定オフセット制御方式であり
、これらは、それぞれ負荷の増大を受は入れる発電所の
能力を強調するようにスピニング・リザーブを最大にし
、ホウ素濃度の変化を最小にする。そして、これは、ホ
ウ素化又は希釈化の結果として原子炉の冷却材系から排
出される冷却材の再循環に必要な系統の任務を減少させ
る。炉心への制御棒の深い挿入を避ける場合には、キセ
ノンモード制御方式が特に有効であることがわかってい
る。従来からのＣＡＯＣ方式のシミュレーションにおい
て、制御棒バンクＣと制御棒バンクＤとの重なり４３．
９％、制御棒バンクＤの挿入限界全出力時２２％な°い
し中出力時７８％として、制御棒側　　　゛両系統をモ
デル化する。キセノンモード制御シミュレーションにお
いて、重なり７５％、挿入限界の変動２２〜４７チであ
った。全てのシミュレーションにおいて、制御は、全自
動制御とした。

いくつかのシミュレーションにおいて得た結果が、燃料
サイクルの中期においては表１に、終期については表２
に、それぞれ示されている。

これらの表において、「容量の損失」とは、３日間の期
間について、エネルギー生産計画（１２−３−６−５、
１００％−５０％−１００俤の順序）に適合するための
、それぞれのシミュレーションの条件下での原子炉の能
力の目安となる。容量の損失は、有効全出力時間（ＥＦ
ＰＨ）として測定される。［出力能力の平均急速回復度
」とは、減少出力レベルから高速で全出力を回復するユ
ニットの能力に関係しており、この場合には、減少出力
動作の全期間に亘って５チ／分の割合で出力を増大させ
ることによって得られたはずの出力レベルの全３日間に
亘る平均値である。「最小マージン」は、１ｏｏ％出力
の全運転に亘って全ての炉心の高さの間のＬＯＣＡ限度
と、径方向出力ビーキングについて補正された軸方向出
力ビーキングとの間に生じた最小透き間で、［最大Ｆｚ
Ｊは、１００％出力の全運転期間中に生じた軸方向出力
ビーキング係数の最大値である。「棒ステップ」は、負
荷追従の６日間の期間中に制御棒バンクＤの駆動装置に
よってなされるステップの蓄積数である。最後に、「放
出水素」は、負荷追従運転の間、ＲＣ！Ｓ　（原子炉冷
却材系統）から除去され、時には希釈及びホウ素化操作
の結果、再処理されるべき全水量である。

〔発明の効果〕

表１及び２から明らかなように、従来の軸方内定オフセ
ット制御方式と比較した場合、前記のように、全自動キ
セノンモード制御によって、次の成果が得られる。

（イ）容量の損失二Ｍ工ＮＢと同じ（共に０）、ｓｐ工
ＮＲよりも良好。

（吻　出力能力の平均急速回復度：ＳＰ工ＮＲとほぼ同
じ、Ｍ工ＮＢよりも良好。

Ｈ（、最小マージン及び最大Ｆｚにおいて測定した）軸
方向用カビーキング：ＳＰ工ＮＲ又はＭ工ＮＢのどちら
よりも低い。

に）制御棒ステップ：ＳＰ工ＮＲ又はＭ工ＮＢのどちら
よりも十分に低い。

（川　放出水量−特に、サイクルの後半において、ｓｐ
工ＮＲ又はＭ工ＮＢのどちらよりも低い。

表１ 燃料サイクル中期の負荷追従 シミュレーションの成果 最大マージン１００％　　０，２２８　　　［ＬＯ２２
Ｑ、０４６　　［ＬＯ９０最大Ｆｚ１００％　　　　Ｌ
２４　　１．３５　　　　１３６　　１．３０制御棒ス
テツプ数　　　　　　　　７１３　　　　８８２　　４
８４排出水量　　　　　　５６０２５Ｊ　　４８７７７
Ａ　３７８８４／表２ 燃料サイクル終了時の負荷追従 シミュレーションの結果 容量の損失　　　　　　０．００３ＥＦＰＨ０ＥＦＰＨ
０ＥＦＰＨ最犬マ→ン１００％　　　０Ａ６２　　　Ｌ
ＩＬｌｌｏ　　　　α１０５　　　Ｇ、２５１最大Ｆ２
１００％　　　１，１９　　　１．３９　　　　＋、３
９　　１．５１制御棒ステツプ数　　　　　　　　　９
７９　　　　９５８　　６３５本発明をその特定の実施
例について以上に説８Ｒしたが、本発明は、前述した実
施例のほかにも、いろいろと変更して実施できるので、
前述した特定の構成は、単なる例示にすぎず、本発明を
限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による加圧水型原子炉プラントを示す
ブロック線図、第２〜７図は、それぞれ本発明の教示に
従って発生される種々の可視表示を示すグラフ線図、そ
して第８図は、上記の可視表示の上に重ね合せて使用す
ることも可能な本発明による自動キセノンモード制御系
統の典型的な制御目標ライン及び能動的制御域を示す線
図、である。 １・・炉心、５・・制御棒、９・・制御棒駆動制御装置
、１１・・検出器、１３・・中性子束、１５・・中性子
束信号、１９・・信号処理装置、２３・・制御装置、２
５・・軸方向出力分布合成装置、２７・・ヨウ素及びキ
セノン濃度計算機、２９．６１　・・ディスプレイ、５
１・・ΔＸ　、＜ｔ）及びＴｘ（ｔ）計算機、６３・・
二次元比較器、６５・・制御信号発生器。 ＦＩ　Ｇ、　４

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉出力の空間分布及び原子炉の出力レベルを
   調整する制御棒（５）を有する加圧水型原子炉のキセノ
   ン予測制御方法であつて、 オンライン状態で、軸方向に隔だてられた複数の位置に
   おいて上記原子炉の炉心（１）の中性子束を測定する工
   程、 現在の＾１＾３＾５Ｘ■の軸方向分布を表わす信号（Ｘ
   （ｚ、ｔ））と、＾１＾３＾５Ｘ■の軸方向分布の現在
   の変化速度を表わす信号（ｄＸ（ｚ、ｔ）／ｄｔ）とを
   、各点ごとに、上記中性子束の測定値（１５）から反復
   的に発生させる工程、 上記＾１＾３＾５Ｘ■の分布を表わす信号とその変化速
   度を表わす信号とから、＾１＾３＾５Ｘ■の過渡値を減
   少させるための制御信号（６７）を発生させる工程、及
   び 該制御信号を用いて制御棒の位置を制御し＾１＾３＾５
   Ｘ■の空間的過渡値を減衰させる工程、から成る加圧水
   型原子炉のキセノン予測制御方法。
2. （２）制御信号を発生させる工程が、全出力平衡時の各
   点ごとの＾１＾３＾５Ｘ■分布の重み付き値の和に対し
   て標準化された全出力平衡時の各点ごとの＾１＾３＾５
   Ｘ■分布を表わす信号と現在の＾１＾３＾５Ｘ■分布信
   号との間の各点ごとの差の炉心上半部と炉心下半部とに
   ついての重み付き値の和同士の差として歪み信号を発生
   させる工程と、全出力平衡時の各点ごとの＾１＾３＾５
   ■ｅ分布の重み付き値の和に対して標準化された＾１＾
   ３＾５Ｘ■の軸方向分布の各点ごとの変化速度信号の炉
   心上半部と炉心下半部とについての重み付き値の和同士
   の差として歪み信号の変化速度信号を発生させる工程と
   、該歪み信号と歪み信号の該変化速度信号との二次元比
   較から上記制御信号を発生させる工程と、から成る特許
   請求の範囲第１項記載の方法。
3. （３）各点ごとに＾１＾３＾５Ｘ■分布信号を反復的に
   発生させる工程が、＾１＾３＾５Ｘ■の過渡期間に比べ
   て短かい時間的間隔において、関係する＾１＾３＾５Ｘ
   ■分布信号の最後の値に、上記時間的間隔に亘る＾１＾
   ３＾５Ｘ■の関係する変化速度信号の平均値と該時間的
   間隔との積を加える工程を含み、＾１＾３＾５Ｘ■分布
   の各点ごとの変化速度信号を反復的に発生させる工程が
   、中性子束の測定値から各点ごとの換算されたヨウ素及
   び出力密度の各信号を発生させる工程と、現在の出力密
   度信号と換算されたヨウ素信号との和から出力密度信号
   と現在の＾１＾３＾５Ｘ■分布信号との換算された積と
   現在の＾１＾３＾５Ｘ■分布信号との和を引算する工程
   と、を含む特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法
   。
4. （４）原子炉出力の空間分布及び原子炉の出力レベルを
   調節するための制御棒（５）を有する加圧水型原子炉の
   キセノン予測制御装置であつて、 軸方向に隔てられた複数の位置において上記原子炉の炉
   心の中性子束を測定する測定手段と、 上記測定された中性子束から、＾１＾３＾５Ｘ■の現在
   の軸方向分布信号と、＾１＾３＾５Ｘ■の軸方向分布の
   変化速度信号とを、各点ごとに反復的に発生させるとと
   もに、＾１＾３＾５Ｘ■の過渡値を減少させる制御信号
   を発生させる信号発生手段と、該制御信号に応答し、＾
   １＾３＾５Ｘ■過渡状態を減少させるように該制御棒を
   位置決めする位置決め手段と を有する加圧水型原子炉のキセノン予測制御装置。
5. （５）該信号発生手段が、各点ごとの平衡全負荷＾１＾
   ３＾５Ｘ■軸方向分布信号の重み付き和に対して標準化
   された１組の各点ごとの全出力平衡時の＾１＾３＾５Ｘ
   ■軸方向分布信号と現在の＾１＾３＾５Ｘ■軸方向分布
   信号との各点ごとの差の炉心上半部と炉心下半部とに対
   する重み付き値の和同士の差としての歪み信号と、各点
   ごとの全出力平衡時の＾１＾３＾５Ｘ■軸方向分布信号
   の重み付き値の和に対して標準化された各点ごとの＾１
   ＾３＾５Ｘ■軸方向分布の変化速度信号の炉心上半部と
   炉心下半部に対する重み付き値の和同士の差としての歪
   み変化速度信号を発生させ、更に、該歪み信号と該歪み
   変化速度信号との二次元比較によつて制御信号を発生さ
   せる特許請求の範囲第４項記載の制御装置。