(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉容器の外の中性子束を計測して電流値に変換する中性子検出器と、
変換された電流値を検出器信号処理回路を用いて演算処理して原子炉の運転時の中性子束の状態を出力する炉外核計装盤とを備える炉外核計装装置において、
前記検出器信号処理回路は、
前記中性子検出器で変換された電流値を、その電流値に応じた電圧値に変換する電流／電圧変換部と、
ゲインを選択できる電流レベル対応用抵抗回路及び、ゲインを調整するＤ／Ａコンバータを持つ演算増幅器を有し、前記電流／電圧変換部で変換された電圧値を増幅する可変ゲイン増幅部と
を備えることを特徴とする炉外核計装装置。
【請求項２】
前記検出器信号処理回路は、
前記中性子検出器で変換された電流値を、その電流値に応じた電圧値に変換する電流／電圧変換部と、
前記電流／電圧変換部で変換された電圧値より前記中性子検出器で変換された電流値を指示する検出器電流指示計出力部と、
ゲインを選択できる電流レベル対応用抵抗回路及び、ゲインを調整するＤ／Ａコンバータを持つ演算増幅器を有し、前記電流／電圧変換部で変換された電圧値を増幅する可変ゲイン増幅部と、
前記検出器電流指示計出力部の指示する電流値を基に、前記電流レベル対応用抵抗回路のゲインを選択し、前記Ｄ／Ａコンバータのゲインを調整する選択調整制御手段と
を備えることを特徴とする請求項１記載の炉外核計装装置。
【請求項３】
原子炉容器の外の中性子束を計測して電流値に変換する中性子検出器と、
変換された電流値を検出器信号処理回路を用いて演算処理して原子炉の運転時の中性子束の状態を出力する炉外核計装盤とを備える炉外核計装装置において、
前記検出器信号処理回路は、
ゲインを選択できる電流レベル対応用抵抗回路を持つ演算増幅器を有し、前記中性子検出器で変換された電流値を、その電流値に応じた電圧値に増幅して変換する電流／電圧変換部と、
ゲインを調整するＤ／Ａコンバータを持つ演算増幅器を有し、前記電流／電圧変換部で増幅して変換された電圧値を増幅する可変ゲイン増幅部と
を備えることを特徴とする炉外核計装装置。
【請求項４】
前記検出器信号処理回路は、
ゲインを選択できる電流レベル対応用抵抗回路を持つ演算増幅器を有し、前記中性子検出器で変換された電流値を、その電流値に応じた電圧値に増幅して変換する電流／電圧変換部と、
前記電流／電圧変換部で増幅して変換された電圧値より前記中性子検出器で変換された電流値を指示する検出器電流指示計出力部と、
ゲインを調整するＤ／Ａコンバータを持つ演算増幅器を有し、前記電流／電圧変換部で増幅して演算された電圧値を増幅する可変ゲイン増幅部と、
前記検出器電流指示計出力部の指示する電流値を基に、前記電流レベル対応用抵抗回路のゲインを選択し、前記Ｄ／Ａコンバータのゲインを調整する選択調整制御手段と
を備えることを特徴とする請求項３記載の炉外核計装装置。
【請求項５】
ゲインを選択できる前記電流レベル対応用抵抗回路は、抵抗とアナログスイッチの直列体の複数個で構成されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の炉外核計装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、原子炉容器外の中性子束を監視する炉外核計装装置に関し、特に炉外核計装装置を構成している炉外核計装盤内に設置される検出器信号処理回路（Ｉ／Ｅアンプ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炉外核計装装置は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）の原子炉容器外の中性子束を連続監視することにより、起動時および運転時の原子炉の状態を監視して、中性子束の状態に異常が検出された場合は、警報信号及び原子炉を緊急停止させる信号を出力することで、原子炉の保護を行うものである。炉外核計装装置は、主に中性子束を計測して電流値に変換する中性子検出器と、変換された電流値を演算処理して前記信号に変換する炉外核計装盤から構成されている。
【０００３】
一般に、炉外核計装装置の中性子計測範囲は、原子炉の停止状態から出力運転に至るまでの中性子束のレベルに応じて、中性子源領域、中間領域、及び出力領域（運転領域）に分けられる。中性子検出器および炉外核計装盤の構造、機能は領域ごとに異なり、出力領域の演算処理には検出器信号処理回路（Ｉ／Ｅアンプ、つまり、電流／電圧アンプ）が用いられる。この発明は、この出力領域における検出器信号処理回路に係わるものである。
【０００４】
図５は出力領域における炉外核計装装置の一般的な構成を示す構成図である。炉外核計装装置１４は、中性子検出器３と炉外核計装盤１とで構成されている。中性子検出器３は、原子炉格納容器１５の内部に設けられる原子炉容器１６の外部の周囲に複数体設置する。中性子検出器３は、原子炉容器１６から漏洩してくる中性子束を計測して電流値に変換する。この電流値を炉外核計装盤１の検出器信号処理回路８に入力して、炉出力レベルに応じた出力電圧に変換する。そして、検出器信号処理回路８の出力電圧を信号処理カード１１に入力する。信号処理カード１１では、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換、工学値変換を行い、各種信号を操作パネル１２や原子炉保護系システム２内の入出力カード１３に出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−８３７５号公報（図１、図２、段落[００１５]）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のＰＷＲの原子炉容器から漏洩する中性子は比較的多く、原子炉運転中の出力領域で対応する炉外核計装盤１内の検出器信号処理回路８は、中性子検出器電流値が（例えば、１００μＡ〜３ｍＡで）比較的大きくなる。この従来のＰＷＲから改良された改良型加圧水型原子炉（ＡＰＷＲ：Advanced PWR）では、原子炉容器内に中性子を反射させる反射体の性能向上により原子炉容器外に漏洩する中性子が少なくなり、従来の中性子検出器電流値より微小な値（例えば、１μＡ〜３０μＡ）を計測する必要がある。
【０００７】
このため、従来の中性子検出電流処理範囲に対応した検出器信号処理回路８で中性子検出器電流を増幅しても、信号処理カード以降の演算処理が可能であるような、炉出力１００％レベルに対応した出力電圧レベル（例えば、増幅して３．３Ｖ）を得ることができないという問題点があった。また、従来のＰＷＲとＡＰＷＲの両者に対応した炉外核計装の中性子検出器電流処理範囲（上記例では１μＡ〜３ｍＡ）に対応した出力電圧レベルを満たすことができる高ゲインを実現する回路構成が必要であった。
【０００８】
また、高ゲインのＩ／Ｅアンプによって微小電流を増幅して、高いゲインを実現し、かつ計測値の精度を保つことができる検出器信号処理回路（Ｉ／Ｅアンプ）を得るための回路構成が必要になる。なお、可変利得増幅器としては、特許文献１に示す文献がある。
【０００９】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、中性子検出器電流が微小な場合でも、炉出力レベルに対応した電圧レベルを出力でき、正確な中性子束の状態を得ることができると共に、高い精度の計測値を得ることができる炉外核計装装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係わる炉外核計装装置は、原子炉容器の外の中性子束を計測して電流値に変換する中性子検出器と、変換された電流値を検出器信号処理回路を用いて演算処理して原子炉の運転時の中性子束の状態を出力する炉外核計装盤とを備える炉外核計装装置において、前記検出器信号処理回路は、前記中性子検出器で変換された電流値を、その電流値に応じた電圧値に変換する電流／電圧変換部と、ゲインを選択できる電流レベル対応用抵抗回路及び、ゲインを調整するＤ／Ａコンバータを持つ演算増幅器を有し、前記電流／電圧変換部で変換された電圧値を増幅する可変ゲイン増幅部とを備えるものである。
【００１１】
また、この発明に係わる炉外核計装装置は、原子炉容器の外の中性子束を計測して電流値に変換する中性子検出器と、変換された電流値を検出器信号処理回路を用いて演算処理して原子炉の運転時の中性子束の状態を出力する炉外核計装盤とを備える炉外核計装装置において、前記検出器信号処理回路は、ゲインを選択できる電流レベル対応用抵抗回路を持つ演算増幅器を有し、前記中性子検出器で変換された電流値を、その電流値に応じた電圧値に増幅して変換する電流／電圧変換部と、ゲインを調整するＤ／Ａコンバータを持つ演算増幅器を有し、前記電流／電圧変換部で増幅して変換された電圧値を増幅する可変ゲイン増幅部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の炉外核計装装置によれば、中性子検出器電流が微小な場合でも、演算処理が可能な電圧レベルを出力でき、精度良く中性子束の状態を得ることができると共に、大きく高い精度の計測値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】検出器信号処理回路を示す基本的回路構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１における検出器信号処理回路を示す回路構成図である。
【図３】実施の形態２における検出器信号処理回路を示す回路構成図である。
【図４】実施の形態３における検出器信号処理回路を示す回路構成図である。
【図５】出力領域における炉外核計装装置の一般的な構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図５は、出力領域における炉外核計装装置の一般的な構成を示す構成図である。図５において、原子炉格納容器１５内に設置される原子炉容器１６の外部の周辺に炉外核計装装置１４の中性子検出器３が設けられる。中性子検出器３は、原子炉容器１６の上部から漏洩する中性子を検出し電流値に変換する上部検出器４と、この原子炉容器１６の下部から漏洩する中性子を検出し電流値に変換する下部検出器５を一体にしたものである。上部検出器４で変換された電流値は上部検出器ケーブル６を経由して、通常原子炉格納容器１５の外部に設置される炉外核計装装置１４の炉外核計装盤１内にある検出器信号処理回路８に入力される。下部検出器５で変換された電流値も同様に、下部検出器ケーブル７を経由して検出器信号処理回路８に入力される。
【００１６】
この検出器信号処理回路８は、上部検出器４に対応した回路と下部検出器５に対応した回路がそれぞれあり、この検出器信号処理回路８により電流値が上部検出器用出力電圧９、下部検出器用出力電圧１０に変換される。この両出力電圧９、１０を炉外核計装盤１内の信号処理カード１１に入力する。信号処理回路１１では、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換、工学値変換を行い、各種信号を操作パネル１２や原子炉保護系システム２内の入出力カード１３に出力する。
【００１７】
図１は、上部検出器３用、あるいは下部検出器４用の検出器信号処理回路８を示す基本的回路構成図である。検出器信号処理回路８は、上部検出器３又は下部検出器４で検出された中性子束を変換した電流値Ｉｕを電圧値Ｖ１に変換する電流／電圧（Ｉ／Ｅ）変換部２１、この電圧値Ｖ１を第１段階として増幅し電圧値Ｖ２とする可変ゲイン増幅部２２、一度増幅された電圧値Ｖ２を第２段階として増幅し出力電圧Ｖ３としてこの検出器信号処理回路８から出力する固定ゲイン増幅部２３、上記電流／電圧変換部２１で変換した電圧値Ｖ１を表示する検出器電流指示計出力部２４、上記可変ゲイン増幅部２２の増幅幅を調整する調整制御手段２５から構成される。なお、図１および上記では可変ゲイン増幅部２２の後段に固定ゲイン増幅部２３を配しているが、固定ゲイン増幅部２３の後段に可変ゲイン増幅部２２を配することも可能である。
【００１８】
検出器信号処理回路８の機能に関しては、まず、中性子検出器で計測された電流Ｉｕが電流／電圧変換部２１で演算増幅器を用いた反転増幅器３１に入力され、電流Ｉｕに応じた電圧値Ｖ１が出力される。３２は抵抗である。図１では電流／電圧変換部２１及び後述する固定ゲイン増幅部２３のゲインは一定である。次に、電圧値Ｖ１により検出器電流指示計出力部２４で検出器電流が表示されると共に、電圧値Ｖ１は可変ゲイン増幅部２２の演算増幅器である反転増幅器５１に入力される。
【００１９】
可変ゲイン増幅部２２では、あらかじめ出力電圧Ｖ３を炉出力に応じた電圧値に校正するため調整制御手段２５によってＤ／Ａコンバータ５３の調整が行われており、それによって検出器信号処理回路８の出力電圧Ｖ３が決定される。すなわち、検出器電流Ｉｕを電流／電圧変換部２１の固定ゲイン増幅により変換した電圧値Ｖ１を出力表示する検出器電流指示計出力部２４の値を基に、調整制御手段２５によって可変ゲイン増幅部２２の増幅幅を調整している。なお、この調整は中性子検出器３（図５）を設置した後に行われるものであり、炉出力、原子炉容器１６（図５）からの中性子の漏洩量、設置した検出器の誤差やその設置場所などから生じる検出精度を吸収するものであり、他の手段（例えば炉内核計装や炉内温度計装など）から得られる炉出力と検出器電流指示計出力部２４との関係から作業員が調整制御手段２５により調整するものである。また、この作業員の作業を自動化することについては原子力プラント全体の計装システムの考え方により採否決定されるものであり、本炉外核計装装置に関しては採用しても特段問題はない。自動化する場合は、検出器電流指示計出力部２４の電圧値の信号と、原子炉保護系システム２（図５、あるいは図示していない他の原子力プラントの計装システム）が有している炉出力の信号を調整制御手段２５に入力し、これらの値から増幅幅を算出してＤ／Ａコンバータ５３を調整するようにすればよい。
【００２０】
Ｄ／Ａコンバータ５３は調整制御手段２５からのデジタル電気信号をアナログ電気信号（抵抗値）に変換する電子回路（例えば、１２ビット回路）で、１／１００００程度の細かさの抵抗値に変換し得る。そして、可変ゲイン増幅部２２の出力の電圧値Ｖ２は固定ゲイン増幅部２３の演算増幅器である非反転増幅器７１により増幅され、出力信号の出力電圧Ｖ３が信号処理カード１１（図５）に入力される。ここで出力信号の出力電圧Ｖ３は炉出力と対応した電圧値（例えば、炉出力１００％に対応した電圧値３．３Ｖ）であり、信号処理カード１１以降の演算処理には炉出力に対応した、ある一定のレベルの電圧値が要求されるため、検出器電流Ｉｕは検出器信号処理回路８によって電圧値に変換され増幅されている。なお、５４は固定抵抗、５２、７２〜７５は抵抗である。
【００２１】
図２はこの発明の実施の形態１における検出器信号処理回路（Ｉ／Ｅアンプ）を示す回路構成図である。図１の検出器信号処理回路と異なる部分を主に説明する。なお、各図中で同一符号は同一又は相当部分を示す。図２の回路構成では、可変ゲイン増幅部２２の固定抵抗５４（図１）を、ゲインを選択できる電流レベル対応用抵抗回路６１で構成する。電流レベル対応用抵抗回路６１は、抵抗とアナログスイッチを直列に接続した直列体を複数個並列に接続した並列体で構成されている。６２〜６４は抵抗、６５〜６７はアナログスイッチである。それにより、アナログスイッチを選択して閉じて、低電流レベル対応用の高抵抗回路にすることができる。なお、電流レベル対応用抵抗回路６１は可変抵抗器でも構成できる。
【００２２】
電流レベル対応用抵抗回路６１の抵抗を選択することによって、反転増幅器５１のゲインを選択できる。抵抗６２＝Ｒ１、----、抵抗６３＝Ｒ２、抵抗６４＝Ｒ３とし、Ｒ１、----、Ｒ２、Ｒ３＝１／１００Ｒ、----、１０Ｒ、１００Ｒのように抵抗値を１桁単位で段階的に変えて、選択調整制御手段２６により所望する抵抗をアナログスイッチのオン、オフにより選択するよう制御することで、固定抵抗時に比べて可変ゲイン増幅部２２のゲインの幅を広げることができる。中性子検出器３で計測された電流Ｉｕが小さい場合には、大きな抵抗値を選択するようにする。
【００２３】
可変ゲイン増幅部２２のゲインは、Ｄ／Ａコンバータ５３の抵抗値を選択調整制御手段２６によるデジタル電気信号で調整して可変できるが、電流レベル対応用抵抗回路６１を固定抵抗として、Ｄ／Ａコンバータ５３だけで抵抗値を調整しようとすると、電流入力範囲の下限が、例えば１μＡまで下る場合、Ｄ／Ａコンバータ５３におけるゲイン設定用カウント値（デジタル電気信号）当たりの電圧変化幅が大きくなり、精度が悪化する。そのため、図２では、ゲインを選択できる電流レベル対応用抵抗回路６１とゲインを調整するＤ／Ａコンバータ５３との二段直列構成として、電流レベル対応用抵抗回路６１で大きくゲイン選択して、Ｄ／Ａコンバータ５３で細かくゲイン調整することにより、精度の高いゲイン調整ができる。
【００２４】
次に実施の形態１の可変ゲイン増幅部２２の選択調整制御手段２６による電流レベル対応用抵抗回路６１の選択とＤ／Ａコンバータ５３の調整について説明する。炉出力１００％レベルに対応した中性子検出器電流Ｉｕを電流／電圧変換部２１に入力すると、反転増幅器３１によって電圧値Ｖ１に変換されて出力される。次に、検出器電流指示計出力部２４で検出器電流が表示されると共に、可変ゲイン増幅部２２の反転増幅器５１に電圧値Ｖ１が入力される。このとき、可変ゲイン増幅部２２の反転増幅器５１の電流レベル対応用抵抗回路６１における抵抗値を、電流レベル（検出器電流指示計出力部２４で表示される検出器電流）により選択的に切り替えると共に、Ｄ／Ａコンバータ５３の抵抗値を調整して、可変ゲイン増幅部２２のゲインを変化させることで、検出器信号処理回路の出力電圧Ｖ３を要求電圧レベル（例えば、Ｖ３＝３．３Ｖ）へ合わせ込むことができる。
【００２５】
つまり、計測された電流が微小で、検出器信号処理回路の出力電圧Ｖ３が要求電圧レベルに達しない場合は、アナログスイッチ６５〜６７のオン、オフで電流レベル対応用抵抗回路６１の抵抗６２〜６４を選択することで抵抗値を切り替えると共に、さらに、Ｄ／Ａコンバータ５３の抵抗値を調整して、可変ゲイン増幅部２２のゲインを変化させ、検出器信号処理回路８の出力電圧Ｖ３を要求電圧レベルへ合わせ込むことができる。また、Ｄ／Ａコンバータ５３を調整することにより、Ｄ／Ａコンバータ５３の抵抗値、電流レベル対応用抵抗回路６１で選択された抵抗値、及びアナログスイッチのオン抵抗値を含めた抵抗値を微調整することができる。そのため、選択調整制御により可変ゲイン増幅部２２の持つゲインの幅を従来に比べて大きくかつ精度よく変化させることができるため、結果として計測できる中性子検出器電流の幅が拡大することができる。
【００２６】
前述でゲインが選択調整された可変ゲイン増幅部２２を有する検出器信号処理回路８を用いた炉外核計装装置について説明する。原子炉の運転時における中性子検出器電流Ｉｕが電流／電圧変換部２１に入力されると、反転増幅器３１によって電圧値Ｖ１として出力される。次に、検出器電流指示計出力部２４で検出器電流が表示されると共に、可変ゲイン増幅部２２の反転増幅器５１に電圧値Ｖ１が入力される。その電圧値Ｖ１は、ゲインが選択調整制御された可変ゲイン増幅部２２で増幅されて、電圧値Ｖ２を得、固定ゲイン増幅部２３で増幅されて出力電圧Ｖ３を得る。炉出力が１００％のとき、出力電圧Ｖ３が先に設定した要求電圧レベルであれば、原子炉は正常に動作しているが、出力電圧Ｖ３が設定した要求電圧レベルを超えて異常が検出された場合には、警報信号及び原子炉を緊急停止させる信号が出力される。
【００２７】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２における検出器信号処理回路（Ｉ／Ｅアンプ）８を示す回路構成図である。実施の形態１では、可変ゲイン増幅部２２に抵抗とアナログスイッチからなる電流レベル対応用抵抗回路６１を追加して切り替え制御をする場合について述べたが、実施の形態２では図３に示すように、図１の基本的回路構成に対して、電流／電圧変換部２１に抵抗とアナログスイッチからなる電流レベル対応用抵抗回路４１を追加する。なお、４２〜４４は抵抗、４５〜４７はアナログスイッチである。電流レベル対応用抵抗回路４１における抵抗値を、電圧値Ｖ１レベルに基づく検出器電流指示計出力部の表示により選択調整制御手段２７で選択的に切り替える。
【００２８】
つまり、計測された電流が微小で、検出器信号処理回路の出力電圧Ｖ３が要求電圧レベルに達しない場合は、選択調整制御手段２７でアナログスイッチ４５〜４７のオン、オフを制御して抵抗値を選択して、電流／電圧変換部２１のゲインを変化させ、さらに、可変ゲイン増幅部２２にあるＤ／Ａコンバータ５３の抵抗値を選択調整制御装置２７で細かく調整して、可変ゲイン増幅部２２のゲインを変化させ、総合して検出器信号処理回路８の出力電圧Ｖ３を要求電圧レベルへ精度よく合わせ込むことができる。そのため、選択調整制御により検出器信号処理回路のゲインの幅を従来に比べて大きくかつ精度よく変化させることができるため、結果として計測できる中性子検出器電流の幅が拡大することができる。
【００２９】
実施の形態３．
図４は実施の形態３における検出器信号処理回路（Ｉ／Ｅアンフ゜）８を示す回路構成図である。図４に示すように、図１に対して、可変ゲイン増幅部２２のＤ／Ａコンバータが二段構成となるように、Ｄ／Ａコンバータ５５（ＤＡＣ１）、５６（ＤＡＣ２）を２つ直列に接続した。
【００３０】
一方のＤ／Ａコンバータ５５は実施の形態１の電流レベル対応用抵抗回路６１に相当して、選択調整制御手段２８で抵抗値を大きく選択し、他方のＤ／Ａコンバータ５６は実施の形態１のＤ／Ａコンバータ５３に相当して、選択調整制御手段２８で抵抗値を細かく調整する。そのため、選択調整制御により可変ゲイン増幅部のゲイン、つまり検出器信号処理回路のゲインの幅を従来に比べて大きくかつ精度よく変化させることができるため、結果として計測できる中性子検出器電流の幅を拡大させることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  炉外核計装盤                        ３  中性子検出器
８  検出器信号処理回路                  １４  炉外核計装装置
１６  原子炉容器                        ２１  電流／電圧変換部
２２  可変ゲイン増幅部                  ２３  固定ゲイン増幅部
２４  検出器電流指示計出力部            ２５  調整制御手段
２６、２７、２８  選択調整制御手段      ４１  電流レベル対応用抵抗回路
４２〜４４  抵抗                        ４５〜４７  アナログスイッチ
５３、５５、５６  Ｄ／Ａコンバータ      ６１  電流レベル対応用抵抗回路
６２〜６４  抵抗                        ６５〜６７  アナログスイッチ
【図１】
0005535100.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005535100.tif 000006