(57)【要約】【課題】本発明の目的は、γ線検出用電離箱を用いた原子炉出力測定装置において、応答性を改善して精度良く原子炉の保護動作信号を生成することができる原子炉出力測定装置を提供することにある。【解決手段】本発明は、局所出力領域モニタには、電離箱からの出力信号のうち核分裂反応と同時に発生する即発γ線および３秒以内の崩壊時定数で発生するγ線の成分の和である出力比例成分を１００msよりも短い周期で演算し、出力比例成分に基づいて局所出力を演算する遅発γ線補正回路を備えることを特徴とする。【効果】本発明によれば、γ線検出用電離箱を用いた原子炉出力測定装置において、応答性を改善して精度良く原子炉の保護動作信号を生成することができる原子炉出力測定装置を提供できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉炉心内の異なる位置に複数設置されたγ線検出用電離箱と、夫々の前記電離箱からの出力信号に基づいて複数の局所出力を演算する局所出力領域モニタと、前記局所出力領域モニタで演算された前記複数の局所出力に基づいて平均値を演算し、前記平均値と設定値との比較に基づいて原子炉の保護動作信号を出力する平均出力領域モニタとを有する原子炉出力測定装置において、
前記局所出力領域モニタには、前記電離箱からの出力信号のうち核分裂反応と同時に発生する即発γ線および３秒以内の崩壊時定数で発生するγ線の成分の和である出力比例成分を１００msよりも短い周期で演算し、前記出力比例成分に基づいて局所出力を演算する遅発γ線補正回路を備えることを特徴とする原子炉出力測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の原子炉出力測定装置であって、
原子炉出力をステップ状に変化させたときの前記出力信号の時系列データを記憶するメモリと、前記時系列データを用いて前記出力比例成分の演算に使用するパラメータの最適値を算出するパラメータ調整回路とを有したプロセス計算機を備えることを特徴とする原子炉出力測定装置。
【請求項３】
請求項１記載の原子炉出力測定装置であって、
原子炉圧力容器下部を貫通して原子炉内の前記γ線検出用電離箱に隣接した位置まで到達する複数の案内管と、原子炉圧力容器下部から前記案内管に挿入され前記案内管の内部を移動して前記γ線検出用電離箱と隣接した位置の出力に比例した信号を出力する移動式出力検出器と、前記出力信号と前記移動式出力検出器の信号との時系列データを記憶するメモリと、前記時系列データを比較して前記出力比例成分の演算に使用するパラメータの最適値を算出するパラメータ調整回路とを有したプロセス計算機を備えることを特徴とする原子炉出力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉出力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、原子炉の出力分布は、制御棒の影響や中性子減速材（水）の密度分布の影響を受けるため、均質な炉心の出力分布と異なっている。特に、沸騰水型原子炉では、原子炉内部において減速材である水が沸騰するため、原子炉出力を監視するために炉内に多数の中性子検出器を配置している。
【０００３】
以下、中性子検出器の比較例として、核分裂電離箱を用いた原子炉出力測定装置を説明する。図５は、沸騰水型原子炉の原子炉出力測定装置の例を示す。原子炉出力を測定するための中性子検出器１０１は、円筒状の計装管１０２内の異なる位置に４個設置され、原子炉圧力容器１０３内に設置された炉心１０４の複数の位置（図では１箇所のみ記載したが、実際は数十箇所）に挿入される。この中性子検出器１０１は、電離箱の電極にウランをコーティングした核分裂電離箱が用いられる。核分裂電離箱に中性子が入射すると電離信号が発生する。この電離信号は、ケーブル１０５を介して炉外に設置された局所出力領域モニタ１０６に導かれる。局所出力領域モニタ１０６は、内蔵された信号入力回路１１６により信号を読み込み、ゲイン補正回路１１７でゲインを乗じて出力値に変換した後、変換値を後段の平均出力領域モニタ１０７に送出する。平均出力領域モニタ１０７は、個々の局所出力領域モニタ１０６からの変換値を予め設定されたグループ毎に平均処理し、平均処理した値を原子炉保護系を作動させるための設定値と比較し、条件が成立した場合に作動指令を送出する。
【０００４】
ここで用いられている核分裂電離箱は、中性子の照射にともなってコーティングしたウランが減損するため、運転中に感度が低下する。この低下分を校正するために、移動式出力検出器１０８が用いられている。図５のように、中性子検出器１０１が収容された計装管１０２内に移動式出力検出器１０８の案内菅１０９が設けられている。移動式出力検出器１０８は、原子炉圧力容器１０３の下部から案内菅１０９に挿入され、電動機１１０，巻取り装置１１１などを備えた駆動機構１１２により案内菅１０９内を移動して出力を測定する。通常は、案内菅１０９をいくつかのグループに分けて、各グループに１つの移動式出力検出器１０８が割り当てられる。そのため、グループ内のどの案内菅１０９にも検出器が挿入できるようにインデクサ１１３が設けられている。信号処理装置１１４は、この移動式出力検出器１０８からの計測信号を処理して各核分裂電離箱位置の出力を測定する。この測定信号はプロセス計算機１１５に送信される。プロセス計算機１１５は、信号処理装置１１４からの値と信号入力回路１１６からの値とを比較し、両者が一致するように局所出力領域モニタ１０６のゲインを調整して感度を校正する。
【０００５】
また、核分裂電離箱による出力測定に代わるものとして、感度変化が小さいγ線による出力測定が考えられている。特許文献１には、炉内の異なる位置に分散して配設されたγ線検出用電離箱と、このγ線検出用電離箱でγ線の電離作用によって生じる電気量の変化に基づいて原子炉の出力を演算する演算手段とを備え、演算した原子炉の出力に応じて原子炉の保護動作信号を送信する原子炉出力測定装置が開示されている。この装置では、γ線検出用電離箱の感度変化が小さいことを利用して、核分裂電離箱を備えた原子炉出力測定装置で用いられている移動式出力検出器やその代替装置を不要としている。
【０００６】
しかし、例えば非特許文献１に示されるように、このようなγ線による原子炉出力の測定には、原子炉の出力に即応しないγ線成分が存在することが知られている。これは、核分裂と同時に発生する即発γ線（出力に比例する成分）以外に、主に核分裂後に核分裂片から発生する遅発γ線があるためである。
【０００７】
特許文献２および特許文献３では、局所出力分布を測定するためのガンマサーモメータ信号に含まれる遅発γ成分を除去して遅発γ成分の影響の無いガンマサーモメータ信号を求める方法が開示されている。これらの特許文献では、遅発γ線を複数の時定数で減衰する指数関数の和としたモデルに基づいて補正している。ただし、ガンマサーモメータは熱容量に依存した時定数（十数秒）をもっており、これより速く応答することはできない。そのため、モデルに用いる時定数は十秒程度を最も短い時定数とし、これより短い時定数の成分は即発γ線（出力に比例する成分）に加算して取り扱う方式としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３２６３０１号公報
【特許文献２】特開２００１−８３２８０号公報
【特許文献３】特開２００２−２０２３９５号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】K. Tasaka, et.al.,“JNDC Nuclear Data Library of Fission Products -Second Version-,”JAREI1320,JAERI,(1990)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の出力測定装置で用いられている核分裂電離箱は、前述したように中性子の照射にともなってコーティングしたウランが減損して感度が低下する。そのため、一定以上の照射を経た電離箱は、ノイズ（主にγ線）が無視できなくなった時点で交換する必要がある。核分裂電離箱の種類や設置位置にも依存するが、数年で交換が必要になるものもある。そこで、特許文献１に示されるように、核分裂電離箱を用いた出力測定に代えて、感度変化の少ないγ線検出用電離箱を用いることにより、検出器寿命を伸長することができる。
【００１１】
しかし、γ線による出力測定を用いた場合、ごく短時間に生じた出力変化に対して、遅発γ線の影響により応答が遅れる可能性がある。
【００１２】
本発明の目的は、γ線検出用電離箱を用いた原子炉出力測定装置において、応答性を改善して精度良く原子炉の保護動作信号を生成することができる原子炉出力測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、局所出力領域モニタには、電離箱からの出力信号のうち核分裂反応と同時に発生する即発γ線および３秒以内の崩壊時定数で発生するγ線の成分の和である出力比例成分を１００msよりも短い周期で演算し、出力比例成分に基づいて局所出力を演算する遅発γ線補正回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、γ線検出用電離箱を用いた原子炉出力測定装置において、応答性を改善して精度良く原子炉の保護動作信号を生成することができる原子炉出力測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１における原子力出力測定装置の全体構成図である。
【図２】遅発γ線の処理フロー例を示したものである。
【図３】実測値からパラメータを調整するためのフローの一例を示したものである。
【図４】実測値からパラメータを調整するための別なフローを示したものである。
【図５】比較例の原子炉出力測定装置の例を示したものである。
【図６】原子炉出力がステップ状に変化した場合のγ線応答例を示したものである。
【図７】各群の時定数の値と寄与を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の一実施例について図面を用いて説明する。以下の実施例は、主に沸騰水型原子力発電プラントにおいて、γ線検出用電離箱を用いて原子炉保護動作に使用する信号を生成する原子炉出力測定装置に関する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、原子炉出力測定装置の全体構成を示したものである。原子炉圧力容器１内に設置された炉心２の複数の位置（図１では１箇所のみ記載したが、実際は数十箇所）に、円筒状の計装管３が挿入される。この計装管３の内部の異なる高さ位置に、４つのγ線検出用電離箱４が設置される。γ線検出用電離箱４は、従来の核分裂電離箱と同様の構造であるが、核分裂電離箱のように電極にウランをコーティングしていない。γ線検出用電離箱４にケーブル５が接続されており、ケーブル５は炉外に設置された局所出力領域モニタ６と電離箱を繋いでいる。局所出力領域モニタ６は、信号入力回路１６，ゲイン補正回路１７，遅発γ線補正回路１８，パラメータ格納回路１９，パラメータ入力用タッチディスプレイ２０を備えている。局所出力領域モニタ６で演算された出力値は、平均出力領域モニタ７に送信される。平均出力領域モニタ７は、平均回路２１と保護動作信号生成回路２２を備えている。
【００１８】
以下、このシステムの動作内容を説明する。まず、γ線検出用電離箱４にγ線が入射すると、電離箱内のガスが電離されて、電離信号がケーブル５に送出される。この信号は、信号入力回路１６によって局所出力領域モニタ６に取り込まれ、ゲイン補正回路１７により出力値に変換される。ここで得られた出力値には、前述した遅発γ線の影響が含まれている。遅発γ線補正回路１８は、内蔵された演算則と、パラメータ格納回路１９内のパラメータを用いて遅発γ線の影響を補正する。補正後の遅発γ線の影響がない出力値は、平均出力領域モニタ７の平均回路２１に送出される。平均回路２１は、予め設定されたグループ毎に平均処理し、得られた平均値を保護動作信号生成回路２２に送出する。保護動作信号生成回路２２は、送出された平均値を原子炉保護系を動作させるための設定値と比較し、条件が成立した場合に作動指令を送出する。
【００１９】
γ線検出用電離箱４の感度変化は小さいが、各検出器間の相対感度を確認する必要がある。そのため、本実施例では、移動式出力検出器８を用いた校正手段が備えられている。移動式出力検出器８は、電動機１０と巻取り装置１１を備えた駆動機構１２によりインデクサ１３を介して案内管９に挿入され、γ線検出用電離箱４に隣接した位置の計測信号を信号処理装置１４に送出する。信号処理装置１４は、取り込んだ計測信号を出力に換算してプロセス計算機１５に送出する。プロセス計算機１５は、この値を局所出力領域モニタ６の値と比較し、両者が一致するように局所出力領域モニタ６のゲインを調整して感度を校正する。
【００２０】
次に、遅発γ線補正回路１８の処理内容を説明する。まず、遅発γ線の原子炉出力に対するインパルス応答を（数１）のようにモデル化する。
【００２１】
【数１】
2011169707.tif 000003
【００２２】
ただし、（数１）に含まれる、最も短い時定数を１／λiとするとき、１／λi＜３秒である。また、出力変化と同時に発生する即発γ線および１／λiよりも短い時定数成分の寄与の和をαOとするとき、αOおよびαiの和は１となるように設定する。このように、即発γ線と遅発γ線をモデル化したとき、時間的に変化する原子炉出力ＧＣ（ｔ）と測定γ線Ｇ（ｔ）との間の関係は（数２）のようになる。
【００２３】
【数２】
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【００２４】
遅発γ線補正回路１８では、（数２）に基づき、補正後の出力となるべきＧＣ（ｔ）を逐次的に求めるため、（数３）に示す処理式を用いる。
【００２５】
【数３】
2011169707.tif 000005
【００２６】
（数３）において、時刻はサンプリング周期Δｔの間隔で離散化されており、ｋは現在の時刻、ｋ−１は一周期前の時刻を表す。この逐次処理式は、遅発γ線の群数Ｎとするとき、２Ｎ＋１回の乗算と２Ｎ＋１回の和算で成り立っており、現在の計算機性能を考慮すると１００msのサンプリング周期毎に十分実施可能である。
【００２７】
ここで、本実施例の作用効果を説明する。
【００２８】
図６は、原子炉出力が１００％から１２０％にステップ状に変化した場合のγ線の応答例である。この応答例は、全γ線に対して遅発γ線の割合が３０％存在するとして計算したものである。出力上昇後、即発γ線成分が瞬時に応答した結果、γ線は１１４％まで上昇する。その後、遅発γ線が増加し、１分後に１１６.５％、１時間後に１１８.６％となる。安全系で使用するためには、出力変化後に１００ms程度で応答する必要があり、γ線検出用電離箱の信号をそのまま用いると精度が悪化するという課題があった。また、精度が低下した分だけマージンを増加させる必要が生じ、プラントの運転性を悪くする欠点があった。
【００２９】
そこで、特許文献２および特許文献３に示されるような遅発γ線の影響を補正する方法が考えられる。ただし、ガンマサーモメータに対する遅発γ線補正は、出力変化後に安全系に保護動作信号を送出することを前提としていない。そのため、短時間での応答は考慮されておらず、そのまま使用することはできない。
【００３０】
非特許文献１には、Ｕ−２３５の核分裂により生じる遅発γ線のエネルギーを、（数４）に示すように３３群に分割し、各群をそれぞれの時定数で減衰する指数関数の和で近似した結果が示されている。
【００３１】
【数４】
2011169707.tif 000006
【００３２】
（数４）において、λiは各群の時定数の逆数、αiは各群の寄与を表す。図７は各群の時定数の値と寄与を示す。時定数が１.９秒までの群の寄与は合計して４％程度である。また、時定数が３.４秒よりも長い群に寄与の大きなものが含まれていることが分かる。そこで、本実施例では、出力変化から３秒よりも短い時間で飽和する遅発γ線の成分は即発γ線と同等に扱い、３秒よりも長い時定数をもつ遅発γ線成分は（数４）に基づいて補正しているため、精度の良い補正ができる。このとき、γ線検出用電離箱の信号を１００msよりも短いサンプリング周期で取り込み、各サンプリング周期ごとに（数４）に基づいた補正結果を算出することができれば、原子炉の保護動作信号を生成することが可能である。
【００３３】
このように、本実施例の局所出力領域モニタには、γ線検出用電離箱からの出力信号のうち核分裂反応と同時に発生する即発γ線および３秒以内の崩壊時定数で発生するγ線の成分の和である出力比例成分を１００msよりも短い周期で演算し、この出力比例成分に基づいて局所出力を演算する遅発γ線補正回路を備えているため、応答性を改善して精度良く原子炉の保護動作信号を生成することができる。また、長寿命なγ線検出用電離箱を用いて、原子炉の保護動作信号を精度良く生成可能な原子炉出力測定装置を実現できるため、取り替え検出器数の低減や取り替え作業の省力化が図れる。更に、核分裂電離箱に必要なウランコーティングが無いことから、検出器の運搬・保管などの取り扱いが容易になる。
【００３４】
図２は、（数３）を用いた遅発γ線の補正処理手順を示す。遅発γ線補正処理が開始される（Ｓ１）と、まず、現時刻ｋでの出力（補正なし）Ｇｋが読み込まれる（Ｓ２）。次に、補正出力ＣＧk、及び各群の遅発γ線寄与ＣＧjkが初期化されているか否かを確認し（Ｓ３）、初期化されていない場合には、γ線測定値が現時刻まで常に一定であったと仮定し、図中の式に従って初期化する（Ｓ６，Ｓ７）。一方、初期化済みであった場合には、数２に従い、現時刻の補正出力ＧＣk，各群の遅発γ線寄与ＧＣjkの順に算出する（Ｓ４，Ｓ５）。最後に、補正出力ＧＣkを平均出力領域モニタ７に出力し（Ｓ８）、処理終了の指示があればこの時点で処理を終了し、なければ次の時刻で処理を繰り返す（Ｓ９，Ｓ１０）。
【００３５】
遅発γ線補正回路１８で用いるλiやαO，αiなどのパラメータは、パラメータ入力用タッチディスプレイ２０により入力される。特に、特許文献３に示されているように、即発γ線の割合は、燃料燃焼度によって２０〜３０％程度で変化する。そのため、遅発γ線の影響を精度良く補正するには、原子炉運転サイクルの初期と末期で即発γ線および遅発γ線の寄与αO，αiを調整することが有効である。パラメータは、パラメータ入力用タッチディスプレイ２０を用いて運手員が調整する（図１）ほかに、燃料燃焼度に対するパラメータαO，αiを予めプロセス計算機１５に格納しておき、燃焼度変化に応じてプロセス計算機１５から自動的に遅発γ線補正回路１８のパラメータを更新する手段を設けることも可能である。
【００３６】
図３は、実測により即発γ線の割合αOを調整するための方法をフローで示した図である。この方法では、まず、即発γ線の割合を調整するためのγ線検出用電離箱４を選択する（Ｓ１２）。このγ線検出用電離箱４は、通常４本（３つあるいは２つの場合もある）の制御棒に隣接している。そこで、これら制御棒のうち、制御棒先端が当該検出器に最も近い制御棒を１本選択する（Ｓ１３）。そして、プロセス計算機１５内のパラメータ調整回路２３に設けられたタッチディスプレイ２５からデータ記録開始指令を入力（Ｓ１４）した後、選択した制御棒を一定量だけ挿入（または引き抜き）する（Ｓ１５）。このときの当該γ線検出用電離箱４の出力値は時系列データとしてプロセス計算機１５内のメモリ２４に格納される（Ｓ１６−Ａ）。一定時間経過した後にタッチディスプレイ２５からデータ記録終了指令を入力する（Ｓ１７）とデータ採取が完了する。この時系列データに対し、プロセス計算機１５内のパラメータ調整回路２３では、即発γ線割合αOを一定量（例えば１％）ずつ変化させ、同時に各群の遅発γ線の寄与をαO（旧）／αO（新）倍したときの補正出力を順次算出し、制御棒操作時刻にステップ状に変化する出力を最も良く再現したαOをタッチディスプレイ２５に表示する（Ｓ１８−Ａ）。運転員は、タッチディスプレイ２５に表示された値をパラメータ入力用タッチディスプレイ２０に入力してパラメータ格納回路１９内のパラメータを変更する（Ｓ１９）。
【００３７】
図４は、即発γ線の割合αOを調整する異なる方法をフローで示した図である。この方法では、移動式出力検出器８（出力に即応する中性子検出器を使用）で測定される出力とγ線検出用電離箱４の出力値との比較によりパラメータを調整する。図４において、図３と同じステップには同じ符号を用いる。まず、図３の方法と同様に、即発γ線の割合を調整するためのγ線検出用電離箱４を選択するとともに、移動式出力検出器８を選択したγ線検出用電離箱４と隣接する位置に移動する（Ｓ１２）。次に、このγ線検出用電離箱４に隣接する制御棒のうち、制御棒先端が当該検出器に最も近い制御棒を１本選択する（Ｓ１３）。そして、プロセス計算機１５内のパラメータ調整回路２３に設けられたタッチディスプレイ２５からデータ記録開始指令を入力（Ｓ１４）した後、選択した制御棒を一定量だけ挿入（または引き抜き）する（Ｓ１５）。データ記録開始指令により、当該γ線検出用電離箱４の出力値および移動式出力検出器８の出力値の時系列データがプロセス計算機１５内のメモリ２４に格納される（Ｓ１６−Ｂ）。一定時間経過した後にタッチディスプレイ２５からデータ記録終了指令を入力する（Ｓ１７）とデータ採取が完了する。データ格納が完了した後、格納したγ線検出用電離箱４の時系列データに対し、即発γ線割合αOを一定量（例えば１％）ずつ変化させ、同時に各群の遅発γ線の寄与をαO（旧）／αO（新）倍したときの補正出力を順次算出し、算出結果を移動式出力検出器８の時系列データと比較する。そして、両者が最も良く一致したαOタッチディスプレイ２５に表示する（Ｓ１８−Ｂ）。運転員は、タッチディスプレイ２５に表示された値をパラメータ入力用タッチディスプレイ２０に入力してパラメータ格納回路１９内のパラメータを変更する（Ｓ１９）。
【００３８】
図３および図４に示す方法により、実測による補正用パラメータの調整が実現され、更に精度のよい遅発γ線の補正が可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
１，１０３  原子炉圧力容器
２，１０４  炉心
３，１０２  計装管
４  γ線検出用電離箱
５，１０５  ケーブル
６，１０６  局所出力領域モニタ
７，１０７  平均出力領域モニタ
８，１０８  移動式出力検出器
９，１０９  案内管
１０，１１０  電動機
１１，１１１  巻取り装置
１２，１１２  駆動機構
１３，１１３  インデクサ
１４，１１４  信号処理装置
１５，１１５  プロセス計算機
１６，１１６  信号入力回路
１７，１１７  ゲイン補正回路
１８  遅発γ線補正回路
１９  パラメータ格納回路
２０  パラメータ入力用タッチディスプレイ
２１  平均回路
２２  保護動作信号生成回路
１０１  中性子検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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