KR101178707B1 - 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템 및 그 방법 - Google Patents

누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101178707B1
KR101178707B1 KR1020100106782A KR20100106782A KR101178707B1 KR 101178707 B1 KR101178707 B1 KR 101178707B1 KR 1020100106782 A KR1020100106782 A KR 1020100106782A KR 20100106782 A KR20100106782 A KR 20100106782A KR 101178707 B1 KR101178707 B1 KR 101178707B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
neutron
deviation
signal
boron
count rate
Prior art date
Application number
KR1020100106782A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120045319A (ko
Inventor
김용배
박동환
박문규
신호철
배성만
Original Assignee
한국수력원자력 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국수력원자력 주식회사 filed Critical 한국수력원자력 주식회사
Priority to KR1020100106782A priority Critical patent/KR101178707B1/ko
Publication of KR20120045319A publication Critical patent/KR20120045319A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101178707B1 publication Critical patent/KR101178707B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D3/00—Control of nuclear power plant
    • G21D3/04—Safety arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T3/00—Measuring neutron radiation
    • G01T3/08—Measuring neutron radiation with semiconductor detectors
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/18—Status alarms
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/06—Devices or arrangements for monitoring or testing fuel or fuel elements outside the reactor core, e.g. for burn-up, for contamination
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C1/00—Reactor types
    • G21C1/04—Thermal reactors ; Epithermal reactors
    • G21C1/06—Heterogeneous reactors, i.e. in which fuel and moderator are separated
    • G21C1/08—Heterogeneous reactors, i.e. in which fuel and moderator are separated moderator being highly pressurised, e.g. boiling water reactor, integral super-heat reactor, pressurised water reactor
    • G21C1/086—Pressurised water reactors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

본 발명은, 연속적으로 중성자 계수율을 측정하고 평균값과의 편차누적합을 이용하여 선형 경향패턴을 가지는 중성자 계수율의 증가를 조기에 감지할 수 있는 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 붕소희석사고의 조기감지를 위하여 누적합 관리도를 이용하되, 기동채널로부터 중성자 계수율을 측정하고, 이 계수율에서 기준중성자 계수율을 빼서 편차를 계산하며, 이전 단계까지 누적된 편차에 새로운 편차를 더하고, 현재까지 누적된 편차값이 설정구간을 벗어났는지 여부를 판단하여 붕소희석사고를 감지하도록 하고 있다.

Description

누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템 및 그 방법{Boron Dilution Accident Alarm System using CUSUM(Cumulative Sum) Control Chart and Method Thereof}
본 발명은, 붕소희석사고 감지를 위하여 종래의 기동영역 감시비율 도달여부를 감시하는 방법을 대체하여, 연속적으로 중성자 계수율을 측정하고 평균값과의 편차누적합을 이용하여 선형 경향 패턴을 가지는 중성자 계수율의 증가를 조기에 감지할 수 있는 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
가압경수형 원전의 붕소제어계통은, 연료 장전, 반응도 제어 및 비상안전 주입을 목적으로 붕소 혹은 순수 주입을 위한 수많은 탱크와 밸브로 구성되어 있기 때문에, 기계적 손상 및 인적 오류로 인한 오작동의 개연성이 항상 존재하고 있다. 지난 수십 년 동안, 미국 원자력 규제위원회(NRC)와 미국 내 발전사업자(Utility)를 중심으로 붕소희석사고를 예방하고 조기에 감지하기 위한 많은 노력이 진행되어 왔다. 가압경수형 원전의 최종 안전성 분석보고서(FSAR)에는, 붕소희석으로 인한 원하지 않는 원자로의 임계 도달을 방지하기 위하여, 운전원에게 사전 경보를 발생하는 붕소희석 경보계통에 대한 설치와 요건이 명시되어 있다. 또한, 보수적 정지제어능 확보를 위하여, 재장전수의 과도한 붕소농도가 요구되고 있다. 일부 발전소에서는, 온라인 붕소측정장치(Boron Meter)를 설치하여 상시적으로 붕소의 농도변화를 점검하고 있으나, 정확도의 문제점으로 인하여 운전원에게 신뢰성 있는 정보를 제공하지 못하고 있다. 이에, 미임계상태에서 연료장전, 유지, 보수 및 손상수리 작업 수행 시에 붕소희석을 유발할 수 있는 특정 밸브를 잠그거나 농도측정 주기를 단축하는 등의 조치를 발전소 감시 절차에 반영하는 노력을 기울여 왔다.
붕소희석 경보계통은, 연료 재장전(Mode 6) 중에 붕소희석사고가 발생한 경우, 이 붕소희석사고로 인하여 원자로가 임계에 도달하기 30분 전에 운전원에게 필요한 조치를 취할 수 있도록 경보를 발생하지 않으면 안되고, 상온정지(Mode 5), 고온정지(Mode 4) 및 고온대기(Mode3)상태에서는 임계에 도달하기 15분 전에 운전원에게 사고를 인지할 수 있도록 경보를 발생하지 않으면 안된다. 일부 발전소에서는, 붕소희석 발생이 감지되면, 자동적으로 붕산수를 주입하는 붕소희석 방지계통도 도입하고 있다.
붕소희석사고는, 붕소제어계통의 기계적 결함 혹은 인적 오류에 의한 제어 혹은 계획되지 않은 냉각재 내의 붕소희석으로 인해 원자로의 반응도가 증가하고, 그에 따라 출력이 지속적으로 상승하여 핵비등 이탈(DNB)이 발생하거나 연료가 손상되는 사고를 말한다. 붕소희석이 발생하면, 도 1에 나타낸 바와 같이 원자로의 출력은 고유의 노심 동특성 상 낮은 미임계상태에서는 선형적으로 서서히 증가하다가, 계속되는 붕소희석으로 인하여 임계 부근에 도달하게 되면 지수함수적으로 증가하기 때문에, 운전원이 짧은 시간 안에 출력 및 반응도 제어를 위한 조치를 취하기가 어렵다. 여기서, 도 1은 미임계상태에서 임계상태로의 접근에 따른 출력변화를 나타내고 있다.
붕소희석을 일차적으로 감시할 수 있는 방법은, 기동채널의 중성자 계수율 혹은 역계수율비(ICRR)를 지속적으로 감시하거나, 또는 붕산수 시료분석을 통해 붕산수의 농도변화를 감시하는 것이다.
원자로의 절대적 임계도(keff)를 측정하는 방법은, 현재의 기술로는 불가능하다. 따라서, 대부분의 원자력 발전소에서는, 원자로로부터 누설되는 중성자를 계측하고, 역계수율비(ICRR)를 이용하여 임계 부근에 도달하고 있는지 여부를 판단하고 있다.
ICRR = C / C0
여기에서, C0는 기준 시점의 중성자 계수율을 나타내고, C는 현재 시점의 중성자 계수율을 나타낸다.
즉, 원자로가 임계에 도달하게 되면, 기동영역 중성자 계측기가 측정하는 중성자 수가 무한대로 커지므로, ICRR은 0으로 된다. 따라서, 원자로가 미임계상태에서 임계상태로 변화하는 동안의 시간, 제어봉의 위치 혹은 붕소농도에 따른 ICRR 곡선을 추적하여 외삽하면, 향후 임계도달 잔여시간을 유추할 수 있는바, 이러한 방법은 연료 장전 또는 초기 임계 도달 동안의 원자로 미임계 감시에 사용된다. 그러나, 이 방법에 따르면, C0(기준 시점의 중성자 계수율)의 설정에 따라 ICRR의 값이 달라지는데, 이 ICRR의 값은 절대적으로 0으로는 될 수 없고, 임계에 도달할수록 ICRR 곡선의 선형성이 저하된다. 따라서, NRC나 INPO(International Nuclear Power Organization)는, ICRR을 이용하여 임계 접근을 하는 경우, 각별히 조심할 것을 권고하고 있다.
현재, 원자력 발전소에서 적용되고 있는 붕소농도 측정방법에는 크게 두 가지 방법이 있다. 첫 번째 방법은, 냉각재의 시료를 채취하여 화학 시험지를 이용하는 육안 분석법으로서, 정확도가 높아 발전소의 공식적인 붕소농도 측정방법으로 이용된다. 그러나, 이 첫 번째 방법은 시료 채취/분석/판단을 사람이 수행하지 않으면 안되기 때문에, 붕소농도를 연속적으로 혹은 빈번하게 측정할 수 없다는 단점이 있다. 두 번째 방법은, 중성자 선원과 중성자 계측기 사이에 냉각재를 흘리면서 계측되는 중성자 수에 따라 붕소농도를 측정하는 방법으로서, 붕소농도를 연속적으로 측정할 수 있다는 장점이 있다. 이 때문에, 이 두 번째 방법은 붕소제어계통에 이용되어 주제어실 보론미터(Boron Meter)에 디지털 숫자로 지시하고 이를 운전원에게도 제공한다. 그러나, 이 두 번째 방법은 냉각재 온도의 영향을 받으며, 정확도가 다소 떨어진다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 이 두 번째 방법은 발전소의 공식적인 붕소농도 측정에는 이용하고 있지 않다.
발전소 예방정지 기간 동안에 연료 재장전(Mode6)으로부터 초기 임계 도달(Mode2)까지는 최소 20일 정도가 소요되는데, 이 기간 동안에 최소 15분 간격으로 상기의 방법을 이용하여 붕소희석사고를 감시하는 것은 불가능하다 할 수 있다. 따라서, 대부분의 가압경수형 원전에서는, 원자로 정지 미임계 모드 동안에 발생 가능한 부주의한 붕소희석사고를 감지하기 위해, 노외 중성자속 감시계통의 기동채널신호를 사용하는 붕소희석 경보계통을 적용하고 있다.
이러한 붕소희석 경보계통은, 도 2에 나타낸 바와 같이 기동영역 중성자 계측기로 측정한 중성자 계수율 신호가 기동영역 감시비율(Startup Range Monitoring Ratio) 설정치를 넘게 되면, 중성자속 경보를 발생한다. 이 경우, 기동영역 감시비율은 다음과 같이 정의된다.
기동영역 감시비율 = 기동영역신호(t) / 붕소희석 초기의 기동영역신호
여기서, 도 2는 붕소희석 경보계통의 작동원리를 설명하기 위한 도면이다.
붕소희석 경보계통은, 건전성 확보를 위하여 2개 채널의 기동영역 중성자 계측기 신호를 이용하는 2개의 독립적인 다중 시스템으로 구성되어 있다.
모든 중성자 펄스신호를 아날로그 전압신호로 변환하는 회로에서는, 전원과 반도체 부품에 의해 기저전압이 발생하고 있으며, 또한 원자로 구조체나 연소된 핵연료로부터의 알파선/감마선에 의한 기저신호가 발생하고 있다. 붕소희석 경보계통이 사용하는 아날로그 전압신호의 기저전압은 붕소희석사고를 인지하는데 필요한 시간을 지연시킨다는 문제점이 있다.
도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 아날로그 전압신호의 기저전압은 저출력에서는 신호대 노이즈의 비가 매우 크므로, 1분간의 평균시간은 신호의 확률적 섭동을 제거하기에는 턱없이 부족하다. 신호의 확률적 섭동은, 부정확하고 빈번한 경보를 발생하기 때문에, 운전원이 이를 무시하거나 전혀 신뢰하지 못하도록 만든다. 이를 회피하기 위하여 설정된 필터시간을 크게 하면(예컨대, 대략 5분), 붕소희석 경보계통의 속응성이 떨어져 사고 발생 후 이를 인지하는데 걸리는 시간이 지연된다. 여기서, 도 3a 및 도 3b는 미임계상태의 중성자 계수율을 나타내고 있다.
기존의 붕소희석 경보계통은, 붕소희석사고가 발생하여 출력이 기동영역 감시비율(2.5～4.0)에 도달하기 전까지는 운전원에게 어떠한 사고의 징후도 알려 주지 못하고, 비록 출력이 기동영역 감시비율에 도달하더라도 경보신호만을 발생하므로 경보발생 전과 후의 원자로 특성변화와 출력변화에 대한 연속적인 경향(Trend)을 알려 주지 못한다. 따라서, 운전원에게 사전감지 및 향후 조치사항에 대한 신속하고 명확한 판단기준을 제시하지 못한다.
현재의 붕소희석 경보계통은, 운전모드 3, 4, 5에서 임계 도달 15분 전의 경보발생으로부터 30분 전의 경보발생 조건 설정 등으로, 보다 더 엄격한 요구조건을 채택하고 있는 것이 세계적인 추세이다.
이상 설명한 바와 같이, 낮은 원자로 미임계상태에서는 붕소희석사고 발생 초기에 원자로의 출력이 선형적으로 서서히 증가하는 선형 경향 패턴을 가진다. 또한, 저출력에서는 중성자 계수율 신호의 확률적 섭동으로 인하여 빈번하게 경보를 발생하게 되는바, 이로 인해 운전원이 이를 무시하거나 전혀 신뢰하지 못하도록 만든다. 기존의 붕소희석 경보계통은, 도 4의 (2) 상향 시프트 패턴(Upward Shift Pattern) 및 (3) 하향 시프트 패턴(Downward Shift Pattern)과 같이 중성자 계수율의 변화가 확연한 상태를 잘 감지할 수 있으나, 도 4의 (4) 상향 경향 패턴(Upward Trend Pattern) 및 (5) 하향 경향 패턴(Downward Trend Pattern)과 같이 선형 경향 패턴을 가지는 중성자 계수율의 변화에 대하여 조기 감지가 불가능하며, 측정된 기동채널의 중성자 계수율이 기동영역 감시비율에 도달하기 전까지는 운전원에게 어떠한 경보신호도 제공하지 못하는바, 운전원에게 사전감지 및 향후 조치사항에 대한 신속하고 명확한 판단기준을 제시하지 못한다. 여기서, 도 4는 미임계상태에서의 중성자 계수율 패턴의 종류를 나타내고 있다.
본 발명은, 붕소희석사고 감지를 위하여 종래의 기동영역 감시비율 도달 여부를 감시하던 방법을 대체하여, 연속적으로 중성자 계수율을 측정하고 평균값과의 편차 누적합을 이용하여 선형 경향 패턴을 가지는 중성자 계수율의 증가를 조기에 감지할 수 있도록 하고 있다.
본 과제는, 연속적으로 중성자 계수율을 측정하고 평균값과의 편차누적합을 이용하여 선형 경향 패턴을 가지는 중성자 계수율의 증가를 조기에 감지할 수 있는 붕소희석 사고 경보 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 과제는, 노외 중성자 계측기와 신호처리장치를 이용하여 원자로 출력에 비례해 원자로 밖으로 누설되는 중성자를 계측하기 위한 장비로서,
상기 신호처리장치로부터의 티티엘(TTL: Transistor-Transistor Logic) 신호를 측정하여 매 초당 측정된 티티엘 신호수를 디지털 형태로 변환하여 출력하는 디지털 중성자 계수율 변환장치와,
상기 디지털 중성자 계수율 변환장치에 의해 변환된 매 초당 측정된 티티엘 신호수의 계수율과 설정된 평균 계수율의 편차를 누적하여 더하고, 이 누적합이 설정된 제한값 이상으로 되면 작동신호를 출력하는 경보 연산장치 및,
상기 경보 연산장치로부터의 작동신호를 받아 부주의한 붕소희석사고를 인지하도록 시각 및 청각 신호를 발생하는 경보수단을 구비한 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템을 제공한다.
또, 상기의 시스템에 있어서, 상기 신호처리장치는,
상기 중성자 계측기에 고전압을 제공하여 전하신호를 전압 펄스신호로 변환하는 전치증폭기와,
신호처리를 용이하게 하기 위하여 상기 전압 펄스신호를 증폭하는 증폭기 및,
상기 전압 펄스신호에 포함된 감마선 및 알파선 노이즈를 제거하도록 설정된 전압 이하의 펄스신호를 제거하고, 통과된 펄스에 해당하는 티티엘 신호를 발생하는 펄스선별기를 구비한다.
또, 상기의 시스템에 있어서, 상기 중성자 계측기로 제공되는 고전압은 1,000V 이상의 전압이다.
본 과제의 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템에 의하면, 중성자 계수율 신호가 기동영역 감시비율 설정치를 넘게 되면 중성자속 경보를 발생하던 종래의 방법보다 조기에 붕소희석사고에 대한 경보를 발생함으로써, 냉각재 내의 붕소희석으로 인한 원자로의 반응도의 증가에 의해 출력이 지속적으로 상승하는 등의 사고를 미연에 방지할 수 있고, 빈번한 경보발생을 제거하여 붕소희석 경보계통의 신뢰도를 향상시키며, 노외 계측기의 민감도와 무관한 붕소희석 경보발생에 의해 다양한 기종의 노외 계측기를 선택할 수 있다.
더욱이, 본 과제는, 원자력 발전소의 원자로 미임계 감시와 중성자 계수율 측정과 관련하여 측정된 펄스신호를 디지털 중성자 계수율로 변환하고, 이 디지털 신호와 경보 연산조건을 이용하여 붕소희석사고를 감시하는 붕소희석사고 감시방법을 제공한다.
또한, 본 과제는, 누적합 관리도를 이용하여 붕소희석사고를 감지하는 방법으로서,
1) 기동채널로부터 중성자 계수율 y(t)을 측정하는 단계와,
2) 측정한 중성자 계수율 y(t)로부터 기준 중성자 계수율 k를 빼서 편차 Ct를 계산하는 단계,
3) 이전 단계까지 누적된 편차
Figure 112012019062779-pat00013
에 새로운 편차를 더하는 단계 및,
4) 현재까지 누적된 편차값이 설정구간을 벗어났는지 여부를 판단하여 붕소희석사고를 감지하는 단계를 구비하는 누적합 관리도를 이용한 붕소희석사고 감지방법을 제공한다.
본 발명은, 중성자 계수율 신호가 기동영역 감시비율 설정치를 넘게 되면 중성자속 경보를 발생하던 종래의 방법보다 조기에 붕소희석사고에 대한 경보를 발생함으로써,
- 붕소제어계통의 기계적 결함 혹은 인적 오류에 의해 제어되거나 혹은 계획되지 않은 냉각재 내의 붕소희석으로 인하여 원자로의 반응도가 증가함으로써 출력이 지속적으로 상승하는 사고를 미연에 방지할 수 있고,
- 저출력에서 중성자 계수율 신호의 확률적 섭동으로 인한 빈번한 경보 발생을 제거하여 붕소희석 경보계통의 신뢰도를 향상시킬 수 있으며,
- 노외계측기의 민감도와 무관하게 붕소희석경보를 발생하는 것에 의해 다양한 기종의 노외계측기를 선택할 수 있으며,
- 해외 원전수출 시에 요구되는 운전모드 3, 4, 5, 6에서의 임계 도달 30분 전에 경보를 발생시켜야 한다는 경보 발생조건을 만족시키는 등, 타 외국 경쟁사에 비해 기술적 우위를 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 미임계상태에서 임계상태로의 접근에 따른 출력변화를 나타낸 도면이다.
도 2는 붕소희석 경보계통의 작동원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 미임계상태의 중성자 계수율을 나타낸 도면이다.
도 4는 미임계상태에서의 중성자 계수율 패턴의 종류를 나타낸 도면이다.
도 5는 붕소희석사고 발생 시의 자료변동 상황을 나타낸 도면이다.
도 6은 붕소희석사고 발생 시의 누적 편차합 변화를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템을 나타낸다.
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템 및 그 방법에 대해 상세히 설명한다.
냉각재에 포함된 붕소는, 중성자를 흡수하는 능력이 뛰어나, 정상운전 중에는 잉여 반응도 관리를 위하여 사용되고, 원자로 불시정지 시에는 핵분열 연쇄반응을 억제하기 위해 사용된다. 발전소 정지 시에 원자로의 미임계 유지를 위한 대표적 수단이 정지봉 삽입 혹은 과다한 붕소주입이다. 특히, 연료 재장전을 위한 예방정지 동안에는 정지봉의 삽입 없이 오직 높은 농도(2,500ppm 이상)의 붕소에 의하여 원자로의 미임계상태를 유지한다. 운전원이 인지하지 못하는 붕소희석사고가 발생하면, 붕소에 의한 중성자 흡수능력이 저하되어 원자로의 출력이 선형적으로 서서히 증가한다. 원자로 밖에 설치된 기동채널 노외 중성자 계측기는 원자로 출력에 비례하여 누설되는 중성자의 수를 측정하여 주제어실에 표시한다. 낮은 미임계상태에서의 중성자 계수율은 평균으로부터 편차가 크며, 확률적 섭동이 무척 크다. 이는, 원자로가 동일한 상태에 유지되더라도 측정되는 중성자 계수율이 항상 변동한다는 것을 의미한다.
붕소희석사고가 발생하면, 선형 경향 패턴으로 증가한다. y(t)를 t시점에서의 중성자 계수율이라 정의하면, 붕소농도 변화가 없는 경우, y(t)는 기준 중성자 계수율 k에 대해 오차 x(t)를 가지며, x(t)는 표준정규분포 N(0, 1)에 따른다. 붕소희석사고에 의한 선형 경향 패턴이 있는 상태의 데이터 y(t)는, 식 (1)과 같이 변화한다.
Figure 112010070503909-pat00002
여기서, σx는 발생된 데이터의 표준편차를 나타내고, m은 선형 경향 패턴의 기울기로서 양(음)수는 상(하)향 경향을 나타낸다. 여기서는, │m│이 크면 클수록 붕소희석의 정도가 크다는 것을 의미한다. 또, t0는 선형 경향 시작점을 나타내고, t는 중성자 계수율 측정시점을 나타낸다. μ는 측정된 기준 중성자 계수율 k의 평균값을 나타낸다.
본 발명에서는, 붕소희석사고의 조기감지를 위하여, 누적합 관리도를 이용하고 있다. 본 발명의 측정방법은 다음과 같다.
1) 기동채널로부터 중성자 계수율 y(t)를 측정한다.
2) y(t)에서 기준 중성자 계수율 k를 빼서 편차 Ct를 계산한다.
3) 이전 단계까지 누적된 편차
Figure 112012019062779-pat00014
에 새로운 편차를 더한다.
4) 현재까지 누적된 편차값이 설정구간을 벗어났는지 여부를 판단하여 붕소희석사고를 감지한다.
본 발명의 실시예로서, 상기의 순서대로 도 5에 나타낸 바와 같이 누적 편차합을 관리한다. 기준 중성자 계수율이 10cps(counts/second)이고, 20스텝에서 붕소희석사고가 시작되는 것으로 가정한 경우는, 위 식 (1)과 같이 중성자 계수율이 변화한다고 가정하여 누적 편차합이 6.0에 도달하면 경보를 발생하도록 하고 있다. 여기서, 도 5는 붕소희석사고 발생 시의 자료변동 상황을 나타내고 있다.
다음에는 도 6을 참조해서 붕소희석사고 발생 시의 누적 편차합 변화에 대해 설명한다.
도 6은 붕소희석사고 발생 시의 누적 편차합 변화를 나타낸 도면이다.
도 6에 나타낸 바와 같은 자료를 종래의 방법에 적용하면, 측정된 중성자 계수율이 한 번도 기동영역 감시비율(2.5～4.0)을 넘지 못하여 경보를 발생하지 못하게 된다. 반면에, 도 6에 나타낸 바와 같은 자료를 본 발명에 적용하면, 적색 선 그래프로 나타낸 바와 같이 27스텝만에 붕소희석 사고를 감지할 수 있다. 이와 같이, 본 발명을 적용한 붕소희석 경보계통은, 공정평균이 작은 변동을 가지고 있는 경우에도 종래의 방법보다 조기에 붕소희석사고를 감지할 수 있다는 장점이 있다.
다음에는 도 7을 참조해서 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템을 나타낸 도면이다.
(가) 노외 중성자 계측기(10)
노외 중성자 계측기(10)는, 원자로 출력에 비례하여 원자로 밖으로 누설되는 중성자를 계측하기 위한 장비로서, 중성자가 계측기와 반응하여 전하펄스를 발생한다.
(나) 신호처리장치(20)
신호처리장치(20)는, 전치증폭기, 증폭기 및 펄스선별기로 구성되어 있다. 전치증폭기는 중성자 계측기에 1,000V 이상의 고전압을 제공하여 전하신호를 전압 펄스신호로 변환한다. 증폭기는 신호처리를 용이하게 하기 위하여 전압 펄스신호를 증폭한다. 펄스선별기는 신호에 포함된 감마선 및 알파선 노이즈를 제거하도록 설정된 전압 이하의 펄스신호를 제거하고, 통과된 펄스에 해당하는 티티엘(TTL: Transistor-Transistor Logic) 신호를 발생한다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템은, 디지털 중성자 계수율 변환장치(30), 경보 연산장치(40) 및 경보등 및 경보스피커(50)로 구성된다.
(다) 디지털 중성자 계수율 변환장치(30)
디지털 중성자 계수율 변환장치(30)는, 신호처리장치(20)로부터의 티티엘 신호를 측정하여 매 초당 측정된 티티엘 신호수를 디지털 형태로 변환하여 경보 연산장치(40)로 보낸다.
(라) 경보 연산장치(40)
경보 연산장치(40)는, 디지털 중성자 계수율 변환장치(30)에 의해 변환된 매 초당 측정된 티티엘 신호수의 계수율과 설정된 평균 계수율의 편차를 누적하여 더하고, 이 누적합이 설정된 제한값 이상으로 되면 작동신호를 출력하여 경보등 및 경보스피커(50)를 작동시킨다.
(마) 경보등 및 경보스피커(50)
경보등 및 경보스피커(50)는, 경보 연산장치(40)로부터의 작동신호를 받아 원자로 운전원에게 부주의한 붕소희석사고를 인지하도록 시각 및 청각 신호를 발생한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템에 의하면, 연속적으로 중성자 계수율을 측정하고 평균값과의 편차누적합을 이용하여 선형 경향 패턴을 가지는 중성자 계수율의 증가를 조기에 감지할 수 있다.
10 --- 노외 중성자 계측기
20 --- 신호처리장치
30 --- 디지털 중성자 계수율 변환장치
40 --- 경보 연산장치
50 --- 경보등 및 경보스피커

Claims (5)

  1. 노외 중성자 계측기와 신호처리장치를 이용하여 원자로 출력에 비례하여 원자로 밖으로 누설되는 중성자를 계측하기 위한 장비로서,
    상기 신호처리장치로부터의 티티엘(TTL: Transistor-Transistor Logic) 신호를 측정하여 매 초당 측정된 티티엘 신호수를 디지털 형태로 변환하여 출력하는 디지털 중성자 계수율 변환장치와,
    상기 디지털 중성자 계수율 변환장치에 의해 변환된 매 초당 측정된 티티엘 신호수의 계수율과 설정된 평균 계수율의 편차를 누적하여 더하고, 이 누적합이 설정된 제한값 이상으로 되면 작동신호를 출력하는 경보 연산장치 및,
    상기 경보 연산장치로부터의 작동신호를 받아 부주의한 붕소희석사고를 인지하도록 시각 및 청각 신호를 발생하는 경보수단을 구비한 것을 특징으로 하는 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호처리장치는,
    상기 중성자 계측기에 고전압을 제공하여 전하신호를 전압 펄스신호로 변환하는 전치증폭기와,
    신호처리를 용이하게 하기 위하여 상기 전압 펄스신호를 증폭하는 증폭기 및,
    상기 전압 펄스신호에 포함된 감마선 및 알파선 노이즈를 제거하도록 설정된 전압 이하의 펄스신호를 제거하고, 통과된 펄스에 해당하는 티티엘 신호를 발생하는 펄스선별기를 구비하는 것을 특징으로 하는 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 중성자 계측기로 제공되는 고전압은 1,000V 이상의 전압인 것을 특징으로 하는 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템.
  4. 삭제
  5. 누적합 관리도를 이용하여 붕소희석사고를 감지하는 방법으로서,
    1) 기동채널로부터 중성자 계수율 y(t)을 측정하는 단계와,
    2) 측정한 중성자 계수율 y(t)로부터 기준 중성자 계수율 k를 빼서 편차 Ct를 계산하는 단계,
    3) 이전 단계까지 누적된 편차
    Figure 112012019062779-pat00015

    에 새로운 편차를 더하는 단계 및,
    4) 현재까지 누적된 편차값이 설정구간을 벗어났는지 여부를 판단하여 붕소희석사고를 감지하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 누적합 관리도를 이용하여 붕소희석사고를 감지하는 방법.
KR1020100106782A 2010-10-29 2010-10-29 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템 및 그 방법 KR101178707B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100106782A KR101178707B1 (ko) 2010-10-29 2010-10-29 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템 및 그 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100106782A KR101178707B1 (ko) 2010-10-29 2010-10-29 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템 및 그 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120045319A KR20120045319A (ko) 2012-05-09
KR101178707B1 true KR101178707B1 (ko) 2012-08-30

Family

ID=46264806

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100106782A KR101178707B1 (ko) 2010-10-29 2010-10-29 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101178707B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109785980B (zh) * 2019-01-24 2021-01-26 中广核工程有限公司 核电站硼稀释事故处理方法以及系统
CN113297529A (zh) * 2021-04-15 2021-08-24 中核核电运行管理有限公司 一种预测压水反应堆循环停堆日期的方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120045319A (ko) 2012-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2650494C2 (ru) Способ контроля разбавления бора при простое реактора
US8946645B2 (en) Radiation-monitoring diagnostic hodoscope system for nuclear-power reactors
US9280516B2 (en) Method and system to validate wired sensors
KR101085312B1 (ko) 방사선량 검출기 및 방사선량계
JPH0477877B2 (ko)
KR101178707B1 (ko) 누적 편차합 관리도를 이용한 붕소희석 사고 경보 시스템 및 그 방법
CN110703308B (zh) 临界报警装置及系统
US5875221A (en) Method and device for operating a reactor in an unstable state
JP4828962B2 (ja) 放射能検査方法および装置
JP6523877B2 (ja) 原子炉計装システム及び原子炉
US5956380A (en) Method and apparatus for determining neutron flux density, in particular in a nuclear power facility
JP4334256B2 (ja) 放射線出力監視装置
JP5491879B2 (ja) 中性子増倍体系の未臨界度判定装置、及び未臨界度判定プログラム
JP2008014705A (ja) 原子炉モニタ装置
KR102619779B1 (ko) 다중파고 분석을 이용한 선별 전압 결정 장치 및 그의 동작 방법
Shin et al. Development of Digital Boron Dilution Alarm System (DBDAS)
WO2021090584A1 (ja) 放射線モニタ及びその診断方法
KR101750124B1 (ko) 원자로에서 봉 낙하를 검출하는 방법 및 장치
KR101523194B1 (ko) 사용후핵연료 자발중성자 선원을 이용한 사용후핵연료 저장조 미임계 감시시스템
KR102115139B1 (ko) 이중 민감도를 가지는 중성자 검출기 기반 중성자 계수 장치
JP5305335B2 (ja) 核出力計測装置
Sakakibara et al. Off-Gas Nuclide Analysis System
JP4509831B2 (ja) 出力分布監視装置及びその監視方法
KR950012820B1 (ko) 장기 중성자 선량 측정 노출중 동위원소 버언-인을 검출 및 교정하는 방법
JPH1130689A (ja) 漏洩燃料集合体検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150821

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160801

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170801

Year of fee payment: 6