(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料集合体収納体系の中性子増倍率評価方法において、燃料集合体収納ステップごとの増倍率（ｋj ）を評価する。【解決手段】燃料集合体の収納ステップｊにおける中性子増倍率をｋj、燃料集合体の１次中性子放出率と中性子検出器への応答感度因子をそれぞれＳijおよびｗijとし、燃料集合体ｉに基づく中性子検出器位置の中性子束φijをφij＝ｗij・Ｓij／（１−ｋj）で表わし、収納ステップｊにおける照射燃料集合体全数ｙに基づく中性子検出器位置の中性子束φjをφj ＝Σ(i=1,y)(φij)＝Σ(i=1,y)［（ｗij・Ｓij）／（１−ｋj）］で表わし、検出器感度を意味する比例係数をｄjで表わすときに、中性子束計測によって得られる中性子計数率ｎjをｎj＝ｄj・φj＝Σ(i=1,y)［ｄj・（ｗij・Ｓij）／（１−ｋj）］で表わし、中性子検出器への応答感度因子ｗijを計算で求める。ｄjおよびＳijを別途求め中性子束φjまたは中性子計数率ｎjを測定することによって照射燃料集合体の収納ステップｊの中性子増倍率ｋｊを求める。【選択図】図１
2006184156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の照射燃料集合体を収納する燃料集合体収納装置を水中に設置し、中性子検出器と少なくとも１体の照射燃料集合体を相互に近接するように、中性子検出器と照射燃料集合体を配置して中性子検出器近傍の中性子スペクトルを略安定させた後、照射燃料集合体の収納ステップｊにおける中性子増倍率を（ｋj ）、各照射燃料集合体の１次中性子放出率と中性子検出器への応答感度因子をそれぞれ（Ｓij）および（ｗij）とし、収納ステップｊにおける照射燃料集合体ｉに基づく中性子検出器位置の中性子束（φij）を
［式１］  φij＝ｗij・Ｓij／（１−ｋj ）
で表わし、収納ステップｊにおける照射燃料集合体全数ｙに基づく中性子検出器位置の中性子束（φj ）を
［式２］  φj ＝Σ(i=1,y)(φij) ＝Σ(i=1,y)[（ｗij・Ｓij）／（１−ｋj ）］
で表わし、検出器感度を意味する比例係数をｄj で表わすときに、［式２］で表わされる中性子束を計測することによって得られる中性子計数率（ｎj ）を
［式３］  ｎj ＝ｄj ・φj 
＝Σ(i=1,y)[ ｄj ・（ｗij・Ｓij）／（１−ｋj ）］
で表わし、中性子検出器への応答感度因子（ｗij）を計算で求め、また、（ｄj ）および（Ｓij）を別途求め、中性子束（φj ）またはこれに比例する中性子計数率（ｎj ）を測定することによって照射燃料集合体の収納ステップｊの中性子増倍率ｋj を求めることを特徴とする燃料集合体収納体系の中性子増倍率評価方法。
【請求項２】
収納ステップｊにおける合計ｙ体の照射燃料集合体の誘発核分裂当たりの２次中性子放出率（ν）を実際の値の場合（ａ）、および人為的にゼロまたは人為的に変化させた値の場合（ｂ）に対して、照射燃料集合体ｉのみが１次中性子放出率（Ｓij）を有し、他の照射燃料集合体は１次中性子放出率がないとして中性子検出器位置の中性子束（φij）a および・（φij）b を固定源計算により求め、（ｗij）が変化しないとして、［式１］を用いて  ［（φij）b ／（φij）a ］比から（ｋj ）を求め、ａまたはｂの場合に対して（Ｓij）を与え、［式１］を適用することによって、合計ｙ体の照射燃料集合体を収納したステップｊにおける照射燃料集合体ｉから中性子検出器への応答感度因子（ｗij）を
［式４］  ｗij＝（φij／Ｓij）・（１−ｋj ）
を用いて求めることを特徴とする請求項１記載の燃料集合体収納体系の中性子増倍率評価方法。
【請求項３】
収納ステップｊにおける合計ｙ体の照射燃料集合体の誘発核分裂当たりの２次中性子放出率（ν）を人為的にゼロとすることによって、ｋj ＝０とし、
［式４］  ｗij＝（φij／Ｓij）・（１−ｋj ）
を用いて合計ｙ体の照射燃料集合体を収納したステップｊにおける照射燃料集合体ｉから中性子検出器への応答感度因子（ｗij）を求めることを特徴とする請求項１または２記載の燃料集合体収納体系の中性子増倍率評価方法。
【請求項４】
１体の燃料集合体を収納する平均的な収納セルの無限増倍率（ｋ∞ ）、中性子移動面積（Ｍ2 ）、および臨界バックリング（Ｂm２ ）を用いて無限増倍率（ｋ∞ ）を
［式５］  ｋ∞ ＝１＋Ｍ2 ・Ｂm２ 
で表わすとともに、収納ステップｊにおける中性子増倍率（ｋj ）を無限増倍率（ｋ∞ ）とステップｊにおけるバックリング（Ｂj２ ）を用いて、
［式６］  ｋj ＝ｋ∞ ／［１＋Ｍ2 ・Ｂj２ ］、
または
［式７］  ｋj ＝［１＋Ｍ2 ・Ｂm２ ］／［１＋Ｍ2 ・Ｂj２ ］
で表わし、
［式８］  １−ｋj ＝Σ(i=1,y)[（ｗij・Ｓij）／φj ］
に［式７］を代入することによって
［式３］  ｎj ＝ｄj ・φj 
＝Σ(i=1,y)[ ｄj ・（ｗij・Ｓij）／（１−ｋj ）］、
をバックリングの関数として
［式９］  １−ｋj ＝（ｄj ／ｎj ）・Σ(i=1,y) ［（ｗij・Ｓij）］
＝Ｍ2 ・ΔＢjm２／（１＋Ｍ2 Bj２ ）
で表わし、さらに、
［式９ｂ］  ΔＢjm２＝（Ｂj２−Ｂm２）
とするとき、［式５］を用いて（１＋Ｍ2 ・Ｂj２）を変形することによって、
［式９ａ］  １−ｋj 
＝（Ｍ2 ／ｋ∞ ）・ΔＢjm２／［１＋（Ｍ2 ／ｋ∞ ）・ΔＢjm２］
で表わし、縦軸または横軸の一方をバックリングの関数［式９ａ］の右辺、または「ΔＢjm２／［１＋（Ｍ2 ／ｋ∞ ）・ΔＢjm２］」とし、縦軸または横軸の他の一方を［式９］の「（ｄj ／ｎj ）・Σ（i＝1，y）［（ｗij・Ｓij）］ 」またはこれに比例する値を用いて作図することによって、逆増倍曲線を略直線化して臨界点を予想することを特徴とする臨界近接方法。
【請求項５】
ステップ１時の全燃料集合体数をｘ、ステップｊ時の全燃料集合体数をｙとし、
［式１０ａ］  Ｒj ＝［Σ(i=1,y)(ｗij・Ｓij)/Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1)]、
［式１０ｂ］  ΔＢ1m２＝（Ｂ1２ −Ｂm２ ）、
［式１０ｃ］
Ｈj ＝［１＋（ｋ∞ ／Ｍ2 ）ΔＢ1m２］／［１＋（ｋ∞ ／Ｍ2 ）ΔＢjm２］
として、
収納ステップｊに対する［式９］と収納ステップｊ＝１（基準体系）に対する［式９］との比から、
［式１０］  （１−ｋj ）／（１−ｋ1 ）
＝Ｒj ・（ｄj ／ｄ1 ）・（ｎ1 ／ｎj ）
＝［ΔＢjm２／ΔＢ1m２］・Ｈj 
を求め、
［式１０ｄ］  Ｒj ・（ｄj ／ｄ1 ）・（ｎ1 ／ｎj ）
＝［ΔＢjm２／ΔＢ1m２］・Ｈj 
の関係式を用い、該式の左辺を縦軸または横軸の一方とし、右辺を縦軸または横軸の他の一方として作図することによって、逆増倍曲線を略直線化して臨界点を予想することを特徴とする請求項４記載の臨界近接方法。
【請求項６】
中性子検出器と収納燃料集合体ｉとの間のセル平均（Ｍ2 ）の変化を抑制した未臨界燃料集合体収納体系において、中性子検出器近傍の燃料集合体群、燃料集合体１層からなる外周領域、およびそれ以外の内部領域とに分類し、該内部領域の燃料集合体の（ｗij）値を該燃料集合体中心点と中性子検出器中心間の距離の関数で表わし、前記外周領域の燃料集合体の（ｗij）値を同じく距離の関数で表わし、かつ前記内部領域の（ｗij）値に予め計算で求めた所定の係数を掛けることによって（ｗij）の近似値を求めることを特徴とする請求項１または２記載の燃料集合体収納体系の中性子増倍率評価方法。
【請求項７】
中性子検出器と収納燃料集合体ｉの間のセル平均（Ｍ2 ）の変化を抑制した未臨界燃料
集合体収納体系において、中性子検出器近傍の燃料集合体群、燃料集合体１層からなる外周領域、およびそれ以外の内部領域とに分類し、該内部領域の燃料集合体の（ｗij）値を該燃料集合体中心点と中性子検出器中心間の距離の関数で表わし、前記外周領域の燃料集合体の（ｗij）値を同じく距離の関数で表わし、かつ前記内部領域の（ｗij）値に予め計算で求めた所定の係数を掛けることによって求めることを特徴とする請求項４または５記載の臨界近接方法。
【請求項８】
［式９ｃ］  ｋj ＝１−（ｄj ／ｎj ）・Σ(i=1,y) [(ｗij・Ｓij)]
を用い、（ｄj ）およびΣ(i=1,y) [(ｗij・Ｓij)]を別途求めることによって、中性子計数率（ｎj ）の測定から収納ステップｊの中性子増倍率（ｋj ）を求めることを特徴とする請求項１または２記載の燃料集合体収納体系の中性子増倍率評価方法。
【請求項９】
［式９ｄ］
ｋj ＝１−（Ｍ2 ／ｋ∞ ）・ΔＢjm２／［１＋（Ｍ2 ／ｋ∞ ）・ΔＢjm２］
を用い、「ΔＢjm２／［１＋（Ｍ2 ／ｋ∞ ）・ΔＢjm２  ］」の値に（Ｍ2 ／ｋ∞ ）を掛けることによって、収納ステップｊにおける中性子増倍率ｋj を求めるとともに、ｊの値を（ｊ＋１）ステップの場合の中性子増倍率ｋ(j+1)を直線外挿して求め、その値を基に収納ステップ（ｊ＋１）を実施してよいか否かを判定することを特徴とする請求項４または５記載の臨界近接方法。
【請求項１０】
収納ステップ１の中性子増倍率がｋ1 である体系の検出器感度（ｄ1 ）が既知で中性子計数率が（ｎ1 ）のとき、
［式１１］  Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1) ＝（ｎ1 ／ｄ1 ）（１−ｋ1 ）
を用いてΣ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1) の値を求めるとともに、ｄj ＝ｄ1 とし、計算により
「Σ(i=x+1,y)(ｗi1・Ｓi1)／Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1)」の値を求め、一方、収納ステップ進行に伴うΣ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1) の値の変化を補正因子（Ｇ）とし、中性子計数率（ｎj ）を測定し、
［式１２］
ｋj ＝１−（ｄj ／ｎj ）・Ｇ・Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1) 
×［１＋Σ(i=x+1,y)(ｗi1・Ｓi1)／｛Ｇ・Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1)｝］
に［式１１］を一部に代入した
［式１２ａ］
ｋj ＝１−Ｇ・（ｎ1 ／ｎj ）（ｄj ／ｄ1 ）（１−ｋ1 ）
×［１＋Σ(i=x+1,y)(ｗij・Ｓij)／｛Ｇ・Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1)｝］
を用いて燃料集合体収納ステップｊの中性子増倍率（ｋj ）を求めることを特徴とする請求項１、２、３、６または８のいずれか記載の燃料集合体収納体系の中性子増倍率評価方法。
【請求項１１】
収納ステップｊ＝１において収納した燃料集合体群の中性子検出器から見て遠方側に１層ないし２層の誘発核分裂当たりの２次中性子放出率（ν）を人為的にゼロとした燃料収納領域を配置した場合と配置しない場合についてΣ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1) を求め、（配置した場合の値）を（配置しない場合の値）で割ってＧの値を求めることを特徴とする請求項１０記載の燃料集合体収納体系の中性子増倍率評価方法。
【請求項１２】
少なくとも収納の最終ステップまたは重要なステップにおいて、固定源計算により中性子増倍率を求めて、
［式１２ａ］
ｋj ＝１−Ｇ・（ｎ1 ／ｎj ）（ｄj ／ｄ1 ）（１−ｋ1 ）
×［１＋Σ(i=x+1,y)(ｗij・Ｓij)／｛Ｇ・Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1)｝］
で得られた結果と比較し、満足な一致が得られた場合には固有値計算を行なって実効増倍率（ｋeff ）を求め、満足な一致が得られない場合には固定源計算で得られた中性子計数率が測定で得られた計数率と一致するように２次中性子放出率（ν）の値に一定の値を掛ける人為的な操作をして、その比率の分だけ実効増倍率（ｋeff ）の値を修正することを特徴とする燃料集合体収納体系の中性子増倍率評価方法。
【請求項１３】
平均的な使用済燃料集合体および平均的な収納セルに対して無限増倍率、中性子移動面積、および材料バックリングを求めるとともに、燃料集合体収納体系において中性子検出器に対する中性子増倍率に依存しない応答感度因子（ｗij)とバックリングを求め、さらに１次中性子放出率（Ｓij)を考慮したΣ(i=1,y)［（ｗij・Ｓij)／ｎj ］が臨界からのバックリングの差とほぼ直線関係になる特性を利用して、逆増倍曲線を略直線化して、臨界近接の過程において中性子計数率（ｎj ）を求めるとともに、中性子増倍率（ｋj ）を評価し、かつ次の（ｊ＋１）ステップの中性子増倍率を推定し、該推定値が許容範囲か否か、また予想臨界近接曲線からずれているか否かを判定して安全に次の燃料収納作業を進めることを特徴とする臨界近接方法。
【請求項１４】
平均的な使用済燃料集合体および燃料集合体収納体系の中性子検出器に対する中性子増倍率に依存しない応答感度因子（ｗij)を求め、収納ステップｊ＝１に対する与えられた中性子増倍率（ｋ1 ）と検出器感度（ｄ1 ）および中性子計数率（ｎ1 、ｎj ）を用いることにより、収納中間ステップの近似的な中性子増倍率（ｋj ）を［式１２ａ］により求めることによって、詳細解析実施の回数を減らして、少なくとも最終ステップまたは重要なステップにおいて詳細解析を行なって、中性子計数率（ｎcj）および中性子増倍率（ｋcj）を求め、中性子計数率（ｎcj）を測定値（ｎj ）と比較して必要な場合には（ｋcj）を修正するとともに、
［式１２ａ］
ｋj ＝１−Ｇ・（ｎ1 ／ｎj ）（ｄj ／ｄ1 ）（１−ｋ1 ）
×［１＋Σ(i=x+1,y)(ｗij・Ｓij)／｛Ｇ・Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1)｝］
により求められた近似値（ｋj ）を修正することを特徴とする燃料集合体収納体系の中性子増倍率評価方法。
【請求項１５】
水平方向に位置を固定した中性子検出器を平板状に配置した燃料集合体収納領域の側面に位置し、平板状で平板の厚さを厚くするように照射済燃料集合体の収納を進め、一方では平板状に複数の照射済燃料集合体を装荷した平板状装荷領域を挟んで前記位置固定型中性子検出器と反対側に、装荷の進行とともに後退するように移動する移動型中性子検出器を配置して、中性子計数特性の異常の有無を監視して装荷燃料集合体の異常装荷有無の検出を可能とすることを特徴とする臨界近接方法。
【請求項１６】
照射済燃料集合体収納予定領域内で両端にそれぞれ平板状収納領域を配置し、これらの平板状収納領域を結合して横断面がＨ字状を形成するように照射済燃料集合体を収納した燃料集合体装荷ステップ１の装荷領域を形成し、Ｈ字状領域の外側にそれぞれ少なくとも１個の水平方向に位置を固定した位置固定型中性子検出器を配置し、前記両端を結ぶＨ字の横棒の肉厚が厚くなるように燃料集合体の装荷を進めることによって臨界安全性を監視することを特徴とする臨界近接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所で使用済みとなった燃料集合体などを収納する体系の中性子増倍率を評価する方法および臨界近接の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所で使用済みとなった燃料集合体は、炉心から取り出されてその放射能がある程度減衰するまで発電所内の使用済燃料貯蔵プールで冷却された後、輸送容器（輸送キャスク）に収納されて再処理工場あるいは中間貯蔵施設へ輸送される。発電所の使用済燃料貯蔵プール、再処理工場の貯蔵プール、中間貯蔵施設の貯蔵プールや貯蔵キャスク等を本発明ではまとめて燃料集合体収納体系（燃料収納体系、燃料収納装置）と呼ぶ。再処理の遅れや政策変更の影響を受けて、未処理の使用済燃料の量は増加する一方である。
【０００３】
増加する使用済燃料を効率的に貯蔵するためには、一定の範囲になるべく多くの使用済燃料を稠密に収納することが重要であるが、その場合通常中性子増倍効果が増大するので、臨界を安全に防止する臨界安全問題が重要になる。中性子増倍効果を抑制するために構造材にボロン含有のステンレス鋼（以下 B-SUSと略する）が採用されるようになってきているが、これが燃料収納装置の製造コストを大幅に高くする原因となっている。一方、発電コストの低減と使用済燃料発生量の抑制のために燃料の濃縮度を高める傾向にあるが、濃縮度を高めると中性子増倍効果が高まるので、臨界を安全に防止する臨界安全問題が重要になる。このような臨界安全問題を緩和するために、従来は設計において過度の裕度を取っていた。
【０００４】
臨界安全に対する過度の裕度を取り入れることによって大幅にコスト高となる問題を安全かつ合理的に解決する方法として、中性子増倍効果を測定する方法が考えられ、本発明者らは、たとえば特許文献１に示す方法を提案した。
【特許文献１】特開平01-169398号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法をその後検討した結果、燃料集合体装荷体数が少なくて実効増倍率がたとえば0.5ないし0.6のように小さい場合の増倍率評価誤差が、燃料集合体の装荷体数が増加して実効増倍率がたとえば 0.8程度に増大した場合でも、その増倍率評価誤差は縮小されながらも無視できない範囲で残ることが分かった。また、測定値と計算値を比較するため、燃料集合体収納ステップごとに複雑な詳細計算が必要であり、非能率的であった。さらに詳細計算の結果を参照しないと臨界予測もできなかった。
【０００６】
燃料集合体装荷体数が少なくて実効増倍率がたとえば 0.5ないし 0.6のように小さい場合の増倍率評価誤差が、燃料集合体の装荷体数が増加して実効増倍率がたとえば 0.8程度に増大した場合でも、その増倍率評価誤差は縮小されながらも無視できない範囲で残るという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、燃料集合体収納体系の中性子増倍率評価方法または臨界近接方法において、中性子検出器感度を求めて、燃料集合体装荷体数が少なくて中性子増倍率が小さい場合の増倍率評価誤差を抑制する方法を用い、燃料集合体収納ステップごとの増倍率（ｋj ）を評価し、新しく直線外挿で臨界予測ができる方法を提供し、詳細計算を削減できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであって、一つの態様は、多数の照射燃料集合体を収納する燃料集合体収納装置を水中に設置し、中性子検出器と少なくとも１体の照射燃料集合体を相互に近接するように、中性子検出器と照射燃料集合体を配置して中性子検出器近傍の中性子スペクトルを略安定させた後、照射燃料集合体の収納ステップｊにおける中性子増倍率を（ｋj ）、各照射燃料集合体の１次中性子放出率と中性子検出器への応答感度因子をそれぞれ（Ｓij）および（ｗij）とし、収納ステップｊにおける照射燃料集合体ｉに基づく中性子検出器位置の中性子束（φij）を
［式１］  φij＝ｗij・Ｓij／（１−ｋj ）
で表わし、収納ステップｊにおける照射燃料集合体全数ｙに基づく中性子検出器位置の中性子束（φj ）を
［式２］  φj ＝Σ(i=1,y)(φij) ＝Σ(i=1,y)[（ｗij・Ｓij）／（１−ｋj ）］
で表わし、検出器感度を意味する比例係数をｄj で表わすときに、［式２］で表わされる中性子束を計測することによって得られる中性子計数率（ｎj ）を
［式３］  ｎj ＝ｄj ・φj 
＝Σ(i=1,y)[ ｄj ・（ｗij・Ｓij）／（１−ｋj ）］
で表わし、中性子検出器への応答感度因子（ｗij）を計算で求め、また、（ｄj ）および（Ｓij）を別途求め、中性子束（φj ）またはこれに比例する中性子計数率（ｎj ）を測定することによって照射燃料集合体の収納ステップｊの中性子増倍率ｋj を求めることを特徴とする燃料集合体収納体系の中性子増倍率評価方法である。
【０００９】
また、本発明の他の態様は、１体の燃料集合体を収納する平均的な収納セルの無限増倍率（ｋ∞ ）、中性子移動面積（Ｍ2 ）、および臨界バックリング（Ｂm２ ）を用いて無限増倍率（ｋ∞ ）を
［式５］  ｋ∞ ＝１＋Ｍ2 ・Ｂm２ 
で表わすとともに、収納ステップｊにおける中性子増倍率（ｋj ）を無限増倍率（ｋ∞ ）とステップｊにおけるバックリング（Ｂj２ ）を用いて、
［式６］  ｋj ＝ｋ∞ ／［１＋Ｍ2 ・Ｂj２ ］、
または
［式７］  ｋj ＝［１＋Ｍ2 ・Ｂm２ ］／［１＋Ｍ2 ・Ｂj２ ］
で表わし、
［式８］  １−ｋj ＝Σ(i=1,y)[（ｗij・Ｓij）／φj ］
に［式７］を代入することによって
［式３］  ｎj ＝ｄj ・φj 
＝Σ(i=1,y)[ ｄj ・（ｗij・Ｓij）／（１−ｋj ）］、
をバックリングの関数として
［式９］  １−ｋj ＝（ｄj ／ｎj ）・Σ(i=1,y) ［（ｗij・Ｓij）］
＝Ｍ2 ・ΔＢjm２／（１＋Ｍ2 Bj２ ）
で表わし、さらに、
［式９ｂ］  ΔＢjm２＝（Ｂj２−Ｂm２）
とするとき、［式５］を用いて（１＋Ｍ2 ・Ｂj２）を変形することによって、
［式９ａ］  １−ｋj 
＝（Ｍ2 ／ｋ∞ ）・ΔＢjm２／［１＋（Ｍ2 ／ｋ∞ ）・ΔＢjm２］
で表わし、縦軸または横軸の一方をバックリングの関数［式９ａ］の右辺、または「ΔＢjm２／［１＋（Ｍ2 ／ｋ∞ ）・ΔＢjm２］」とし、縦軸または横軸の他の一方を［式９］の「（ｄj ／ｎj ）・Σ（i＝1，y）［（ｗij・Ｓij）］ 」またはこれに比例する値を用いて作図することによって、逆増倍曲線を略直線化して臨界点を予想することを特徴とする臨界近接方法である。
【００１０】
本発明のさらに他の態様は、少なくとも収納の最終ステップまたは重要なステップにおいて、固定源計算により中性子増倍率を求めて、
［式１２ａ］
ｋj ＝１−Ｇ・（ｎ1 ／ｎj ）（ｄj ／ｄ1 ）（１−ｋ1 ）
×［１＋Σ(i=x+1,y)(ｗij・Ｓij)／｛Ｇ・Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1)｝］
で得られた結果と比較し、満足な一致が得られた場合には固有値計算を行なって実効増倍率（ｋeff ）を求め、満足な一致が得られない場合には固定源計算で得られた中性子計数率が測定で得られた計数率と一致するように２次中性子放出率（ν）の値に一定の値を掛ける人為的な操作をして、その比率の分だけ実効増倍率（ｋeff ）の値を修正することを特徴とする燃料集合体収納体系の中性子増倍率評価方法である。
【００１１】
本発明のさらに他の態様は、平均的な使用済燃料集合体および平均的な収納セルに対して無限増倍率、中性子移動面積、および材料バックリングを求めるとともに、燃料集合体収納体系において中性子検出器に対する中性子増倍率に依存しない応答感度因子（ｗij)とバックリングを求め、さらに１次中性子放出率（Ｓij)を考慮したΣ(i=1,y)［（ｗij・Ｓij)／ｎj ］が臨界からのバックリングの差とほぼ直線関係になる特性を利用して、逆増倍曲線を略直線化して、臨界近接の過程において中性子計数率（ｎj ）を求めるとともに、中性子増倍率（ｋj ）を評価し、かつ次の（ｊ＋１）ステップの中性子増倍率を推定し、該推定値が許容範囲か否か、また予想臨界近接曲線からずれているか否かを判定して安全に次の燃料収納作業を進めることを特徴とする臨界近接方法である。
【００１２】
本発明のさらに他の態様は、平均的な使用済燃料集合体および燃料集合体収納体系の中性子検出器に対する中性子増倍率に依存しない応答感度因子（ｗij)を求め、収納ステップｊ＝１に対する与えられた中性子増倍率（ｋ1 ）と検出器感度（ｄ1 ）および中性子計数率（ｎ1 、ｎj ）を用いることにより、収納中間ステップの近似的な中性子増倍率（ｋj ）を［式１２ａ］により求めることによって、詳細解析実施の回数を減らして、少なくとも最終ステップまたは重要なステップにおいて詳細解析を行なって、中性子計数率（ｎcj）および中性子増倍率（ｋcj）を求め、中性子計数率（ｎcj）を測定値（ｎj ）と比較して必要な場合には（ｋcj）を修正するとともに、
［式１２ａ］
ｋj ＝１−Ｇ・（ｎ1 ／ｎj ）（ｄj ／ｄ1 ）（１−ｋ1 ）
×［１＋Σ(i=x+1,y)(ｗij・Ｓij)／｛Ｇ・Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1)｝］
により求められた近似値（ｋj ）を修正することを特徴とする中性子増倍率評価方法である。
【００１３】
本発明のさらに他の態様は、水平方向に位置を固定した中性子検出器を平板状に配置した燃料集合体収納領域の側面に位置し、平板状で平板の厚さを厚くするように照射済燃料集合体の収納を進め、一方では平板状に複数の照射済燃料集合体を装荷した平板状装荷領域を挟んで前記位置固定型中性子検出器と反対側に、装荷の進行とともに後退するように移動する移動型中性子検出器を配置して、中性子計数特性の異常の有無を監視して装荷燃料集合体の異常装荷有無の検出を可能とすることを特徴とする臨界近接方法である。
【００１４】
本発明のさらに他の態様は、照射済燃料集合体収納予定領域内で両端にそれぞれ平板状収納領域を配置し、これらの平板状収納領域を結合して横断面がＨ字状を形成するように照射済燃料集合体を収納した燃料集合体装荷ステップ１の装荷領域を形成し、Ｈ字状領域の外側にそれぞれ少なくとも１個の水平方向に位置を固定した位置固定型中性子検出器を配置し、前記両端を結ぶＨ字の横棒の肉厚が厚くなるように燃料集合体の装荷を進めることによって臨界安全性を監視することを特徴とする臨界近接方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃料集合体収納体系の中性子増倍率評価方法または臨界近接方法において、中性子検出器感度を求めて、燃料集合体装荷体数が少なくて中性子増倍率が小さい場合の増倍率評価誤差を抑制する方法を用い、燃料集合体収納ステップごとの増倍率（ｋj ）を評価し、新しく直線外挿で臨界予測ができ、詳細計算を大幅に削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
先ず、本発明の特徴（概念）を簡単に説明する。本発明では、平均的な使用済燃料集合体（本発明では、炉心で照射されて照射燃料集合体になったものを再度炉心に装荷される照射燃料集合体も含む）を、収納体系の平均的なあるいは典型的な収納セルに収納する無限体系に対して固有値計算を行ない、無限増倍率（ｋ∞ ）、移動面積（Ｍ2 ）、および材料・（臨界）バックリング（Ｂm 2 ）を、「ｋ∞ ＝１＋Ｍ2 ×Ｂm 2 」の関係式を用いて求める。また、中性子検出器と収納燃料集合体との間の移動面積（Ｍ2 ）があまり変化しないように燃料集合体の収納を進めながら検出器への「中性子増倍率に依存しない応答感度因子」を導入することによって、１点炉未臨界体系の中性子束の式に空間効果を取り入れる。
【００１７】
また、「燃料集合体の収納ステップに対応する中性子増倍率に依存しないバックリング」を求め、従来から用いられてきた「臨界近接実験で行なわれる『逆増倍曲線』」を直線化する新しい方法を提供して臨界点の予測を容易にするとともに、複雑な詳細計算の回数を大幅に削減しながら収納ステップごとの中性子増倍率を評価することができる燃料集合体収納体系の中性子増倍率評価方法および臨界近接の方法を提供する。
【００１８】
本発明で使用する用語は原子炉物理の分野で必ずしも一般化していないものも一部含むため、以下のように定義する。
【００１９】
＊固有値計算の基本式：
（中性子吸収率）＋（中性子漏洩率）＝（核分裂中性子放出率）／ｋeff 
この方程式は人為的に中性子数が時間的に変化しないようにして解析を容易にするために導入された仮想的なものであり、比例係数のｋeff は実効増倍率と呼ばれ、広く用いられている。値が１、すなわち臨界の場合のみ物理的に厳密な意味が存在する。極めて便利なパラメータであるため、臨界以外の状態に対しても広く用いられている。
【００２０】
＊固定源計算の基本式：
（中性子吸収率）＋（中性子漏洩率）＝（核分裂中性子放出率）
＋Ｓ（固定中性子放出率）
この式は、外部から中性子を与えて体系の中性子量がバランスし、中性子場が一定となる、物理的に意味にある方程式である。ここで、「固定中性子放出率」（Ｓ）は「１次中性子放出率」と同一であり、増倍効果を含まない量である。一方、「核分裂中性子放出率」は「２次中性子放出率」とも言い、「誘発核分裂中性子放出率」すなわち中性子を吸収して核分裂を起こした場合の中性子放出率である。
【００２１】
固有値計算の基本式（中性子束は相対値）の左辺を固定源計算の基本式の左辺と等しくなるように規格化して両式を結合すれば、未臨界中性子束レベルを表わす式（１点炉未臨界中性子束の式）が得られる。その式は、未臨界体系に放出率一定の中性子源（Ｓ）（固定中性子放出率）を配置した場合に中性子束レベルが一定となる現実体系における測定点に依存する未臨界中性子束レベルを表わす式であり、この際に観測される測定点の中性子増倍特性を本発明の明細書では「中性子増倍率」と定義する。ｋeff の値に近い値であるが、中性子を測定する位置によって大きくなったり小さくなったりする。通常燃料領域の中央部では大きく、燃料領域の外部では小さくなる。
【００２２】
無限増倍率（ｋ∞ ）、移動面積（Ｍ2 ）、および材料（臨界）バックリング（Ｂm 2 ）、および「臨界近接実験で行なわれる『逆増倍曲線』の作成方法」は広く知られた用語、および技術である。従来から行なわれてきた「逆増倍曲線」の作成方法では中性子検出器の位置によって曲線の形が大きく異なるため、臨界点の正確な予測は困難であったし、燃料集合体収納ステップにおいて中性子増倍率を予測する方法は存在しなかった。
【００２３】
次に、各請求項の発明概念を順次、数式と図面を用いて具体的に説明する。
【００２４】
［請求項１］は本発明の中性子増倍率を評価する基本方式である。中性子増倍率に依存しない応答感度因子（ｗij）を導入して燃料集合体収納体系の空間的な効果を考慮できるようにした点に特色がある。ここでｊは燃料収納ステップを表わし、ｉはその収納ステップにおける燃料集合体を表わしている。中性子増倍率（ｋj）を絶対値化するために必要な中性子検出器の感度（ｄj ）の求め方については後述する。使用する数式は以下の通りである。（φij）はステップｊにおける燃料集合体ｉから放出される１次中性子放出率（Ｓij）に起因する中性子束、（φj ）は（φij）をステップｊにおいて収納されている燃料集合体全数（ｙ）で積分[Σ(i=1,y)] した値であり、（ｎj ）はその中性子束（φj ）に対する中性子計数率である。
【００２５】
［式１］  φij＝ｗij・Ｓij／（１−ｋj ）
ｙはステップｊの燃料集合体全数として、
［式２］  φj ＝Σ(i=1,y)φij＝Σ(i=1,y)[（ｗij・Ｓij）／（１−ｋj ）］
［式３］  ｎj ＝ｄj ・φj ＝Σ(i=1,y)[ｄj ・（ｗij・Ｓij）／（１−ｋj ）］
［請求項２］は［請求項１］に従属し、（ｋj ）を求めて［式４］により（ｗij）を求めるものである。すなわち、
［式４］  ｗij＝（φij／Ｓij）・（１−ｋj ）
［請求項２］に示す（ｋj ）を求める方法は図５に示されている。すなわち、燃料集合体の仕様と原子炉内における燃焼条件を設定して燃焼計算（高温の燃焼依存で中性子スペクトル計算算が行なわれる）を行なうと、燃料組成等の値が得られる。１次中性子放出率も得られることがあるが、得られない場合にはその燃料組成の一部のデータに物理定数を掛けて合計値を計算することにより求めることができる。
【００２６】
燃焼計算は高温の運転状態に対応して行なわれるので、この計算で得られる群定数は燃料集合体収納体系を想定した常温体系の値とは一致しない。そこで通常炉心内常温体系において燃料集合体セルに対する中性子スペクトル計算を行ない、常温体系に適用できる群定数が求められる。必要に応じて燃料集合体収納体系の構造材の群定数も別途求められる。これらの群定数の他に測定体系の幾何学的条件（図６参照）や１次中性子放出率を入力して固定源計算が行なわれる。これらの計算は計算コードによっては一括して行なうことも可能である。この計算は高度な輸送モデルやその近似である拡散モデルによって行なわれる。通常拡散計算で充分な場合が多い。
【００２７】
固定源計算は、［計算条件ａ］すなわち単位中性子束当たりの誘発核分裂中性子放出率（νΣf ）が実際の場合（νΣf ）a と、［計算条件ｂ］すなわち計算が収束する範囲以下の任意の値（νΣf ）b に対して実施し、測定点における中性子束（φa ）および（φb ）が求められる。（νΣf ）を除く計算条件は全く同一である。１点炉の理論式を適用するため、１次中性子放出率（Ｓ）と応答感度因子（ｗ）との積は計算条件によって変わらないので、（φa ／φb ）比を求め、中性子増倍率の比（ｋb ／ｋa ）が入力で与えた（νΣf ）の比に等しい既知量であるため（ｋa ）について解くと、
ｋa ＝１／［１＋（１−ｋb ／ｋa ）／（φa ／φb−１）］
という式が得られ、（ｋa ）の値を求めることができる。
【００２８】
一方、収納ステップｊの体系において、着目する燃料集合体ｉにのみに１次中性子放出率（Ｓij）が存在し、他の燃料集合体には１次中性子放出率は存在せず、誘発核分裂中性子（２次中性子）のみが放出されるという入力条件で固定源計算を行なうことにより、測定点（観測点）の中性子束（φij）が得られる。（φij）と（Ｓij）との比（両者は比例する）が（φij／Ｓij）である。上記の式の（ｋa ）を（ｋj ）とすれば、［式４］により（ｗij）の値が求められる。
【００２９】
［請求項３］は［請求項１または２］に従属し、［請求項２］を特定した簡便法と見なすことができる。いま、最初から［式４］において強制的に（ｋj ＝０）となるように（νΣf ＝０）として固定源計算を行なうと、［式４］から容易に（ｗij）の値が求められる。このことから、（ｗij）の値は中性子増倍率（ｋj ）に依存しない好都合なパラメータであることが分かる。この値は、実際には、着目する燃料集合体自体とその近傍、およびその燃料集合体と中性子検出器との間の媒質（主として他の燃料集合体）の水対非水の体積比によっておおよそ決まる量である。このことは後述の中性子移動面積（Ｍ2 ）によって表わすことができる。
【００３０】
［請求項４］は臨界体系の議論で用いられてきたバックリングを未臨界体系の評価に適用する新しい提案であり、臨界近接実験における特性の改良、ひいては中性子増倍率の評価に適用することを狙ったものである。臨界近接実験は従来から広く用いられてきたが、従来の方法は、通常中性子増倍率の増加に伴って中性子計数率が増大し、臨界点で無限大となるので、燃料の収納ステップの進行とともに中性子計数率の逆数がどのように減少するかを調べ、その値が外挿的にゼロになる点を推定するものである。燃料の装荷場所や中性子検出器の位置によっては、中性子増倍率が増加しても中性子計数率はかえって減少する場合も存在した。従来の方法では、臨界になるまで中性子増倍率を求めることはできず、また燃料の収納ステップの進行とともに中性子計数率の逆数が曲線を描き、その曲線は中性子検出器の位置によって変化するため、突っ込んだ検討は成されてこなかった。
【００３１】
［請求項４］の発明では、［請求項１］において導入した中性子の応答感度因子（ｗij）とバックリング（Ｂ2 ）［Ｍ2 とＢ2 の積が中性子漏洩を表わす］を導入する。これによって、燃料収納ステップごとの複雑な詳細計算を行なうことなく、使用済燃料集合体（ＳＦＡ）の収納パターン（形状）によって決まり、ＳＦＡの増倍率に直接依存しないで、上述の臨界近接曲線を直線化して臨界点の予想を大幅に容易にするとともに、収納ステップごとに中性子増倍率を推定することができる方法の基本的な要素を提供するものである。
【００３２】
［式２］を変形すると、（１−ｋj）に対して直線化することが可能であることが判るが，各収納ステップごとに（ｋj）の値を詳細計算によって求めなければならない。一方、［請求項４］の発明においては、バックリングを導入することによってこの問題も解消している点にさらなる進歩性がある。
【００３３】
以下、［請求項４］について具体的に説明する。
【００３４】
公知のように、修正１群モデルによれば、無限増倍率（ｋ∞ ）は
［式５］  ｋ∞ ＝１＋Ｍ2 ・Ｂm2 
によって与えられる。２群や３群モデルの式を導くこともできるが、式が複雑になるわりには水中体系では定量的に大きな差異は生じないので、本発明では便宜上簡単で適切な値が得られる修正１群モデルを採用する。
【００３５】
（ｋ∞ ）と（Ｍ2 ）は燃料収納体系を、構造材で仕切られた格子内部に燃料集合体を収納した「燃料収納セル」が一様に無限に広がっていると見なして求められる。現実には必ずしも一様でないため、中性子増倍率評価の点では（Ｍ2 ／ｋ∞ ）比が比例的に影響を与えるので、燃料収納体系の外周部を除いた平均的な「燃料収納セル」でモデル化することが望ましい。そうでないと誤差が大きくなる。臨界近接実験における直線性への影響は、（Ｍ2 ／ｋ∞ ）比が補正因子の一部を構成するのみであるため、通常小さい。
【００３６】
「燃料収納体系」の一部およびセルの拡大図すなわち、「燃料収納セル」を図６（ａ）および（ｂ）に示す。Ｆは燃料集合体が収納されていることを示している。（Ｂm2 ）は材料バックリングと呼ばれるが、臨界バックリングと呼ばれることもある。この値が正の場合、臨界になり得ること、負の場合には臨界にはなり得ないということはよく知られている。
【００３７】
通常、固有値計算で得られる実効増倍率（ｋeff ）に対して［式６］が定義されているが、本発明では、前述のように固定源計算で得られる中性子検出器位置で１点モデルの式で定義される中性子増倍率に対しても適用する。すなわち、
［式６］  ｋj ＝ｋ∞ ／［１＋Ｍ2 ・Ｂj2 ］
［式５］を［式６］に代入すると、
［式７］  ｋj ＝［１＋Ｍ2 ・Ｂm2 ］／［１＋Ｍ2 ・Ｂj2 ］
が得られ、［式２］に代入することによって次式が得られる。
【００３８】
［式８］  １−ｋj ＝Σ(i=1,y)[（ｗij・Ｓij）／φj ］
［式３］を代入することによって、［式９］および［式９ａ］が得られる。ここで（ΔＢjm2）は［式９ｂ］で定義され、ＳＦＡ収納パターンによって決まり、ＳＦＡの増倍率に依存しない値である。
【００３９】
［式９］  １−ｋj ＝（ｄj ／ｎj ）・Σ(i=1,y) ［（ｗij・Ｓij）］
＝Ｍ2 ・ΔＢjm2／（１＋Ｍ2 Ｂj2 ）
［式９ａ］  １−ｋj 
＝（Ｍ2 ／ｋ∞ ）・ΔＢjm2／［１＋（Ｍ2 ／ｋ∞ ）・ΔＢjm2］
［式９ｂ］  ΔＢjm2＝（Ｂj2 −Ｂm2 ）
臨界から大幅な差が存在しない場合、［式９ａ］は、（１−ｋj ）が（ΔＢjm2）とほぼ比例し、パラメータ（Ｍ2 ／ｋ∞ ）を用いると（ｋj ）の値を評価できることを示している。［式９ａ］の右辺の分母は臨界から大幅な差が存在する場合の補正因子である。すなわち、（ｋj ）の値のｊによる変化をバックリングでほぼ直線的に評価できることを意味している。
【００４０】
［請求項５］に示す発明は、［式９ａ］をステップｊ＝１とｊの場合に対して書き、両者の比を作成して臨界近接を行なう［請求項４］従属の臨界近接方法であるが、（ｋ1 ）の値が別途求められていれば（ｋj ）の値を求めることができる。したがって相対的な中性子増倍率評価方法と見なすこともできる。
【００４１】
［式１０］  （１−ｋj ）／（１−ｋ1 ）＝Ｒj ・（ｄj ／ｄ1 ）・（ｎ1 ／ｎj ）
＝［ΔＢjm2／ΔＢ1m2］・Ｈj 
ここで、（Ｒj ）、（ΔＢ1m2）および（Ｈj ）は、［式１０ａ］、［式１０ｂ］、および［式１０ｃ］で定義される。
【００４２】
［式１０ａ］  Ｒj ＝Σ(i=1,y) (ｗij・Ｓij)/Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1)、
［式１０ｂ］  ΔＢ1m2＝（Ｂ12 −Ｂm2 ）、
［式１０ｃ］
Ｈj ＝［１＋（ｋ∞ ／Ｍ2 ）ΔＢ1m2］／［１＋（ｋ∞ ／Ｍ2 ）ΔＢjm2］
ｘはステップ１のときの全燃料集合体数、ｙはステップｊのときの全燃料集合体数。
【００４３】
［式１０］の左辺を除いた中央と右の式を結び付けた次式
［式１０ｄ］  Ｒj （ｄj ／ｄ1 ）（ｎ1 ／ｎj ）＝［ΔＢjm2／ΔＢ1m2］Ｈj 
が逆増倍曲線をバックリングにより直線化した式である。収納ステップによる検出器感度の変化を無視できるように燃料集合体の収納を進めれば、（ｄj ／ｄ1 ）の値は１となる。中性子検出器位置（Ｄ）の中性子スペクトルが燃料収納ステップが進んでも変化しないまたはほとんど変化しない場合、この比は１となる。
【００４４】
そのような例を図７に示す。Ｆが出発点において燃料がすでに収納されている状態、丸印（○）が次のステップで燃料を装荷しても中性子検出器位置のスペクトルが変化しない場所である。２重丸の位置は若干変化するが変化が小さく、計算で十分補正できる位置である。図７（ｂ）および図７（ｃ）の太い縦線１は、構造材にボロン等の中性子吸収材が添加されている場所（中性子吸収体位置）を示す。中性子吸収材が添加されていると、中性子検出器への熱中性子の直接の流入がほとんどないか大幅に押さえられるため、中性子検出器（ほとんど熱中性子を検出する）が感じる中性子のスペクトルは近傍の水によって決定される。
【００４５】
図７（ａ）では中性子検出器（Ｄ）の側面に燃料集合体は１体しか収納されていないが、中性子検出器位置の中性子スペクトルはほぼ決定される。２重丸のセルに燃料集合体を収納すると若干スペクトルは変化するが計算で容易に補正できる。（ｂ）および（ｃ）では、中性子吸収体が中性子検出器と燃料集合体とを隔離しているため、スペクトルの変化は生じない。（ｄ）では中性子検出器の前にすでに３体収納されているため、それ以降装荷を進めてもスペクトルはほとんど変化しない。（ｅ）では５体収納され、（ｄ）の場合以上にスペクトルは安定している。（ｆ）では中性子検出器を取り囲むように燃料集合体がすでに収納されているため、それ以降装荷を進めてもスペクトルは変化しない。（ｇ）は（ｅ）をさらに進めたものである。（ｇ）は以降に説明する収納ステップ１として好適な例の一つとして示した。
【００４６】
［請求項６］は中性子増倍率の評価方法に関するもので、［請求項１または２］に従属する。収納セル平均の移動面積（Ｍ2 ）があまり変化しないように燃料収納を進めるとともに、図８に示すように収納体系を、中性子検出器近傍と、外周部と、内部との３領域に分け、（ｗij）の値を近似的に評価する方法である。（ｗij）の値は、厳密には収納ステップごとに変化するので、収納ステップごとに詳細に評価するのが最も精度が高いが、計算が非常に面倒であるため、実用上は近似計算で求めることが望ましい。
【００４７】
体系の周辺部は外側への中性子の漏洩効果が顕著であるため、内部の燃料集合体の（ｗij）値とはある程度差異があるが、内部のそれは当該燃料集合体中心と中性子検出器中心との間の距離によってほぼ決まり、燃料集合体が遠方になるにつれてほぼ指数関数的に減少する。内部と外周部との境界は、水中体系を想定しているので 15cm 程度の厚さ、すなわち燃料集合体収納セル１層程度、厚くても２層まででよい。
【００４８】
［請求項６］に関わる発明では、内部の燃料集合体に対する（ｗij）値を基準とし、外周部のそれを予め計算で評価し、外周という条件を加味して（ｗij）値を評価する近似法である。中性子検出器近傍の燃料収納セルの（ｗij）値は非常に大きく、したがって特別の配慮が必要である。逆に遠方の燃料収納セルの感度は低いため、通常近似評価で間に合う。
【００４９】
前述の「収納セル平均の移動面積（Ｍ2 ）があまり変化しないように燃料収納を進める」という件について図９を用いて、（Ｍ2 ）の一様性および非一様性の概念を例示して説明する。いま、図９の(1) の位置に燃料集合体が存在しないで水であったとすると、(1a)の位置に燃料集合体を収納した場合、(1a)と検出器（Ｄ）との間の平均的な（Ｍ2 ）の値は著しく変化することが炉物理の専門家であれば容易に理解できる。
【００５０】
(2)の位置に燃料集合体が存在しないで水であったとすると、(2a)の位置に燃料集合体を収納した場合、(2a)と検出器（Ｄ）との間の平均的な（Ｍ2 ）の値はある程度変化するが(2a)からの中性子は(2)の位置を回り道して（Ｄ）へ到着するものがあり、前例ほどの変化は生じない。(2b)に燃料集合体を収納した場合、 (2)の影響は微小となる。 (3)の位置に燃料集合体が存在しないで水であったとすると、(3a)の位置の燃料集合体は外周の水に一面隣接から２面隣接となり影響を受ける。 (3b)の燃料集合体も同様である。(3C)の燃料集合体への影響は小さい。このような特性は数値計算により容易に理解できる。
【００５１】
［請求項７］は臨界近接方法に関するもので、［請求項４または５］に従属する。実質的な内容は［請求項６］のそれと同じである。
【００５２】
［請求項８］は中性子増倍率評価方法に関するもので、［請求項１または２］に従属する。中性子検出器感度（ｄj ）およびΣ(i=1,y) [(ｗij・Ｓij)]を別途評価して、［式９］を変形した
［式９ｃ］  ｋj ＝１−（ｄj ／ｎj ）・Σ(i=1,y) [(ｗij・Ｓij)]
を用いて（ｋj ）の評価が行なわれる。（ｎj ）は収納ステップｊにおける中性子計数率である。［式9c］は各燃料集合体装荷ごとに（ｗij）を計算する際に、収納体系を領域分けしない場合に用いる式として便利である。
【００５３】
［請求項９］は、［式９ａ］を変形した［式９ｄ］の略直線性を利用して（ｋj ）から［ｋ(j+1)］の値を直線外挿して求め、収納ステップを進めてよいか判定する臨界近接方法であり、［請求項４または５］に従属する臨界近接方法である。従来技術と異なり、直接中性子増倍率に関係しない中性子漏洩パラメータであるバックリングの変化を用いるので、精度よい外挿が容易に実施でき、収納ステップを進めてよいか否かを良好に判定することができる。
【００５４】
［式９ｄ］
ｋj ＝１−（Ｍ2 ／ｋ∞ ）・ΔＢjm2／［１＋（Ｍ2 ／ｋ∞ ）・ΔＢjm2］
［請求項１０］は中性子増倍率の評価方法に関し、［請求項１、２、３、６、または８］に従属する。［請求項６］の説明において記載したように、中性子検出器近傍の燃料収納セルの（ｗij）値は非常に大きく、したがって特別の配慮が必要である。収納ステップ１の場合の「Σ(i=1,y) [(ｗi1・Ｓi1)]」の値は、ステップ２へ進むとき、ステップ２で装荷する燃料集合体によってステップ１の周りの（Ｍ2 ）が変化することにより影響を受けるので、その影響を（Ｇ）という補正因子を導入して補正しようというものである。
【００５５】
［式１１］  Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1) ＝（ｎ1 ／ｄ1 ）（１−ｋ1 ）
は収納ステップｊ＝１の場合に適用されるが、ステップが進とこの値が変化するので（Ｇ）値を適用する式
［式１２］  ｋj ＝１−（ｄj ／ｎj ）・Ｇ・Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1) 
×［１＋Σ(i=x+1,y)(ｗij・Ｓij）／｛Ｇ・Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1)｝］
に［式１１］を一部代入することによって、
［式１２ａ］  ｋj ＝１−Ｇ・（ｎ1 ／ｎj ）（ｄj ／ｄ1 ）（１−ｋ1 ）
×［１＋Σ(i=x+1,y)(ｗij・Ｓij）／｛Ｇ・Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1)｝］
により（ｋj ）の値をより正しく求めようとするものである。
【００５６】
［請求項１１］は中性子増倍率の評価方法に関し、［請求項１０］に従属する。［請求項１０］における（Ｇ）値の求め方に関するもので、収納ステップｊ＝１の次に収納される燃料集合体の中性子増倍効果がないとして「Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1) 」の値を求めるものである。具体的な例を、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は、ステップｊ＝２において丸印で示した収納セルに燃料集合体を収納する場合、ステップ１で収納された（Ｆ）で示された領域の「Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1) 」の値を修正する。特に丸印側に面した燃料収納セルでは丸印部の中性子移動面積が増大するため、（ｗi1）値は減少する。この効果を評価するため、図１０（ａ）のジェオメトリにおいて丸印部に増倍のない燃料集合体を配置し、（Ｆ）の領域において１体ずつ（Ｓi1）の値を与えて（ｗi1）値を計算して「Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1) 」値が減少する効果を（Ｇ）値（補正因子）として求める。
【００５７】
図１０（ｂ）は、（Ｇ）値の精度をさらに高めるため、ｊ＝１で収納した燃料（Ｆ）の他に図１０（ａ）の燃料追加の他に正方形印で示した燃料収納セルにも増倍のない燃料集合体を配置し、（Ｆ）の領域において１体ずつ（Ｓi1）の値を与えて（ｗi1）値を計算して「Σ(i=1,x)(ｗi1・Ｓi1) 」値が減少する効果を（Ｇ）値として求めるものである。このように２段構えの評価により、（Ｇ）値の精度を高めることができる。ステップ１の外側に１層を配置する考えは［請求項６］における外周部１層、多くても２層を特別扱いする件と共通しているが、収納ステップ１の場合の方が感度が高いため重要である。
【００５８】
［請求項１２］の発明は、中性子増倍率をより正確に評価するためのものである。［請求項１１］までの発明では、収納ステップｊ＝１の場合を除き、平均的な収納セルという近似モデルを用いて詳細計算を行なうことなく臨界近接を行なったり、近似的な（ｗij）の値を用いて中性子増倍率を評価した。しかしながら、現実の体系は微妙に収納セルごとに変化している場合が多いため、その効果を取り入れた詳細な固定源計算を、重要なステップ、少なくとも最終の収納ステップにおいて実施する。測定で得られた中性子計数率と比較することによって、近似モデルで得られた中性子増倍率の値を修正する。
【００５９】
本発明の平均的な収納セル（平均セルモデル）を用いて求めた（ｋj ）の値を簡単に修正する方法として、１点近似モデルにより、計算で求めた中性子計数率と測定で求めた中性子計数率との比が（１−ｋj ）の比の逆数に等しいとして求める方法がある。
【００６０】
最終ステップおよび重要なステップで、良好な一致が得られれば固有値計算を行なってｋeff 値を求る。一致が不満足の場合、計数率が一致するようにν値を比例的に操作してそのｋeff 値を修正する。
【００６１】
［請求項１３］の発明は、図１および図２に示すような臨界近接の総合的なフローを記載したものである。すなわち、平均的な使用済燃料集合体および平均的な収納セルに対して無限増倍率、中性子移動面積、および材料バックリングを求めるとともに、燃料集合体収納体系において中性子検出器に対する中性子増倍率に依存しない応答感度因子（ｗij）とバックリングを求める。さらに、１次中性子放出率（Ｓij)を使用し、Σ(i=1,x)［（ｗij・Ｓij)／ｎj ］が臨界からのバックリングの差とほぼ直線関係である特性を利用して、逆増倍曲線を略直線化して、臨界近接実験により中性子計数率（ｎj ）を求めるとともに、中性子増倍率（ｋj ）を評価する。さらに、次の（ｊ＋１）ステップの中性子増倍率も推定し、その値が許容範囲か否か、また予想臨界近接曲線からずれているか否かを判定して安全に次の燃料装荷（収納）作業を進める。
【００６２】
［請求項１４］の発明は、図１および図２に示すような中性子増倍率評価の総合的なフローを記載したものである。すなわち、平均的な使用済燃料集合体および燃料集合体収納体系の中性子検出器に対する中性子増倍率に依存しない応答感度因子（ｗij)を求め、収納ステップｊ＝１に対する与えられた中性子増倍率（ｋ1 ）と検出器感度（ｄ1 ）および中性子計数率（ｎ1 、ｎj ）を用いることにより、［式１２ａ］から収納中間ステップの近似的な中性子増倍率（ｋj ）を複雑な詳細解析実施の回数を大幅に減らして計算を簡素化する。そして、最終ステップおよび／または重要なステップにおいて詳細解析を行なって、中性子計数率（ｎcj）および中性子増倍率（ｋcj）を求める。そして、中性子計数率（ｎcj）を測定値（ｎj ）と比較して必要な場合には（ｋcj）を修正するとともに、［式１２ａ］により求められた近似値（ｋj ）を修正する。
【００６３】
［請求項１５］の発明は、燃料集合体の装荷手順および中性子検出器配置に着目した臨界近接の方法であり、その概念を図３に示す。水平方向に位置を固定した中性子検出器を平板状に配置した燃料集合体収納領域の側面に配置し、平板状で平板の厚さを厚くするように照射済燃料集合体の収納を進める。一方では平板状に複数の照射済燃料集合体を装荷した平板状装荷領域を挟んで前記位置固定型中性子検出器と反対側に、装荷の進行とともに後退するように移動する移動型中性子検出器を配置し、中性子計数特性の異常の有無を監視して装荷燃料集合体の異常装荷有無の検出を可能とすることを特徴とする臨界近接方法である。
【００６４】
最終ステップでは前記位置固定型中性子検出器とほぼ対称となるように配置される。位置固定型中性子検出器によって本発明で使用する応答感度因子（ｗij)が素直に（したがって評価誤差が大きくなりにくい）適用でき、臨界近接曲線が素直に求められる。また、移動型中性子検出器によって燃料装荷に伴う異常装荷の検出が可能になるとともに、前記位置固定型中性子検出器の中性子検出感度低下（燃料集合体の装荷が遠方であるため感度が低下）に伴う測定精度低下特性を補うことができる。
【００６５】
［請求項１６］の発明は、燃料集合体の装荷手順および中性子検出器配置に着目した臨界近接の方法であり、その概念を図４に示す。照射済燃料集合体収納予定領域内で両端にそれぞれ平板状収納領域を配置し、両者を結合して横断面がＨ字状を形成するように照射済燃料集合体を収納した燃料集合体装荷ステップ１の装荷領域を形成し、Ｈ字状領域の外側にそれぞれ少なくとも１個の水平方向に位置を固定した位置固定型中性子検出器を配置し、前記両端を結ぶＨ字の横棒の肉厚が厚くなるように燃料集合体の装荷を進める。これによって臨界安全性を監視する。
【００６６】
このような構成によれば、収納ステップ１の状態で燃料集合体の収納体数（体積）に対する外周の面積が広いため、バックリング差が大きく、中性子漏洩率が大きいので、収納体数の割に臨界からのずれが大きく、出発点における十分な臨界安全性が確保される。そしてステップ２以降の燃料集合体装荷によりバックリング差が段々小さくなり、中性子増倍率が増大するが、中性子検出器からの距離が比較的大きいため、（Ｓij）の誤差の中性子計数率への影響が比較的小さくなる一方で、中性子増倍率監視誤差は増大しない（精度が高い）という特徴がある。
【００６７】
なお、請求項１５における平板の両端側、請求項１６におけるＨ字の縦棒の両端をステップ１において全長としない例も、図７の説明からも判るように、当然本発明に含まれる。
【００６８】
以上それぞれの請求項について特徴を説明したが、以下ではそれら全体を組み合わせた具体的な実施手順について図面を用いて説明する。
【００６９】
図１および図２は本発明に関わる臨界近接法と中性子増倍率評価法の実施手順を具体的かつ総合的なフローとして示したものである。先ず概念を説明する。
【００７０】
図１および図２における臨界近接実施フローの概念は［請求項１３］として説明したものである。すなわち、平均的な使用済燃料集合体および平均的な収納セルに対して無限増倍率（ｋ∞ ）、中性子移動面積（Ｍ2 ）、および材料バックリング（Ｂm２ ）を求めるとともに、燃料集合体収納体系において中性子検出器に対する中性子増倍率に依存しない応答感度因子（ｗij)とバックリングを求める。さらに、１次中性子放出率（Ｓij）を考慮したΣ（i =1,y）［（ｗij・Ｓij)／ｎj ］が臨界からのバックリングの差とほぼ直線関係になる特性を利用して、逆増倍曲線を略直線化して、臨界近接の過程において中性子計数率（ｎj ）を求める。さらに、中性子増倍率（ｋj ）を評価し、かつ次の（ｊ＋１）ステップの中性子増倍率を推定し、該推定値が許容範囲か否か、また予想臨界近接曲線からずれているか否かを判定して安全に次の燃料装荷（収納）作業を進める。
【００７１】
先ず、図１の左上の破線で囲んだ部分（I）について説明する。
【００７２】
群定数算出の方法は図５に示した使用済燃料集合体（ＳＦＡ）の群定数算出と同様であって、燃料集合体の仕様および高温運転時の燃焼条件を与えて燃焼・スペクトル計算を行ない、燃料組成等を求め、常温において燃料集合体セルスペクトル計算を行ない、平均的な使用済燃料集合体（ＳＦＡ）の測定条件である常温に対する群定数を求める。応答感度因子（ｗij)計算では１次中性子放出率の絶対値は必要ないため、任意の一定値を利用する。ＳＦＡ収納セル構造材の群定数は常温に対して求める。
【００７３】
収納セルの固有値計算では収納体系の平均的なセルをモデルとする。すなわち、本発明の方法は近似的な手法である。収納セルは個々によって若干変化する場合があるため、平均的なモデルの選定を誤ると臨界近接における誤差が若干増大する可能性がある点は留意する必要がある。平均的な収納セルに対して固有値計算を行なうことにより、（ｋ∞ ）と（Ｍ2 ）が、（Ｂm２ ）が［式５］により求められる。
【００７４】
一方、収納体系の条件と構造材群定数および平均的なＳＦＡの群定数（燃焼度や燃焼時のボイド条件など特定不要、未燃焼燃料でも支障なし）、そして任意で一定値の１次中性子放出率を用いて固定源計算を行ない、得られた中性子増倍率（ｋ0j）および中性子束（φ0j）を用いて［式４］により応答感度因子（ｗij)を算出する。（ｗij)の値は、本来は全ての燃料集合体収納ステップごとかつ各燃料集合体ごとに行なわれるものである。しかしながらこの作業は詳細計算を行なう必要があり、かなりの面倒さを伴うため、収納体系における領域からの中性子漏洩特性、中性子検出器への応答特性等を考慮して近似計算を行なう方法を［請求項６］または［請求項７］において説明した。
【００７５】
また、固定源計算で得られた中性子増倍率（ｋ0j）を平均的な収納セルに対して得られた（ｋ∞ ）および（Ｍ2 ）と組み合わせ、［式６］により、各収納ステップごとのバックリング［Ｂj 2 ］が、［式９ｂ］によりバックリング差［ΔＢjm2 ］が得られる。この［ΔＢjm2 ］の値は収納体系のＳＦＡ収納形状に依存する中性子漏洩率に関するパラメータであり、中性子増倍率には直接依存しない。
【００７６】
以上で図１の（I）部の説明を終了するが、本発明を実施するに際してはさらに各収納ステップごとにそれぞれのＳＦＡからの１次中性子放出率（ＮＥＲ）の値（Ｓij）が必要である。この部分を図１の（II）に示す。この値を入手する方法は本発明では対象としないが、水中に１体のＳＦＡを配置し、中性子検出器（金放射化箔、校正された中性子カウンタ等）により増倍効果を補正して求める測定による方法や、発電所側から与えられた燃焼度（ＢＵ）を基に計算で求める方法がある。
【００７７】
後者の場合、収納される燃料集合体の燃焼計算を行ない、ボイド割合あるいはボロン濃度をパラメータとした燃焼度（ＢＵ）依存の１次中性子放出率（ＮＥＲ；Ｓij対応）が得られ、収納されるＳＦＡの測定対象となる軸方向位置の１次中性子放出率を計算値から内挿により求められる。直接の測定値でなく、かつウラン燃料では燃焼度の４乗程度で（ＮＥＲ）値が変化するため、与えられた燃焼度の誤差は４倍程度に拡大されるという問題があり、できれば相対値でよいから測定することが望ましい。前者の測定で求める方法としては、たとえば本発明者らが開発・確立した金箔照射化法などがある。
【００７８】
以上により、本発明に関わる臨界近接方法を実施する基本データが得られ、実収納体系に対して図１の(III）で示す臨界近接を実施することになる。この部分は［式９］、［式９ａ］、および［式９ｂ］で示される。収納ステップｊにおける中性子計数率（ｎj ）を測定し(4) 、その逆数に全ＳＦＡの（ｗij・Ｓij）合計値を掛けたものが、（ΔＢjm２）とおおよそ直線的な関係にあり、（ΔＢjm２）の代わりに、理論的に求められる因子｛ΔＢjm２／［１＋（Ｍ2 ／ｋ∞ ）・ΔＢjm２］｝を用いると直線化することができ、ｊが変化した場合の直線外挿が可能となる。従来の臨界近接では直線外挿を暗示する方法は存在しなかったが、この点が本発明の臨界近接方法における最大の特徴である。平均的な収納セルで近似した点はあるが、パラメータ（Ｍ2 ／ｋ∞ ）を導入することによって、［式９ｄ］を用いてステップｊにおける中性子増倍率（ｋj ）を求めることができる。
【００７９】
さらに、直線性を利用してステップ（ｊ＋１）まで臨界近接曲線（直線）を外挿するとともに、中性子増倍率 ［ｋ（j＋1） ］ も外挿により求める。ステップ（ｊ＋１）における [ｋ（j＋1） ] の値が収納体系の許容範囲であるか否かを別途与えられた所定の基準値と比較して判定し、範囲内であればステップ（ｊ＋１）の燃料収納操作を進め（12）、中性子計数率 [ｎ（j＋1） ]を測定し、外挿していた前記臨界近接曲線（直線）から有意にずれているか否かを判定し、正常であれば次の（ｊ＋２）ステップへ進む。一方、前記外挿値 [ｋ（j＋1） ] が許容範囲外であったり、前記臨界近似曲線からの有意なずれが生じていれば、収納したＳＦＡを取り出し、必要な場合には（ｗij）や（Ｓij）の値を見直すことになる。
【００８０】
以上の手順により、見通しが優れた直線性利用という新しい概念の臨界近接操作が安全に続けられる。
【００８１】
また、図１および図２における中性子増倍率評価方法実施フローの概念は［請求項１４］に示す通りである。すなわち、平均的な使用済燃料集合体および燃料集合体収納体系の中性子検出器に対する中性子増倍率に依存しない応答感度因子（ｗij)を求め、収納ステップｊ＝１に対する与えられた中性子増倍率（ｋ1 ）と検出器感度（ｄ1 ）および中性子計数率（ｎ1 、ｎj ）を用いることにより、［式１２ａ］から収納中間ステップの近似的な中性子増倍率（ｋj ）を求める。これによって、複雑な詳細解析実施の回数を大幅に減らして計算を簡素化し、最終ステップおよび／または重要なステップにおいて詳細解析を行なって、中性子計数率（ｎcj）および中性子増倍率（ｋcj）を求める。中性子計数率（ｎcj）を測定値（ｎj ）と比較して必要な場合には（ｋcj）および実効増倍率（ｋeff ）j を修正するとともに、［式１２ａ］により求められた近似値（ｋj ）を修正する。
【００８２】
特許文献１の技術は、自発中性子逆増倍法が臨界に近付くにつれて中性子束のΔｋによる変化が大きくなるという性質を利用し、装荷を進めながら計算で得られた中性子束を測定値の計数率と比較しつつ、装荷過程の実効増倍率を臨界に近付くほど精度よく求める方法であるが、中性子増倍率が小さいときの誤差が、増倍率が大きくなっても急激な縮小につながらないという欠点があることが分かった。
【００８３】
そこで、増倍率が小さいときでも誤差を小さくするため、検出器感度を求め、測定値の計数率と計算値の中性子束の比を用いて計算値の増倍率を補正する方法を、本発明者らによる発明として特許出願した特願２００４−３３０３０１号の明細書等に開示した。この方法は中性子検出器感度を求めるものであって、ここでは先ずその要点を以下簡単に説明する。
【００８４】
対象とする体系は次のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４体系である。
【００８５】
Ａ体系……水中に１体のＳＦＡを、側面に金箔を配置して中性子で照射する。
【００８６】
Ｂ体系……水中に１体のＳＦＡを、側面にカウンタを配置して中性子を計数する。
【００８７】
Ｃ体系……ＳＦＡ収納セルに１体のＳＦＡを収納し、隣接して中性子カウンタを配置して計数する。
【００８８】
Ｄ体系……Ｃ体系で１体の代わりに８体以下のＳＦＡを配置する。
【００８９】
これら４種の体系に対して以下８種の方法を提案しいている。すなわち、
（１）Ａ体系で中性子束を、Ｂ体系とＣ体系で同一カウンタ（検出器）で計数する。
【００９０】
（２）Ａ体系で中性子放出率法により、１次中性子放出率Ｓ、燃焼度および無限増倍率を求めて燃料組成を求め、Ｃ体系の中性子束（φ）および中性子束への感度（ｆc ）の計算値および測定値の計数率から検出器感度（ｄc ）を求める。
【００９１】
（３）上記（２）の変形で（ｋc ）を求めて感度（ｄc ）を求める。
【００９２】
（４）Ｃ体系のみで、燃料組成と中性子放出率が既知の場合に適用。
【００９３】
（５）上記（４）の変形で（ｋc ）を求めて検出器感度（ｄc ）を求める。
【００９４】
（６）Ｃ体系のみで、燃焼度既知の場合に適用。燃料組成と１次中性子放出率は計算で求める。
【００９５】
（７）上記（６）の変形で（ｋc ）を求めて検出器感度（ｄc ）を求める。
【００９６】
（８）ＳＦＡ１体配置のＣ体系の代わりに８体以下のＳＦＡを配置したＤ体系において検出器感度を求める。
【００９７】
以上の記号を本明細書での記号に対応させると、図１の右上に(IV)で示す破線で囲んだ部分で、（ｋc ）は本明細書の（ｋ1 ）、（ｄc ）は本明細書の（ｄ1 ）、Ｃ（Ｄ）体系の中性子束（φ）は本明細書の（φ1 ）、Ｃ（Ｄ）体系の中性子計数率は本明細書の（ｎ1 ）に対応する。
【００９８】
図１の右上の(IV)で示す破線で囲んだ部分は上述のように、実質的に特願２００４−３３０３０１号の明細書などにおいて詳細に論じている。本明細書では収納ステップ１の中性子束（φ1 ）と中性子増倍率（ｋ1 ）は既知とする。この図１および図２ではモンテカルロ法等による詳細計算あるいは測定により既知であるという前提で出発している。（I）の［式４］で求められた（ｗi1）と（II）で求められた（Ｓi1）、(IV)の（ｋ1 ）と（φ1 ）、および収納ステップ１で新たに計測された中性子計数率（ｎ1 ）を用い、［式３］および［式１１］により、（ｋ1 ）、（φ1 ）、および（ｎ1 ）から（ｄ1 ）が求められる。
【００９９】
本発明の中性子増倍率評価方法は、簡単に述べると、以上のデータを用いた相対測定であると言える。しかし、［請求項１］で導入した応答感度因子（ｗij）を用いて、１点モデルの式に空間特性を取り入れた点に大きな特徴がある。（Ｓij）の値は別途与えられる、または測定で得られるものとしている。
【０１００】
図２の(V)で示す部分が本発明において（ｗij）の値を用いて実収納体系の中性子増倍率を導出する部分であり、中間的な収納ステップで複雑な詳細計算を避け、測定値を利用して近似的に中性子増倍率を求める方法である。［式９ｃ］は前述の（ｋ1 ）や（ｄ1 ）を直接的には利用しない方式、［式１２ａ］は利用する方式をまとめて示している。（ｄj ）の値は計算など何等かの方法で求められる。［式１２ａ］では（ｄj ／ｄ1 ）という形で相対値化されており、図７のようなＳＦＡ装荷方法によりこの比を１とすることができる。
【０１０１】
補正因子（Ｇ）は本発明で（ｗij）の値が収納ステップの進行により変化する問題を［請求項１１］において説明したように近似的に補正する因子である。［式１２ａ］右辺の［  ］で示した因子の中の１を除く部分はステップｊ＝２以降のＳＦＡ収納が、中性子検出器から見て比較的感度の低いＳＦＡ収納領域であって、ステップ１と比べて近似度を若干低下させても差支えないようにという観点からステップ１と区別して表示したものである。ステップｊ＝１ではｘ体のＳＦＡが収納され、ステップｊではｘ＋１体目からｙ体目までが収納される。
【０１０２】
以上により、特許文献１の技術で用いた複雑な詳細計算を避けて簡素化し、増倍率のバイアスを抑制する方法として、図２の(V)で示したように中間ステップの中性子増倍率を測定で得られた中性子計数率を用いて求める方法を示した。最終ステップおよび／または重要な収納ステップでは詳細計算を行ない、測定値と比較して近似値を修正することによってより正確な中性子増倍率を求めるものである。
【０１０３】
［請求項１２］に記載したように、最終ステップおよび／または重要なステップｊにおいて詳細な固定源計算を行なって測定値（中性子計数率）と比較し、良好な一致であれば固有値計算を行なって（ｋeff ）j を求める。一致が不満足な場合、計数率が一致するようにν値を比例的に操作して（ｋcj）値および（ｋeff ）j 値を修正する。合わせて［式１２ａ］等の式を用いた中間の収納ステップ用近似評価値を修正する。
【０１０４】
具体的な修正方法を次に説明する。
【０１０５】
［式2］の（φj ）および（ｋj ）を計算で求めて、（φcj ）および（ｋcj ）とし、［式３］の（ｋj ）および（ｎj）を、（ｋj ）は測定で求めるべき値（ｋmj）、（ｎj）を測定値とすると、Σ（ｉ=１，y）［（ｗij）・（Ｓij）〕の値は計算で求められる同一値であるため、両式の比より、
［式１３］  （ｋmj）＝１−［（ｎj／ｄj）／φcj ］・（１−ｋcj ）
が得られ、この式により（ｋmj）の値を求めることができる。
【０１０６】
図３および図４は、図１および図２の方法を使用済燃料集合体収納装置において具体的に実施する概念の例を示したものである。
【０１０７】
図３は［請求項１５］に対応する臨界近接の方法をＳＦＡ装荷の手順および中性子検出器の配置方法の観点から示している。すなわち、［請求項１５］の発明では、水平方向に位置を固定した中性子検出器（Ｄ1 ）を平板の側面に位置させ、平板状で平板の厚さを厚くするように照射済燃料集合体の収納を進め、一方では平板状に複数の照射済燃料集合体を装荷した平板状装荷領域を挟んで前記位置固定型中性子検出器（Ｄ1 ）と反対側に、装荷の進行とともに後退するように移動する移動型中性子検出器（Ｄ3 ）を配置し、中性子計数特性の異常の有無を監視して装荷燃料集合体の異常装荷の有無検出を可能とする。
【０１０８】
ステップ１で収納されるＳＦＡの１次中性子放出率と燃料の組成はなるべく精度よく評価されていることが、測定精度確保の点で望ましい。ステップ２以降のＳＦＡの１次中性子放出率や燃料組成は検出器の計数率への感度が低下するため、精度は若干低くても許される。最終ステップでは、前記位置固定型中性子検出器とほぼ対称となるような配置となる。ステップ１の収納が終了した時点で（Ｄ3 ）をｘ軸上で２の位置に配置すれば、（Ｄ1 ）に対する相対的な中性子検出感度が得られる。ステップ２を収納する前に（Ｄ3 ）をｘ軸上で３または４等（図３では４の位置を示している）へ移動して、ステップ２、３の燃料収納を進め、収納途中の中性子計数率の変化を監視する。
【０１０９】
どれかのＳＦＡ収納に伴う中性子計数率の変化が不自然と判断された場合には、そこで収納されたＳＦＡの燃焼度や１次中性子放出率の異常を検討することにより、誤装荷の有無を検討することができる。最終ステップでは（Ｄ1 ）で得られた中性子増倍率の妥当性を確認することにも利用される。特に、装荷が進むにつれて、（Ｄ1 ）の中性子計数率への応答が悪くなるので、（Ｄ3 ）の存在は特に中性子増倍率監視の上でも大きな意味を持つことになる。
【０１１０】
図４は［請求項１６］に対応する臨界近接の方法をＳＦＡ装荷の手順および中性子検出器の配置方法の観点から示している。すなわち、［請求項１６］の発明では、照射済燃料集合体収納予定領域内で両端にそれぞれ平板状収納領域を配置し、両者を結合して横断面がＨ字状を形成するように照射済燃料集合体を収納した燃料集合体装荷ステップ１の装荷領域を形成し、Ｈ字状領域の外側にそれぞれ少なくとも１個の水平方向に位置を固定した位置固定型中性子検出器を配置し、前記両端を結ぶＨ字の横棒の肉厚が厚くなるように燃料集合体の装荷を進めることによって臨界安全性を監視する。
【０１１１】
ステップ１で収納されるＳＦＡの１次中性子放出率と燃料の組成は、なるべく精度よく評価されていることが測定精度確保の点で望ましい。ステップ２以降のＳＦＡの１次中性子放出率や燃料組成は検出器計数率への感度が低下するため、精度は若干低くても許されるのは図３の場合と同様である。
【０１１２】
図３の場合と大きく異なる点は、ステップ１においてすでにＨ字状にＳＦＡが多数配置されていながら、外周部の面積をなるべく大きくして中性子漏洩率を大きくし、それによって中性子増倍率をなるべく小さくなるように配置していること、および中性子検出器（Ｄ1 ）と（Ｄ2 ）をｘ軸上で対称となるように配置して測定値の解釈（解析）を容易にし、測定精度の向上を計っていることなどである。ステップ２以降のＳＦＡ装荷も両検出器から見てそれぞれ対称となるようにステップが進められている。したがって、両検出器の中性子計数率の挙動を相互に比較することによって、ＳＦＡ誤装荷の有無を容易に監視することができる。図４ではさらに移動型の中性子検出器（Ｄ3 ）と（Ｄ4 ）を収納体系の外周の配置し、矢印の方向等に必要に応じて移動させながらＳＦＡ誤装荷の有無を監視する構成となっている。
【０１１３】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、簡単な「１点モデルで未臨界の中性子束レベルを表わす式」に、中性子増倍率に依存しない応答感度因子（ｗij）を導入することによって、実体系の空間効果を取り入れ、さらに中性子漏洩効果をバックリングの変化として表わすことによって、複雑な詳細計算を大幅に削減しながら、中性子増倍率に依存しないで臨界近接曲線を直線化する方法を提供する。これにより、臨界近接に当たっては燃料集合体装荷のステップを進める際の予測が容易になり、異常装荷の有無の判断が容易となる。また、中性子増倍率評価に際しては、特許文献１で必要であった複雑な詳細計算を大幅に削減しながら、測定値を用いて近似的に中性子増倍率を評価し、限られた重要な使用済燃料集合体収納ステップにおいてのみ詳細計算を行ない、測定値と比較しながら精度よい中性子増倍率を評価することができる。したがって、設計で取り入れられてきた過度の余裕を削減した使用済燃料集合体の収納装置において、燃料集合体収納操作を安全に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明に係る使用済燃料集合体装荷時の臨界近接方法および中性子増倍率評価方法の一実施形態の前半部分を示すフロー図。
【図２】図１に続く後半部分を示すフロー図。
【図３】本発明に係る使用済燃料集合体装荷時の装荷ステップと中性子検出器配置の例を示す模式的平面図。
【図４】本発明に係る使用済燃料集合体装荷時の装荷ステップと中性子検出器配置の他の例を示す模式的平面図。
【図５】本発明に係る固定源計算による中性子増倍率算出手順の例を示すフロー図。
【図６】（ａ）は本発明に係る燃料集合体収納セルの一例の模式的平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大平面図。
【図７】次の装荷ステップでも中性子スペクトルがほとんど変化しない例の本発明に係る燃料集合体収納セルの模式的平面図。
【図８】本発明に係る応答感度因子（ｗij）近似計算用領域分けの例を示す燃料集合体収納セルの模式的平面図。
【図９】本発明に係る中性子移動面積の一様性・非一様性の概念を説明するための燃料集合体収納セルの一例の模式的平面図。
【図１０】本発明に係る補正因子（G）評価条件を説明するための燃料集合体収納セルの一例の模式的平面図。
【符号の説明】
【０１１５】
F…すでに収納されている燃料集合体
D、D１、D２、D３、D４…中性子検出器
X1…燃料集合体収納セル
X2…中性子吸収体
X3…中性子検出器近傍領域
X4…内部領域、X5…外周領域
ｉ…燃料集合体番号
ｊ…収納（装荷）ステップ番号
１…吸収体位置
【図１】
2006184156.tif 000003
【図２】
2006184156.tif 000004
【図３】
2006184156.tif 000005
【図４】
2006184156.tif 000006
【図５】
2006184156.tif 000007
【図６】
2006184156.tif 000008
【図７】
2006184156.tif 000009
【図８】
2006184156.tif 000010
【図９】
2006184156.tif 000011
【図１０】
2006184156.tif 000012