(57)【要約】      （修正有）【課題】自己出力型検出器の発熱にともなうガンマサーモメータの精度低下を生じない核計装センサシステムならびにこの核計装センサシステムを用いた原子炉出力監視システムを提供する。【解決手段】断熱部７の上下端の外側に位置した冷接点４との少なくとも２つの接点を持つように構成されたガンマサーモメータ部８と、前記断熱部７と略同一高さに配置された自己出力型検出器１１と、前記ガンマサーモメータ部８および前記自己出力型検出器１１を収納するシース１２を備えた核計装センサシステム１において、前記自己出力型検出器１１は断熱部７の外側に配置されていることを特徴とする。【効果】ガンマサーモメータと自己出力型検出器を一体成型して狭小スペースに設置可能とする際に、自己出力型検出器の発熱にともなうガンマサーモメータの精度低下させないことが可能となる。【選択図】図１
2015219163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
校正用ヒータと、ヒータ周囲に設置した差動型熱電対と、前記ヒータ及び前記差動型熱電対に熱的に接触するように配置された発熱部と、前記校正用ヒータ、前記差動型熱電対、前記発熱部の一定の高さ範囲を取り囲むように配置した断熱部とからなり、
前記差動型熱電対は、前記断熱部の上下端の間に位置した温接点と、前記断熱部の上下端の外側に位置した冷接点との少なくとも２つの接点を持つように構成されたガンマサーモメータ部と、
前記断熱部と略同一高さに配置された自己出力型検出器と、
前記ガンマサーモメータ部および前記自己出力型検出器を収納するシースを備えた核計装センサシステムにおいて、
前記自己出力型検出器は断熱部の外側に配置されていることを特徴とする核計装センサシステム。
【請求項２】
請求項１において、前記断熱部は前記自己出力型検出器のエミッタの長さよりも長く、断熱部の上下端までの高さ範囲内に、前記エミッタの全体が収まるように配置されていることを特徴とする核計装センサシステム。
【請求項３】
請求項１において、前記自己出力型検出器のエミッタ下端よりも低い位置、または、エミッタ上端よりも高い位置に前記ガンマサーモメータ部の冷接点が配置されていることを特徴とする核計装センサシステム。
【請求項４】
請求項１において、前記自己出力型中性子検出器はエミッタ材としてコバルト、カドミウム、白金、エルビウム、ハフニウム、ガドリウムのいずれか、またはこれらの組合せで構成されていることを特徴とする核計装センサシステム。
【請求項５】
校正用ヒータと、ヒータ周囲に設置した差動型熱電対と、前記ヒータ及び前記差動型熱電対に熱的に接触するように配置された発熱部と、前記校正用ヒータ、前記差動型熱電対、前記発熱部の一定の高さ範囲を取り囲むように配置した断熱部とからなり、
前記差動型熱電対は、前記断熱部の上下端の間に位置した温接点と、前記断熱部の上下端の外側に位置した冷接点との少なくとも２つの接点を持つように構成されたガンマサーモメータ部と、
前記断熱部と略同一高さに配置された自己出力型検出器と、
前記ガンマサーモメータ部および前記自己出力型検出器を収納するシースを備え、
前記自己出力型検出器は断熱部の外側に配置されているとともに、
前記ガンマサーモメータ部に接続された第一の信号ケーブルと、前記自己出力型検出器に接続された第二の信号ケーブルと、第一の信号ケーブルに接続されて原子炉内の局所出力信号を生成するガンマサーモメータ用計測装置と、第二の信号ケーブルに接続されて原子炉の局所出力信号を生成する自己出力型検出器用計測装置と、ガンマサーモメータ用計測装置と自己出力型検出器用計測装置とに接続され、両者が生成した局所出力信号から自己出力型検出器の感度の校正情報を算出する出力監視装置とを有することを特徴とした原子炉出力監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核計装センサシステム及び原子炉出力監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉等において、原子炉出力を監視するシステム（核計装と呼ばれている）として、炉内に放射線センサを設置したシステムが広く用いられている。例えば、従来の沸騰水型原子炉では、原子炉内の出力を監視するために、核分裂電離箱などを燃料集合体の間隙に配置し、圧力容器下部からケーブルで信号を引き出し、中央制御室に設置された監視装置で計測・表示するシステムが一般的である。核分裂電離箱は、電離箱のカソードまたはアノードに核分裂物質であるウランを塗布したものである。塗布したウランに中性子が照射されるとウランが核分裂を生じ、核分裂片がアノードとカソードの間の気体を電離して電流信号を生じる仕組みである。そのため、中性子の照射により運転中にウランが減損し感度が低下する。通常、運転中に感度低下を校正するために、核分裂電離箱の近傍を走査可能な走査型検出器を用い、走査型検出器が核分裂電離箱に隣接する位置にあるときの出力信号に基づいて感度が校正される。
【０００３】
このような従来システムに対して、走査型検出器を用いない方式も提案されている。例えば、特開平3-65696（特許文献１）には、ガンマサーモメータにより隣接する核分裂電離箱の感度を校正する構成が開示されている。
【０００４】
さらに、特開平4-218796（特許文献２）には、核分裂電離箱に代えて自己出力型検出器を用い、ガンマサーモメータ内部の断熱部内側に熱電対と自己出力型検出器を配列し、ガンマサーモメータの出力信号に基づいて自己出力型検出器の感度を校正する出力分布計測装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平3-65696号公報
【特許文献２】特開平4-218796号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した走査型検出器は案内管の内部に検出器を出し入れするため、機械的な強度を確保するために一定以上の太さが必要となる。また、核分裂電離箱と走査型検出器の2種類の検出器を隣接して配置する必要があるため、これらセンサシステムを１つの外筒に納めた集合体は外径が太くなる。そのため、従来のセンサシステムは一定以上スペースをもつ間隙にしか設置することができなかった。
【０００７】
ガンマサーモメータを用いる場合、検出器の出し入れに伴う強度確保は不要であり、外径を細くすることができる。更に、特許文献２に示されるように、ガンマサーモメータに自己出力型検出器を一体化することで、センサシステムの外径を小さくし、より狭い領域に設置することが可能となる。
【０００８】
しかし、このようなセンサシステムはそのままでは測定精度を確保することが難しいという課題がある。その課題について以下に説明する。
【０００９】
ガンマサーモメータはガンマ線を計測するためのセンサであるが、その計測原理はガンマ線発熱を温度により計測することにある。すなわち、金属等で成形した発熱部にガンマ線が照射されるとガンマ発熱が生じる。発熱部は、ある高さ位置では、センサ外側を流れる冷却水に熱的に接触しており、温度は冷却材温度付近で保たれるが、一方でそれとは異なる高さには断熱部が成形されており、発熱部が外側を流れる冷却水と熱的に隔離されているため温度が上昇する。そして、この二点間の温度差を差動型熱電対で計測することでガンマ線を求める。
【００１０】
一方、自己出力型検出器のうち中性子を計測するものは、β線型と捕獲γ線型があるが、いずれの場合にも、エミッタ部に中性子が吸収されて核変換を生じることが前提となっている。すなわち、中性子の照射にともない中性子に有感な物質が減損し感度が変化する。ガンマサーモメータは、この感度変化を校正するために必要となる。
【００１１】
このようなガンマサーモメータの内部に自己出力型検出器を内蔵すると、ガンマサーモメータ発熱部でのガンマ発熱以外に、自己出力型検出器の発熱が検知されることになる。ここで、自己出力型検出器の発熱は、中性子による核変換数に依存するが、その核変換数は有感物質の減損にともなって、同じ中性子照射環境にあっても変化する。従って、校正の基準となるガンマサーモメータの計測値が、校正対象である自己出力型検出器の感度に依存してしまうため、精度が向上できないという課題を生じる。
【００１２】
あるいは、このような課題を回避するために、自己出力型検出器の発熱の影響を受けないよう、ガンマサーモメータと自己出力型検出器の高さを十分離して配置することが考えられるが、その場合、自己出力型検出器の感度を離れた位置に設置したガンマサーモメータで校正するため、位置の違いによる誤差が生じ、別な理由で精度が悪くなるという問題が生じる。
【００１３】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ガンマサーモメータと自己出力型検出器を一体成型して狭小スペースに設置可能とする際に、自己出力型検出器の発熱にともなうガンマサーモメータの精度低下を生じない核計装センサシステムならびにこの核計装センサシステムを用いた原子炉出力監視システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、校正用ヒータと、ヒータ周囲に設置した差動型熱電対と、前記ヒータ及び前記差動型熱電対に熱的に接触するように配置された発熱部と、前記校正用ヒータ、前記差動型熱電対、前記発熱部の一定の高さ範囲を取り囲むように配置した断熱部とからなり、前記差動型熱電対は、前記断熱部の上下端の間に位置した温接点と、前記断熱部の上下端の外側に位置した冷接点との少なくとも２つの接点を持つように構成されたガンマサーモメータ部と、前記断熱部と略同一高さに配置された自己出力型検出器と、前記ガンマサーモメータ部および前記自己出力型検出器を収納するシースを備えた核計装センサシステムにおいて、前記自己出力型検出器は断熱部の外側に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
ガンマサーモメータと自己出力型検出器を一体成型して狭小スペースに設置可能とする際に、自己出力型検出器の発熱にともなうガンマサーモメータの精度低下させないことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】核計装センサシステムの一例に対する縦断面図である。
【図２】核計装センサシステムの一例に対する横断面図である。
【図３】実施例１の核計装センサシステムを用いた原子炉出力監視システムの構成例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、原子力炉の出力を監視するための炉内放射線センサシステム及び当該センサシステムを用いた原子炉出力監視システムに関する。
【００１８】
以下、図面を用いて、各実施例について説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本実施例の核計装センサシステムの構成例を示す縦断面図である。核計装センサシステム1は、校正用ヒータ2、温接点3及び冷接点4からなる差動型熱電対5、発熱部6、断熱部7で構成されるガンマサーモメータ部8と、エミッタ9及びコレクタ10で構成される自己出力型検出器11と、ガンマサーモメータ部8と自己出力型検出器11とを格納する金属シース12及び金属シース12の下部に取り付けられたコネクタ13で構成されている。図1にはガンマサーモメータ部8と自己出力型検出器11の組は2つのみ記載されているが、これらの下部にも設置してあり、全体としては4つの組を持っている。
【００２０】
また、図２は本実施例の核計装センサシステムの構成例を示す横断面図である。図1に示したものと同一の要素には共通の番号を付している。ガンマサーモメータ部8は、校正用ヒータ2、差動型熱電対5、金属及びセラミック等で形成された発熱部6を取り囲むように、希ガス(Ar等)を封入した断熱部7が形成されている。自己出力型検出器11は断熱部7の外側に配置し、ガンマサーモメータ部8とは熱的に隔離されている。
【００２１】
そして、円筒状に形成された断熱部７の内側に校正用ヒータ2、差動型熱電対5が配置される。特に、差動型熱電対5の温接点3は断熱部７の上端部から下端部までの高さ範囲内に配置され、冷接点4は断熱部７の上端部から下端部までの高さ範囲外に配置される。また、断熱部７の外側であって、断熱部７の上端部から下端部までの高さ範囲内に、有感部であるエミッタ９の全体が収まるように配置されている。
【００２２】
以下、本センサシステムの動作について説明する。本センサシステムは、原子炉内の狭隘部に取り付けられ、炉心燃料から核分裂で放出される中性子の照射を受ける。自己出力型検出器11内のエミッタ9に到達した中性子は、エミッタ9内の原子核に捕獲されてガンマ線を放出する。この捕獲γ線は周囲の原子がもつ軌道電子をたたき出す。たたき出された電子をコレクタ9から電流として取出すことで、原子炉内の中性子束に応じた信号が得られる。中性子捕獲から信号が得られるまでの時間は非常に短いため、この信号を原子炉の出力監視等に用い、仮に出力過大となった場合の非常停止(スクラム)等を作動させるために使用することができる。コバルト、カドミウム、白金、エルビウム、ハフニウム、ガドリウムなどの物質が捕獲γ線を放出する物質として利用することができる。このような原理に基づく自己出力型検出器11は、エミッタ内の原子核の核変換により信号が出力されるため、核変換を生じる原子核は運転とともに減損し、同じ中性子の照射に対する信号レベルは低下していく。
【００２３】
ガンマサーモメータ部8は、炉心内の核分裂で放出されるガンマ線が照射されると、ガンマ線を吸収して発熱部6が発熱する。この発熱量は、核分裂量すなわち原子炉の出力に応じたものとなる。このとき、断熱部7で囲まれた部分は発熱量に応じて温度が上昇するが、断熱部7で囲まれていない冷接点では放熱のため温度が上昇しない。両者の温度差が温接点3及び冷接点4により検知され、差動型熱電対5の出力は原子炉出力に応じたものとなる。差動型熱電対5の出力は、発熱に基づくものであり炉心の出力変化に対して数秒以上の時間遅れを伴うため、非常停止(スクラム)等の信号を発生させる目的で使用するには適さない。しかし、運転とともに出力が低下していく自己出力型検出器11の校正に用いることができる。本センサシステムでは、差動型熱電対5の出力に基づいて自己出力型検出器11の信号を校正し、運転期間を通じて非常停止(スクラム)等の作動に用いることができる。
【００２４】
更に、ガンマサーモメータ部には、校正用ヒータ2が備えられており、規定の発熱量に対して同一の出力信号となるように差動型熱電対5の出力信号を校正することができる。
【００２５】
このように、ガンマサーモメータ部8は発熱によって出力を計測する原理であり、出力と直接相関のない発熱があると誤差要因となる。自己出力型検出器11は、中性子吸収の核反応に基づく発熱を生じるが、この発熱量は核反応物質の減損とともに変化するため、この発熱が発熱部6に伝搬すると誤差要因となる。本センサシステムでは、自己出力型検出器11で生じた発熱は、断熱部7により遮断され発熱部6に伝わることがなく、ガンマサーモメータ部8では精度の良い計測が保たれる。
【実施例２】
【００２６】
図3は、本発明の核計装センサシステムを用いた原子炉出力監視システムの構成例を示したものである。核計装センサシステム1は、沸騰水型原子炉圧力容器14の炉心19内に、燃料集合体と平行な向きに挿入される。圧力容器14の内部には、炉心19の他に炉心を下部で支える炉心支持板20、燃料上部を固定する上部格子板18、炉心を内包するシュラウド17、シュラウド上部に取り付けられた気水分離器16、蒸気乾燥器15などが設置されている。核計装センサシステム1の先端は、上部格子板18に支持され、下部は炉心支持板20を貫通して案内管及びハウジング21に挿入され圧力容器14の外部に導かれる。案内管及びハウジング21は水封部を備え(図3では省略されている)、圧力容器14内の冷却水が外部に漏えいしない仕組みとなっている。圧力容器14の外部では、コネクタ13及びケーブル22により自己出力型検出器用計測装置23とガンマサーモメータ用計測装置24に接続されている。自己出力型検出器用計測装置23とガンマサーモメータ用計測装置24は出力監視装置25に接続される。これらに加えて、出力監視装置25には炉心流量を計測する流量センサ30を備えた炉心流量計測装置31が接続されている。また、圧力容器14の内部には制御棒27が設置されており、その駆動機構28は制御棒制御装置29に接続されている。出力監視装置25及び制御棒制御装置29は安全保護システム26に接続されている。
【００２７】
なお、ガンマサーモメータ８及び自己出力型検出器１１を各計測装置に接続する形態として、ガンマサーモメータ８に接続された第一の信号ケーブルと、自己出力型検出器１１に接続された第二の信号ケーブルと、第一の信号ケーブルに接続されて原子炉内の局所出力信号を生成するガンマサーモメータ用計測装置２４と、第二の信号ケーブルに接続されて原子炉の局所出力信号を生成する自己出力型検出器用計測装置２３を配置してもよい。
【００２８】
以下、本システムの動作を説明する。沸騰水型原子炉では、炉心19内で生じる核分裂反応により炉心19が発熱し、炉心内を流動する冷却水（図3では省略されている）を加熱する。冷却材は炉心19を下部から上部に向けて通過するが、炉心19の下部入口では、わずかにサブクールした状態となっており、発熱を吸収して蒸気化する。発生した蒸気はシュラウド17の上部から気水分離器16に到達し、水分が除去されて蒸気乾燥器15に入る。蒸気乾燥器15では液滴が除去され、乾燥した蒸気が圧力容器14の外部に接続されたタービン(図3では省略されている)に送られる。核計装センサシステム1は、炉心19内の燃料と燃料の間隙に設置され、周囲に冷却材が下部から上部に向けて流動している。中性子の照射を受けた核計装センサ１は、内部の自己出力型検出器11から中性子束に応じた信号が出力される。この信号は、圧力容器14の下部から、コネクタ13、ケーブル22を介して自己出力型検出器用計測装置23に到達する。自己出力型検出器用計測装置23では、入力された信号を出力に換算してアナログ信号またはディジタル信号として出力監視装置25に送信する。出力監視装置25は、炉心の熱的安全性を保つために、流量センサ30及び炉心流量計測装置31から出力される炉心流量に応じた出力値が設定されており、前述の出力信号が過大と判断した場合に安全保護システム26にトリップ信号を出力する。安全保護システム26では、誤操作を防ぐために複数のチャンネル(図3では省略されている)からトリップ信号を受信し、内蔵された論理回路に従って所定の条件を満たした場合に原子炉緊急停止（スクラム）信号を発生する。スクラム信号を受信した制御棒制御装置29は、制御棒駆動機構28を介して全制御棒27を炉心に全挿入する。
【００２９】
このような運転中の出力監視において、核計装センサシステム１のガンマサーモメータ部8は、炉心19で生じる核分裂に伴うガンマ線の照射を受け、ガンマ線量率に応じた電圧が差動型熱電対5により出力される。この電圧は、ガンマサーモメータ用計測装置24で出力信号に換算されて出力監視装置25に出力される。出力監視装置25では、ガンマサーモメータ用計測装置24からの出力信号と自己出力型検出器用計測装置23からの出力信号とを、定期的または運転員の要求により比較し、自己出力型検出器用計測装置23の出力信号を校正する。これにより、運転中においても自己出力型検出器用計測装置23の出力は減損の影響受けずに本来の出力を指示することが可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１  核計装センサシステム
２  校正用ヒータ
３  温接点
４  冷接点
５  差動型熱電対
６  発熱部
７  断熱部
８  ガンマサーモメータ部
９  エミッタ
１０  コレクタ
１１  自己出力型検出器
１２  金属シース
１３  コネクタ
１４  圧力容器
１５  蒸気乾燥器
１６  気水分離器
１７  シュラウド
１８  上部格子板
１９  炉心
２０  炉心支持板
２１  案内管及びハウジング
２２  ケーブル
２３  自己出力型検出器用計測装置
２４  ガンマサーモメータ用計測装置
２５  出力監視装置
２６  安全保護システム
２７  制御棒
２８  駆動機構
２９  制御棒制御装置
３０  流量センサ
３１  炉心流量計測装置
【図１】
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【図２】
2015219163.tif 000004
【図３】
2015219163.tif 000005