(57)【要約】      （修正有）【課題】実機信号を用いて、高速かつ高精度に制御棒価値を求める方法等を提供する。【解決手段】スクラム前後の所定期間にわたる中性子束信号値ｎ（ｔ）の時間的変化を測定し、１点近似炉心動特性モデルを利用して反応度ρ（ｔ）の時間的変化を求め、さらにスクラム後の反応度ρ（ｔ）の時間的変化を近似式で近似することによりスクラム後反応度の推定収束値ρafterを求め、推定収束値ρafterとスクラム直前の反応度ρbeforeとの差から制御棒価値を求める。【選択図】図１
2015148524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の制御棒価値を求める方法であって、
炉心シミュレータから、各実効遅発中性子グループｉの発生割合βiおよび崩壊定数λiを受け取るステップと、
中性子源強度Ｑと中性子寿命ｌとの積Ｑ・ｌを決定するステップと、
炉心が超臨界状態にあるときに制御棒を引抜状態から急挿入し、所定期間にわたって中性子束信号値ｎ（ｔ）の時間的変化を測定するステップと、
（１）式から反応度ρ（ｔ）の時間的変化を求めるステップと、
【数１】
2015148524.tif 000012
ここで、
【数２】
2015148524.tif 000013
であり、
反応度ρ（ｔ）の時間的変化を（２）式で近似したときの係数ａ1を求めるステップと、
【数３】
2015148524.tif 000014
ここで、Ｍは近似式の次数を示す自然数であり、
係数ａ1と制御棒を急挿入する直前の反応度ρbeforeとの差から制御棒価値を求めるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記所定期間が、中性子束信号値の変化が安定する時間よりも短い期間である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所定期間が、制御棒を急挿入してから１００秒間である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
中性子源強度Ｑと中性子寿命ｌとの積Ｑ・ｌを決定するステップが、原子炉の炉心シミュレータにより求めたある炉心状態における反応度ρと、当該炉心状態における中性子束実測値ｎとの積を−１倍するステップを含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
中性子源強度Ｑと中性子寿命ｌとの積Ｑ・ｌを決定するステップが、
反応度ρ（ｔ）の時間的変化を（２）式で近似したときの係数ａ1と、中性子束信号値が安定したときの中性子束信号値ｎconstとの積を−１倍して積Ｑ・ｌを決定するステップと、
を含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
プロセッサに請求項１から５のいずれかに記載の方法を実行させるためのプログラム。
【請求項７】
プロセッサに請求項１から５のいずれかに記載の方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ可読記録媒体。
【請求項８】
原子炉の中性子束信号値を測定する中性子束検出器からの中性子束信号値と、
炉心シミュレータからの各実効遅発中性子グループｉの発生割合βiおよび崩壊定数λiと、
を受け取る入力手段と、
原子炉のスクラムを検出する制御棒スクラム処理監視手段と、
プロセッサおよびメモリを備えた演算手段であって、
プロセッサにより中性子源強度Ｑと中性子寿命ｌとの積Ｑ・ｌを決定し、
スクラム検知信号受信に応答して、前記スクラムから所定期間にわたって中性子束信号値ｎ（ｔ）の時間的変化とをメモリに格納し、
プロセッサにより（１）式から反応度ρ（ｔ）の時間的変化を求め、
【数４】
2015148524.tif 000015
ここで、
【数５】
2015148524.tif 000016
であり、
反応度ρ（ｔ）の時間的変化を（２）式で近似したときの係数ａ1を求め、
【数６】
2015148524.tif 000017
ここで、Ｍは近似式の次数を示す自然数であり、
係数ａ1とスクラム直前の反応度ρbeforeとの差から制御棒価値を求める、
演算手段と、
前記制御棒価値を出力する出力手段と、
を備える、制御棒価値測定システム。
【請求項９】
前記入力手段が受け取る中性子束信号値が、一次遅れフィルタ適用後の中性子束信号値であり、
受け取った中性子束信号値から、前記一次遅れフィルタ適用前の中性子束信号値を求める逆フィルタをさらに備える、請求項８に記載の制御棒価値測定システム。
【請求項１０】
制御棒スクラム処理監視手段が、制御棒を操作する信号に基づいてスクラム検知信号を発生する、請求項８または９に記載の制御棒価値測定システム。
【請求項１１】
入力手段が、さらに炉心シミュレータからある炉心状態における反応度ρを受け取り、
演算手段が、反応度ρと、当該炉心状態における中性子束実測値ｎとの積を−１倍することにより、中性子源強度Ｑと中性子寿命ｌとの積Ｑ・ｌを求める、
請求項８から１０のいずれかに記載の制御棒価値測定システム。
【請求項１２】
演算手段が、
反応度の時間的変化ρ（ｔ）を（２）式で近似したときの係数ａ1と、中性子束信号値レベルの変化が安定したときの中性子束信号値レベルｎconstとの積を−１倍して積Ｑ・ｌを決定する、
請求項８から１０のいずれかに記載の制御棒価値測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉の制御棒価値を求める方法、プログラム、記録媒体、およびシステムに関し、特に沸騰水型原子炉の制御棒価値を中性子束検出器の時系列データを原子炉内の中性子束の動特性方程式に適用して得られる反応度の時間変化に基づいて評価を行う方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
運転時の原子炉の安全性を確保するためには、原子炉内の各制御棒の反応度価値を知っておくことが重要である。商用炉においては、炉心シミュレータを用いた解析により制御棒価値評価を行う手法が、広く利用されている。この手法は、炉心内全ての制御棒価値を短時間でかつ高精度に評価できる利点がある。
【０００３】
一方で、中性子計装系の時系列信号から制御棒価値を評価する手法も幾つか提案されており、試験研究炉のみならず商用炉においても、運転開始前の炉物理試験等において適用された例がある。実機信号を用いた制御棒価値の評価は、解析コードの検証や改良のために、今後、重要性が高まる事が予想される。
【０００４】
実機信号を用いた制御棒価値の代表的な測定方法として、以下のようなものがある（非特許文献１参照）。
（１）ペリオド法
（２）補償法
（３）落下法（スクラム法）
（４）未臨界度測定法（パルス中性子法など）
（５）インバース・カイネティクス法
（１）ペリオド法は臨界状態の原子炉に、測定対象の制御棒を引き抜く事で正の反応度を与えて、その後の中性子束の変化割合からペリオド（炉周期）を測定し、逆時間方程式にペリオドを代入して反応度を求める方法である。臨界状態からの制御棒引き抜きであるため、引き抜き量をあまり大きくすることはできない。引き抜き量が大き過ぎると中性子束が急昇し、安全上問題があるからである。そのため、測定できる制御棒価値は、引き抜き量相当の限定的なものであり、ペリオド法のみで制御棒１本分の価値を測定する事は出来ない。
【０００５】
（２）補償法はペリオド法で印加した正の反応度に相当する負の反応度を、別の制御棒を挿入するなどして与えることで再び臨界に戻し、挿入により印加された負の反応度が、引き抜きにより印加された正の反応度と等しいとして、挿入した制御棒の反応度を評価する手法である。ペリオド法と補償法を組み合わせて、測定対象制御棒の引き抜き及び補償制御棒の挿入を何段階かに分けて繰り返すことで、１本分の制御棒価値の測定が行える。しかし、このような引き抜きと挿入を交互に繰り返すような制御棒操作は、一部の商用炉では制御棒操作に係わる安全系のロジック上の制限により実施することができない。また、実施できたとしても、何段階もの制御棒操作および臨界判定を要する事から、１本の制御棒価値を測定するだけでも相応の時間が必要となる。
【０００６】
（３）落下法（スクラム法）は臨界状態の原子炉に、測定対象の制御棒をスクラムし、挿入前後の中性子束検出値の関係から、外挿法あるいは積分法と呼ばれる手法により制御棒価値を求める方法である。
【０００７】
外挿法は、制御棒スクラム後しばらく（数十秒間）の中性子束変化から、挿入直後の中性子束レベルを外挿により求め、挿入前の中性子束との関係から制御棒価値を求める方法である。挿入後の比較的短い時間の中性子束情報から制御棒価値を評価できる利点があるが、対象制御棒のスクラム前の中性子束は、遅発中性子先行核の寿命に比べて長時間一定に保つ必要があるため、相応の試験時間を必要とする。また、商用炉では、制御棒は数メートルの長さがあるため、スクラムによる急挿入といえども、操作開始から完了まで数秒を要する。そのスクラム処理の長さが外挿の精度を下げ、制御棒価値評価においては誤差の要因となる。更に、スクラム直後は、中性子束の空間分布が大きく変動するため、１点近似の成立が困難な状態となる。つまり、中性子束検出器の位置の違いにより制御棒価値の評価結果が大きく異なる可能性がある。
【０００８】
他方、積分法は、制御棒スクラム直後から中性子束検出値の変化が落ち着くまで（数百秒間）の中性子束信号と、挿入前の中性子束との関係から制御棒価値を求める方法である。外挿法と同じく、スクラム前の中性子束検出値を、遅発中性子先行核の寿命に比べて長時間一定に保つ必要がある事に加え、スクラム後も数百秒の時間を要する為、多くの試験時間を要する欠点がある。また、スクラム後、十分な時間が経過すると、中性子の核的結合効果が効かなくなるほど中性子束レベルが下がってしまい、１点近似が成立しなくなることが考えられることから、中性子束検出器の位置の違いにより制御棒価値の評価結果が大きく異なる可能性がある。
【０００９】
（４）未臨界度測定法は、パルス中性子法・中性子源増倍法、指数実験法、ファイマン−α法、ミハルゾ法など多様な原理が開発されており、未臨界体系の炉心の未臨界度を直接測定する手法である。対象制御棒を挿入する前の状態を臨界状態に保ち、挿入後にこれらの原理を用いて、未臨界度を測定することで、制御棒価値を求めることができる。しかし、例えばパルス中性子法では、測定のために加速器でパルス状に中性子集団を発生させる必要があったり、ファイマン−α法では、１ｋＨｚ程度の時間分解能を有する中性子束検出器を必要とすることなどから、商用炉での適用は困難である。
【００１０】
（５）インバース・カイネティクス法は、中性子束の動特性方程式を反応度ρ(t)について解いた時に得られる式を元にして、中性子束の時間変化から、反応度の時間変化を求める手法である。次々刻々と変化する中性子束信号値を与えて解くことで、リアルタイムに反応度の評価が行うことができる。しかしながら、未臨界度が深く、中性子束レベルが低い状態での反応度評価は、外部中性子源の影響が大きいため、当影響を適切に考慮することが精度向上のために重要である。国内では、微小な反応度の測定にこの原理を応用した反応度計が適用された例がある（特許文献１参照）が、未臨界時の低い中性子束検出値を用いた評価のため、ノイズの影響を受けやすい事から、積極的に多くは実施されなかった。
【００１１】
このように、実機信号を用いる評価手法は、一般に多くの時間を要することや、制御棒操作に係わる安全上の制約や、測定精度上の問題などがあったために、商用炉においては、積極的に多くは実施されなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３２８１６６５号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】三澤毅、他著、「原子炉物理実験」、京都大学学術出版会、２０１０年
【発明の概要】
【００１４】
本発明は、インバース・カイネティクス法の原理を元にして、中性子の核的結合効果や、外部中性子源の影響等を的確に見積もることで、従来では測定困難であった制御棒価値の測定を短時間でかつ高精度に行うものである。
【００１５】
より具体的には、炉心が超臨界状態にあるときに、測定対象制御棒を全引き抜き状態から急挿入し（スクラム）、スクラム前後の中性子束信号値ｎ（ｔ）を所定期間にわたって測定し、
ｎ（ｔ）を（１）式に示す反応度評価式に代入して反応度ρ（ｔ）の時間的変化を求める。
【００１６】
【数１】
2015148524.tif 000003
ここで、
βiは、実効遅発中性子グループｉ（ｉ＝１〜６）の発生割合、
λiは、実効遅発中性子グループｉ（ｉ＝１〜６）の崩壊定数、
Ｑは、中性子源強度、
ｌは、中性子寿命、
【００１７】
【数２】
2015148524.tif 000004
である。このうち、βiとλiは、炉心シミュレータで求めたデータを用いることができる。
【００１８】
次に、反応度ρ（ｔ）の時間的変化を（２）式で近似したときの係数ａ1、ａ2#j、およびａ3#j（ｊ＝１・・・Ｍ、Ｍは次数）を求める。
【００１９】
【数３】
2015148524.tif 000005
係数ａ1はスクラム後反応度の推定収束値ρafterに対応することから、制御棒スクラム直前の反応度ρbeforeとの差をとることにより制御棒価値を求めることができる。
【００２０】
この方法によれば、中性子束の変化が安定するよりはるかに短い期間（例えば０秒から１００秒程度）の中性子束信号値ｎ（ｔ）の時間的変化から、推定収束値ρafterを求めることができるため、短時間で制御棒価値の測定を行うこと可能となる。さらに、制御棒のスクラム操作は、通常は全ての商用原子炉において、特別な改造をしなくても実施する事が可能であり、また中性子束検出器も従来より商用原子炉に搭載されていることから、従来の原子炉の構成をそのまま活用して測定を行うことができる。また、インバース・カイネティクス法を用いている事で、遅発中性子先行核濃度は、常時考慮がなされているため、落下法適用時には必要であった制御棒スクラム前の中性子束レベルを長時間一定に保つ操作は不要となる。また、超臨界状態から臨界に移行させることなく、直接制御棒のスクラムが可能であるため、試験時の制御棒操作は比較的単純であり、しかも短時間で測定を終えることができる。限られた時間の中で多くの制御棒価値を測定できることから、解析コードの改良や信頼性向上に寄与し、プラントの安全運転に貢献することが可能となる。
【００２１】
ここで、反応度評価式の（１）式において、外部中性子源の影響を示す項における中性子源強度Ｑと中性子寿命ｌとの積Ｑ・ｌは、以下の２つの方法で決定することが望ましい。
【００２２】
１つ目の方法は、原子炉の炉心シミュレータにより求めたある炉心状態（制御棒価値測定試験開始時の炉心状態など）における反応度ρと、当該炉心状態に該当する中性子束実測値ｎとの積を−１倍して積Ｑ・ｌを求める方法である。この方法では、事前に外部中性子源項を予測できるという点で優れているが、反応度評価の過程で炉心シミュレータによる反応度解析結果を用いることから、シミュレーション解析とは独立した実機信号による制御棒価値とは言い難く、シミュレータの精度の影響を大きく受けてしまうという問題がある。
【００２３】
２つ目の方法は、制御棒評価に先立って、炉心を超臨界とし、中性子束を一定レベル以上に高めた後に、スクラム操作を実施し、積Ｑ・ｌを求めておく方法である。具体的には、スクラム後の反応度ρ（ｔ）の時間的変化を（２）式で近似したときの係数ａ1（すなわち推定収束値ρafter）と、中性子束信号値が安定したときの中性子束信号の実測値ｎconstからＱ・ｌ＝−ｎconst・ρafterにより積Ｑ・ｌを求める。この方法は、炉心シミュレータによる反応度解析結果を用いずとも、積Ｑ・ｌを算出でき、さらにスクラム直後の高い中性子束信号値を用いていることからノイズの影響を受けにくいという点で優れている。
【００２４】
ところで、商用原子炉に設置されている中性子束検出器の出力は、ノイズ低減のために検出信号に１次遅れフィルタを適用した結果を出力するものが一般的である。インバース・カイネティクス法ではフィルタを使用することを前提としていないため、中性子束検出器からの入力に逆フィルタを適用して原信号に変換したものを中性子束信号値ｎ（ｔ）として使用することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る制御棒価値測定システムの概略構成図である。
【図２】本発明に係る制御棒価値評価方法の一実施例のフローチャートである。
【図３】本発明に係る制御棒価値評価方法の別の実施例のフローチャートである。
【図４】積Ｑ・ｌ算出方法の別の実施例のフローチャートである。
【図５】図４の方法における、積Ｑ・ｌの値と反応度の時間的変化との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（実施例１）
図１は、本発明に係る制御棒価値測定システムの一実施例の概略構成図である。制御棒価値測定システム１には、中性子束検出器２０ａ〜ｃと、原子炉の炉心シミュレータ２２と、ディスプレイ２３とが接続されている。本発明での中性子束検出器は、起動領域モニタ（ＳＲＮＭ）、中性子源領域モニタ（ＳＲＭ）または中間領域モニタ（ＩＲＭ）を対象としており、出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）は対象外である。中性子束検出器２０ａ〜ｃは原子炉内に複数個所設置されており、設置個所の中性子束信号値を検出する検出器である。図１では説明の都合上３つの検出器のみを表示しているが、一般的に炉心内には１０個程度設置されている。炉心シミュレータ２２は炉心の構造、燃料集合体や制御棒の配置、その他の炉心状態（炉心出力、炉心流量、燃焼度など）に基づいて炉心のシミュレーションを行い、実効遅発中性子グループｉの発生割合βiおよび崩壊定数λi（ただし、ｉ＝１〜６）、反応度ρなどを出力するシミュレータである。ディスプレイ２３は、制御棒価値測定システム１で評価された制御棒価値を受信して表示する。
【００２７】
制御棒価値測定システム１は、プロセッサ１１と、プロセッサ１１に接続されたメモリ１２、クロック１５、入力インターフェイス（入力Ｉ／Ｆ）１６、出力インターフェイス（出力Ｉ／Ｆ）１７、およびスクラム処理監視部２１を備える。
【００２８】
メモリ１２は、ハードディスク、ソリッドステートドライブ、ＣＤ−Ｒなどの記録媒体であり、また複数の記録媒体を組み合わせて構成してもよい。メモリ１２内には、入力Ｉ／Ｆ１６を介して受信したデータや制御棒価値評価過程で生成されるデータを格納するデータファイル１３と、プロセッサ１１が制御棒価値評価を実行するための命令群が構成されたプログラム１４が格納されている。データファイル１３には、スクラム発生前からデータが蓄積されるため、スクラム発生前のデータを参照することができる。
【００２９】
クロック１５は、プロセッサ１１の命令実行タイミングやスクラム完了からの時間計測のための基準クロックをプロセッサ１１に提供する。入力Ｉ／Ｆ１６は、中性子束検出器２０ａ〜ｃからの中性子束信号値や、原子炉の炉心シミュレータ２２からの実効遅発中性子グループｉの発生割合βi、崩壊定数λi、反応度ρなどのデータを、アナログ信号またはデジタル値として受け取り、受け取った信号がアナログ信号の場合にはＡ／Ｄ変換してプロセッサ１１に提供する入力手段である。出力Ｉ／Ｆ１７は、制御棒価値などのデータを受け取ってディスプレイ２３に送信する出力手段である。
【００３０】
スクラム処理監視部２１は、制御棒のスクラム処理操作に関する情報をリアルタイムで監視して、スクラム操作に応答してスクラム検知信号を生成する。本実施例のスクラム処理監視部２１は、原子炉システムの制御棒操作系のネットワークからのスクラム信号を入力Ｉ／Ｆ１６を介して受け取って制御棒価値測定システム１のスクラム信号として出力するが、原子炉システムやＳＲＮＭなどの仕様に応じて適宜変更可能である。例えば、制御棒挿入の割合に応じてスクラム挿入を判定したり、ＳＲＮＭ値から評価した反応度の減少割合に応じてスクラム挿入を判定するなどの方法によりスクラムを検出してもよい。
【００３１】
次に、制御棒価値測定システム１の動作の一実施例について、図２のフローチャート２ａを参照しながら説明する。
【００３２】
はじめに、原子炉内の測定対象の制御棒を全引き抜き状態にて、炉心を超臨界状態にする。ただし、測定対象制御棒と同じ水圧制御ユニットに属するペアロッドがあれば，そのペアロッドは予め全挿入させておく。また、入力Ｉ／Ｆ１６を介して炉心シミュレータ２２から実効遅発中性子グループｉの発生割合βi、崩壊定数λi、反応度ρを受け取る（ステップ３０ａ）。実効遅発中性子グループｉの発生割合βiや崩壊定数λiは、炉心状態（炉心出力、炉心流量、出力分布、炉心燃料、燃焼度、制御棒など）の違いにより変動するものの、制御棒価値測定試験中の反応度投入操作による実効遅発中性子グループｉの発生割合βi、崩壊定数λiへの影響は僅かであり、炉心状態の変動が反応度評価結果に与える影響は小さいため、炉心シミュレータ２２で測定ケースの代表値（たとえば制御棒価値測定試験開始時における値）を予め評価しておき、その値を一律に用いる。
【００３３】
その後、制御棒価値測定システム１はスクラムが検出されるまで待機する（ステップ３１）。炉心が超臨界状態になり、中性子束が一定レベルに到達した後に、測定対象の制御棒を全引き抜き状態から急挿入する。すると、スクラム処理監視部２１からプロセッサ１１に対してスクラム検知信号が送信される。スクラム検知信号に応答して、原子炉の中性子束検出器２０ａ〜ｃから受け取ったスクラム直前の反応度ρbeforeと、スクラム完了から１００秒間までの中性子束信号値ｎ（ｔ）の時系列データを時間ｔと対応させてデータファイル１３に格納する（ステップ３２）。
【００３４】
ここで、本実施例で利用する中性子束検出器２０ａ〜ｃは、検知した中性子束の原信号からノイズ成分を取り除いて出力するために、計数率によって時定数が異なる１次遅れフィルタが掛かっている。すなわち、原信号をｎ（ｔ）、フィルタ適用後の中性子束信号値をｎf（ｔ）、フィルタの時定数をＴ、サンプリング周期をΔｔ（本実施例では０．１秒）とおくと、（３）式のような関係がある。
【００３５】
【数４】
2015148524.tif 000006
インバース・カイネティクス法ではフィルタ適用後の中性子束信号値ｎf（ｔ）を使用することを前提としていない。特に、スクラム直後のように中性子束信号値の変化が大きく、１次遅れフィルタの時定数が大きく変化するような場合は、原信号とフィルタ後の信号値との差が非常に大きくなってしまう可能性がある。そこで、中性子束検出器からの入力されたフィルタ適用後の中性子束信号値ｎf（ｔ）に逆フィルタを適用して原信号ｎ（ｔ）を求める（ステップ３３）。具体的には、次式のような逆フィルタ処理を行う。
【００３６】
【数５】
2015148524.tif 000007
ここで、（５）式の時定数Ｔは原信号の中性子束信号値ｎ（ｔ）を元にした関数である。しかし、逆フィルタ処理においては原信号の中性子束信号値ｎ（ｔ）が未知数であるため一意的に定めることはできない。そのため、入力Ｉ／Ｆ１６に入力されるフィルタ適用後の中性子束信号値ｎf（ｔ）を用いて推定した時定数Ｔを用いて、原信号の中性子束信号値ｎ（ｔ）を推定する。さらに、推定された原信号の中性子束信号値ｎ（ｔ）を用いて時定数Ｔを再帰的に求めることで、時定数推定値を正味の時定数により近づけることが可能である。そこで、原信号を推定する際は、この正味の時定数により近づけた時定数推定値を再帰的に求めておき、この時定数推定値を用いる。
【００３７】
次に、中性子源強度Ｑと中性子寿命ｌとの積Ｑ・ｌの値を求める。より具体的には、炉心シミュレータ２２から取得したある炉心状態における反応度ρと、中性子束検出器２０ａ〜ｃから取得した中性子束実測値ｎとから、積Ｑ・ｌ＝− ρ・ｎを算出する（ステップ３４）。そして、算出した積Ｑ・ｌ、炉心シミュレータ２２から受け取った実効遅発中性子グループｉの発生割合βiおよび崩壊定数λi、および中性子束信号値の時間的変化ｎ（ｔ）を用いて、１点近似炉心動特性モデルに基づく反応度評価式から反応度の時間的変化ρ（ｔ）を求める（ステップ３５）。
【００３８】
【数６】
2015148524.tif 000008
ここで、
【００３９】
【数７】
2015148524.tif 000009
である。求められた反応度ρ（ｔ）は対応する時間ｔと関連付けされて、データファイル１３に格納される。
【００４０】
ところで、１点近似炉心動特性モデルに基づく反応度評価式は、より厳密には、式（１）の右辺にさらに微分項が付加された次式で表される。
【００４１】
【数８】
2015148524.tif 000010
しかしながら、中性子寿命ｌの大きさは非常に小さいことから、右辺の最後の微分項が反応度に与える影響はごく僅かである反面、微分項である性質上、特に中性子束信号値が低い条件下において、中性子束信号値ｎ（ｔ）に含まれるノイズ成分の影響を大きく受ける。このため、反応度ρ（ｔ）の評価にあたっては当該微分項を省いた反応度評価式である（１）式を用いる。
【００４２】
制御棒価値測定システム１の動作説明に戻る。、反応度ρ（ｔ）の時間的変化を次の近似式で近似する（ステップ３６）。
【００４３】
【数９】
2015148524.tif 000011
ここで、ａ1、ａ2#j、ａ3#j（ｊ＝１・・・Ｍ）は近似式の係数である。また、Ｍは近似式の次数であり、自然数である。次数Ｍが大きければ大きいほど、当てはめ誤差を小さくできるが、一方で計算負荷は増加する。Ｍ＝２では，制御棒スクラム後の中性子束変化を、即発成分と遅発成分に分解した当てはめが行えるため、Ｍ＝１に比べて当てはめ精度が向上する一方で、係数も５個（ａ1、ａ2#1、ａ2#2、ａ3#1、ａ3#2）と多くはなく，計算負荷も小さいため実用的である。Ｍ＝３以上では，係数が増えるに従いさらに評価誤差を小さくする事ができるが、評価誤差の低下量は僅かである。他方で計算負荷は飛躍的に増大する。このため、本実施例における制御棒価値測定システム１ではＭ＝２を用いている。なお、ステップ３５ではスクラム直後の中性子束信号値が高い状態の計数率を用いることから、反応度評価結果の検出器位置依存性を小さくできるという利点がある。本実施例では、当てはめ（フィッティング）にレーベンバーグ・マルカート法を用いているが、その他のフィッティング方法を用いてもよい。
【００４４】
係数ａ1は反応度ρ（ｔ）の推定収束値ρafterに相当するため、制御棒を急挿入する直前の反応度ρbeforeとの差ρbefore−ａ1（すなわち、ρbefore−ρafter）から制御棒価値を求めることができる（ステップ３７）。
【００４５】
以上により、制御棒価値を測定することができる。この方法では、積Ｑ・ｌの値を炉心シミュレータ２２から取得した反応度ρと、中性子束検出器２０ａ〜ｃから取得した中性子束実測値ｎとから求めるため、事前に外部中性子源項を予測できるという点で優れているが、反応度評価の過程で炉心シミュレータによる反応度解析結果を用いることから、シミュレーション解析とは独立した実機信号による制御棒価値とは言い難く、シミュレータ２２の精度の影響を大きく受けてしまうという特徴がある。
【００４６】
（実施例２）
次に、制御棒価値測定システム１を用いた制御棒価値測定システム１の別の動作例について、図３、図４のフローチャート２ｂ、３４ｂを参照しながら説明する。制御棒価値測定システム１の構成は実施例１と同じ（すなわち、図１の構成）である。説明の重複を避けるため、図３のフローチャート２ｂでは、図２のフローチャート２ａと共通する処理ステップについては、同一の参照符号を付した。
【００４７】
本実施例においては、炉心シミュレータ２２で算出した反応度ρを用いない。このため、炉心シミュレータ２２からは、実効遅発中性子グループｉの発生割合βiおよび崩壊定数λiのみを受け取る（ステップ３０ｂ）。その後、積Ｑ・ｌの値を求める（ステップ３４ｂ；詳細は後述する）。その後は、フローチャート２ａのステップ３１〜３７と同じ方法で制御棒価値を評価する。
【００４８】
次に、積Ｑ・ｌの算出方法（ステップ３４ｂ）について図４のフローチャート３４ｂを参照しながら詳細に述べる。
【００４９】
まず、測定対象の制御棒を全引き抜き状態して炉心を超臨界状態にする。炉心シミュレータ２２から、実効遅発中性子グループｉの発生割合βiおよび崩壊定数λiを受け取り（ステップ３０ｂ）、積Ｑ・ｌの値を予め設定した初期値に設定する（ステップ５１）。本実施例における反応度の推定収束値ρafterは、スクラム後直後の中性子束が比較的高い状態の信号値から評価できるため、反応度評価式の（１）式の右辺における積Ｑ・ｌの項の影響は小さい。このため、Ｑ・ｌ実施例では初期値をゼロとおく。その後、スクラムを検知するまで待機する（ステップ３１）。炉心が超臨界状態になった後に、測定対象の制御棒を引き抜き状態から急挿入する（スクラム処理）。すると、スクラム処理監視部２１からプロセッサ１１スクラム検知信号が送信される。スクラム検知信号に応答して、原子炉の中性子束検出器２０ａ〜ｃから受け取ったスクラム直前の反応度ρbeforeとスクラム完了から１００秒間までの中性子束信号値ｎ（ｔ）、およびスクラム完了時から反応度に影響を与える一切の処理を行わずに十分の時間が経過して中性子束の時間的変化が極めて小さくなったとき（本実施例ではスクラム完了から４００秒後）の中性子束信号値ｎconst（ステップ５２）を、時間ｔと対応させてデータファイル１３に格納する。その後、図２のステップ３３、３５、３６と同様な方法で、取得した中性子束信号値に逆フィルタを適用し（ステップ３３）、反応度ρ（ｔ）の時間的変化を求め（ステップ３５）、近似式の係数ａ1、すなわち反応度の推定収束値ρafterを求める（ステップ３６）。この推定収束値ρafterからＱ・ｌ＝−ｎconst・ρafterを計算して積Ｑ・ｌを求める（ステップ５４）。
【００５０】
なお、ステップ５４の後に、さらに積Ｑ・ｌが適正な値となっているかを検証するステップを加えてもよい。もし積Ｑ・ｌの初期値が適正な値であれば、反応度の推定収束値ρafterと、スクラム後、十分な時間を経過させた後の反応度ρconst＝Ｑ・ｌ／ｎconstとがほぼ等しくなるはずである。他方、積Ｑ・ｌの初期値が適正な値でない場合には、ρafterとρconstが必ずしも一致しない。この点について、図５を参照しながら、さらに詳しく述べる。
【００５１】
図５において線６０〜６２は、原子炉内の異なる位置に配置された中性子束検出器２０ａ〜ｃから取得した中性子束信号値ｎ（ｔ）に基づいて評価した反応度ρ（ｔ）の時間的変化を示す。線６０は、スクラム操作を行った制御棒から最も離れた中性子束検出器２０ａから取得した中性子束信号値ｎ（ｔ）に基づいて求めた反応度ρ（ｔ）の変化であり、線６２は、スクラム操作を行った制御棒近傍の中性子束検出器２０ｃから取得した中性子束信号値ｎ（ｔ）に基づいて求めた反応度ρ（ｔ）の変化である。線６１は、中性子束検出器２０ａと中性子束検出器２０ｃの中間付近にある中性子束検出器２０ｂから取得した中性子束信号値ｎ（ｔ）に基づいて求めた反応度ρ（ｔ）の変化である。
【００５２】
適正でない積Ｑ・ｌを用いて反応度ρ（ｔ）を求めた場合には、図５（ａ）に示すように、中性子束検出器の位置によりρconstが変化して、反応度の推定収束値ρafterが実際の収束値ρconstと必ずしも一致しない。これに対して、積Ｑ・ｌが適正値である場合には、図７（ｂ）に示すように、中性子束検出器の位置によらず、推定収束値ρafterと実際の収束値ρconstとがほぼ一致する。よって、複数の中性子束検出器からのデータについて、推定収束値ρafterと実際の収束値ρconstとの一致度合を評価することにより、積Ｑ・ｌの妥当性を評価することができる。
【００５３】
本実施例におけるＱ・ｌ決定方法は、炉心シミュレータによる反応度解析結果を用いずとも、積Ｑ・ｌを決定でき、さらに超臨界状態で取得した中性子束信号値ｎ（ｔ）のデータを用いることからノイズの影響を受けにくいという点で優れている。
【００５４】
以上、制御棒価値測定システム１の構成と動作について説明を行ったが、当業者であれば、測定環境、例えば原子炉の構成や、シミュレータで得られるデータ内容、中性子束検出器の仕様などに応じて、適宜設計変更が可能であることは容易に想到できよう。例えば、原子炉の中性子束検出器２０ａ〜ｃからのデータ取得時間は、スクラム完了から１００秒まである必要はなく、中性子束信号値の変化が安定するまで時間よりも短い時間で任意に設定可能である。一般に、１点近似炉心動特性モデルによる近似の成立性は、沸騰水型原子炉内の平均的な中性子束信号値が１０7ｃｍ-2ｓ-1程度以上にあるときに成立性がよいため、中性子束信号値が１０7ｃｍ-2ｓ-1より小さくなった場合には、その時点でデータ取得を中止して、得られたデータから制御棒価値を求めることが望ましい。
【００５５】
また、求められた制御棒価値をそのまま出力せずに、制御棒価値の値が異常値か否かを判断する異常値判定アルゴリズムを設け、複数の制御棒価値評価結果から異常値を除外してから、相加平均を行って、ただ１つの制御棒価値を評価値として求めてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１  制御棒価値測定システム
１１  プロセッサ
１２  メモリ
１３  データファイル
１４  プログラム
１５  クロック
１６  入力インターフェイス（入力Ｉ／Ｆ）
１７  出力インターフェイス（出力Ｉ／Ｆ）
２０  中性子束検出器
２１  スクラム処理監視部
２２  炉心シミュレータ
２３  ディスプレイ
【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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