(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器内に配置されている計装管内部の軸方向の複数個所に設置された主成分の異なる金属を含む板と、
前記原子炉圧力容器外に設置され、炉内で発生した中性子と前記金属を含む板の核反応によって放出されるガンマ線を計測するガンマ線検出装置とを備えることを特徴とする原子炉出力監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の原子炉出力監視装置において、
前記計装管が前記原子炉圧力容器を貫通しないことを特徴とする原子炉出力監視装置。
【請求項３】
原子炉圧力容器内に配置されているＴＩＰ案内管内部の軸方向の複数個所に設置された主成分の異なる金属を含む板と、
前記原子炉圧力容器外に設置され、炉内で発生した中性子と前記金属を含む板の核反応によって放出されるガンマ線を計測するガンマ線検出装置とを備えることを特徴とする原子炉出力監視装置。
【請求項４】
請求項３に記載の原子炉出力監視装置において、
前記ガンマ線検出装置によるガンマ線の計測結果に基づき、ＬＰＲＭ用検出器の感度を校正することを特徴とする原子炉出力監視装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の原子炉出力監視装置において、
前記ガンマ線検出装置は、エネルギースペクトルを計測することが可能なガンマ線スペクトロメータであることを特徴とする原子炉出力監視装置。
【請求項６】
請求項５に記載の原子炉出力監視装置において、
前記ガンマ線検出装置は、エネルギースペクトルにおける全吸収ピークのエネルギーから前記金属を含む板の位置を特定することを特徴とする原子炉出力監視装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の原子炉出力監視装置において、
前記金属を含む板と中性子の核反応によって発生する即発ガンマ線のエネルギーが５ＭｅＶ以上であることを特徴とする原子炉出力監視装置。
【請求項８】
請求項１に記載の原子炉出力監視装置において、
前記ガンマ線検出装置は遮蔽体で覆われていることを特徴とする原子炉出力監視装置。
【請求項９】
請求項８に記載の原子炉出力監視装置において、
前記遮蔽体は、前記計装管側に開口部を設けたコリメータ付き遮蔽体であることを特徴とする原子炉出力監視装置。
離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子炉出力監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型軽水炉において，原子炉圧力容器外に設置した検出器によって原子炉内の出力を監視する装置が特許文献１に記載されている。特許文献１には「原子炉炉心に収容する原子炉容器と、この原子炉容器内に設置された中性子輸送管と、この中性子輸送管の端部に対向して原子炉容器外あるいは原子炉容器内に設置された中性子検出器とを有し、中性子輸送管は内部に原子炉炉心内で発生した中性子輸送路を構成したものである」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１７５７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の沸騰水型軽水炉では，炉内の減速材である水が二相流であるため，中性子の減速状況がボイド率の影響で変化する。このため原子炉圧力容器（ＲＰＶ：Reactor Pressure Vessel）の径方向外に漏れる中性子を計測するだけでは炉内出力を監視するには不十分である。このため沸騰水型軽水炉では炉内出力を監視するためにＬＰＲＭ（Local Power Range Monitor）を備え，炉内の中性束をＬＰＲＭによって計測することで炉内の局所出力を監視している。ＬＰＲＭ用の検出器はＬＰＲＭ集合体あたり４台の核分裂電離箱で構成され，これにより軸方向の局所出力を監視している。また，燃料集合体４体あたりＬＰＲＭ集合体１体が設置されており，これにより径方向の局所出力を監視している。このように沸騰水型軽水炉全体では約２００台の核分裂電離箱を設置することで，局所出力を監視している。ＬＰＲＭ集合体は計装管あたりに1体設置され，信号を伝送するために原子炉圧力容器に貫通孔が設けられている。したがって，沸騰水型軽水炉あたりＬＰＲＭの設置に伴うＲＰＶ貫通孔は約５０個ある。【０００５】
上記のような核計装系の構成は，いくつかの保全の必要性を伴う。一つは，ＲＰＶ貫通孔の検査や保全工事である。ＲＰＶ貫通孔のような構造は貫通部において漏水や亀裂が無いことを確認するための検査や，それらが生じた場合には保全工事を実施する必要がある。もう一つは検出器の交換である。炉内に常に設置されるＬＰＲＭ用の核分裂電離箱は炉心部で発生する中性子の照射を受け，感度が劣化する。このため，一定の周期ごとに検出器を交換する必要がある。あるいは駆動機構を必要とするＴＩＰ（Traversing In-core Prove）による校正を定期的に実施する必要がある。また，炉内に検出器を設置するため，検出器が故障した場合には容易に交換することはできない。【０００６】
これらの保全の必要性あるいは頻度を低減させる方法としては炉外に出力監視用の検出器を設置することが挙げられる。一例としては先行文献のような中性子輸送管を設け，炉外に中性子を輸送する方法が考えられる。この方法では炉内に検出器が存在しないため，伝送用のケーブルを必要としない。したがってＲＰＶ貫通孔が不要となる。しかし，先行文献の手法の場合，軸方向の監視位置の特定に課題があり，ＬＰＲＭと同程度の軸方向の局所出力の監視には不向きであった。【０００７】
本発明の目的は、ＬＰＲＭと同程度の軸方向の局所出力の監視に適した原子炉出力監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、代表的な本発明の核計装系の一つは，計装管内部の軸方向の複数個所に設置された主成分の異なる金属を含む板と、原子炉圧力容器外に設置され、炉内で発生した中性子と前記金属を含む板の核反応によって放出されるガンマ線を計測するガンマ線検出装置とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＬＰＲＭと同程度の軸方向の局所出力の監視に適した原子炉出力監視装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明における核計装系の概念を示す図である。
【図２】計装管内における金属を含む板の配置と局所出力情報を得る方法を示す図である。
【図３】ガンマ線検出装置で得られるエネルギースペクトルを示す図である。
【図４】ガンマ線検出装置に対する遮蔽体構造の一例を示す図である。
【図５】ガンマ線検出装置に対する遮蔽体構造の一例を示す図である。
【図６】本発明の核計装系をＴＩＰ代替設備として適用する場合の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下，実施例を図面を用いて説明する。異なる図において同一の数字が付記されているものについては同一の物を指しているため，説明は省略する。尚，説明の便宜上，実施例は沸騰水型軽水炉を対象に記載するが，本発明の適用対象が加圧水型軽水炉であっても局所出力の監視は可能である。
【実施例１】
【００１２】
以下本発明の一実施例を図１から図４に沿って説明する。【００１３】
図１は本実施例の核計装系の動作の概要を示す図である。原子炉格納容器１１の内側に原子炉圧力容器１２，その内部に炉心１３が存在する構成は従来のＢＷＲと同じである。従来のＢＷＲでは計装管１０２内に炉内の局所出力を監視するＬＰＲＭ用の検出器が設置されるのに対し，本実施例では金属を含む板１０１が設置されている。金属を含む板１０１は中性子１４と核反応を起こし高エネルギーの即発ガンマ線１５を放出する。一例を挙げるならばＳｃが挙げられる。Ｓｃと熱中性子の中性子捕獲反応によって８ＭｅＶを越えるエネルギーを持つ即発ガンマ線が放出される。この即発ガンマ線１５を原子炉圧力容器１２の下方に計装管１０２の終端に対向した向きで設置したガンマ線検出装置１０３によって計測する。この時，計装管１０２の終端は圧力容器であっても良い。計装管１０２の終端と対向した向きとは，計装管１０２を通過した金属を含む板１０１から放出された即発ガンマ線１５の進行方向の延長線上にガンマ線検出装置１０３のセンサ部が存在することを意図している。上記が本実施例の基本的な構成である。【００１４】
即発ガンマ線１５は金属を含む板で発生した後，その一部が計装管１０２内をガンマ線検出装置１０３に向けて飛行する。この時，即発ガンマ線１５は高エネルギーであるため圧力容器１２を透過することができる。したがって，計装管１０２が圧力容器１２を貫通していなくとも，即発ガンマ線１５はガンマ線検出装置１０３に到達することができる。したがって，計装管１０２は原子炉圧力容器１２を貫通しておらず，原子炉圧力容器あるいは，その近傍で終端している。また，計装管内は理想的には真空であることが好ましいが，空気などの気体が炉内圧力と同程度の気圧で封入されていたとしても，対象とする即発ガンマ線のエネルギーが高いため計装管１０２内を移動中に，気体原子とガンマ線の間で相互作用が起こる確率は低く，即発ガンマ線１５の減衰の影響はほぼ皆無である。【００１５】
金属を含む板１０１を設置することで局所出力を監視するためには，金属を含む板１０１を監視したい位置に設置する必要がある。従来のＢＷＲではＬＰＲＭによる局所出力の監視と，ＴＩＰによる局所出力の監視を併用している。ＬＰＲＭによる監視では軸方向に４か所設置したＬＰＲＭ用検出器によって軸方向に４点監視をしているが，ＴＩＰによる監視ではＴＩＰが駆動機構を備え一定の自由度を持って監視位置を連続的に変えることができるためＬＰＲＭによる監視よりも細かく軸方向の局所出力を監視できる。本実施例の金属を含む板１０１は駆動機構を持たないため，連続的な監視はできない。しかしながら，ＬＰＲＭのような検出器としての構造を必要としないため，ＬＰＲＭ用検出器に比べて細かく金属を含む板１０１を設置することができる。【００１６】
図２には軸方向に８種類の金属を含む板を設置した例を示す。これら金属を含む板１０１aから金属を含む板１０１ｈは主成分が異なる。金属の種類ごとに中性子１４との核反応によって放出される即発ガンマ線１５のエネルギーは異なる。一例として，金属を含む板１０１ｃがＮｉ，金属を含む板１０１ｅがＣｕ，金属を含む板１０１ｈがＶであったとする。Ｎｉの同位体であるＮｉ−５８と中性子１４の間で中性子捕獲反応が起こり，約９ＭｅＶのエネルギーを持つ即発ガンマ線１５ｃが放出される。Ｃｕの同位体であるＣｕ−６３と中性子１４の間で中性子捕獲反応が起こり，約８ＭｅＶのエネルギーを持つ即発ガンマ線１５ｅが放出される。Ｖの同位体であるＶ−５１と中性子１４の間で中性子捕獲反応が起こり，約７ＭｅＶのエネルギーを持つ即発ガンマ線１５ｈが放出される。これらの異なるエネルギーを持つガンマ線を計測することで局所出力の監視が可能となる。このため，ガンマ線検出装置１０３はエネルギーを分析する機能（ガンマ線スペクトロメータ）を有する。【００１７】
一例としてエネルギースペクトルを計測する場合，ガンマ線検出装置１０３では図３のような計測結果が得られる。図３では複数の全吸収ピークが得られた時の結果を示している。金属を含む板としては上述したＶ，Ｃｕ，Ｎｉが計装管内に設置されていたとする。また，計装管はＳＵＳであったとする。全吸収ピーク３０１はＮｉ−５８の中性子捕獲反応によって放出される約９ＭｅＶのガンマ線の全吸収ピークである。全吸収ピーク３０２はＣｕ−６３の中性子捕獲反応によって放出される約８ＭｅＶのガンマ線の全吸収ピークである。全吸収ピーク３０３はＶ−５１の中性子捕獲反応によって放出される約７ＭｅＶの全吸収ピークである。全吸収ピーク３０５はＦｅ−５６の中性子捕獲反応によって放出される約７．６ＭｅＶのガンマ線の全吸収ピークである。本実施例ではガンマ線のエネルギーが金属を含む板１０１の軸方向位置に関わる情報であり、ガンマ線検出装置１０３はエネルギースペクトルにおける全吸収ピークのエネルギーから前記金属を含む板の位置を特定する機能も有する。つまり，全吸収ピーク３０１の計数率（エネルギー）は図２の金属を含む板１０１ｃの位置における中性子束を与える情報であり，全吸収ピーク３０２の計数率（エネルギー）は図２の金属を含む板１０１ｅの位置における中性子束を与える情報，全吸収ピーク３０３の計数率（エネルギー）は図２の金属を含む板１０１ｈの位置における中性子束を与える情報である。計数率は，金属を含む板１０１の位置における中性子束，中性子１４と金属を含む板１０１の間の核反応確率，金属を含む板１０１から放出された即発ガンマ線１５がガンマ線検出装置１０３に入射する割合，即発ガンマ線１５がガンマ線検出装置１０３で検出される確率などによって決まる。したがって，これらの情報が事前に分かっていれば計数率から金属を含む板１０１における中性子束を見積もることが可能である。【００１８】
計測対象が高エネルギーガンマ線であるため，原子炉圧力容器１２下方の環境で多く存在する比較的低エネルギーのガンマ線はエネルギースペクトル上の妨害成分にはならない。スペクトル上の妨害成分としては，金属を含む板１０１と中性子１４の核反応で発生したガンマ線のうち，計測する全吸収ピークとピークエネルギーを分解できない成分，あるいは計装管１０２と中性子１４の核反応によって放出されるガンマ線の全吸収ピークが挙げられる。計測対象の全吸収ピーク（例えば，全吸収ピーク３０１，３０２，３０３）と，妨害成分となる全吸収ピークはガンマ線検出装置１０３のエネルギー分解能を考慮して金属を含む板１０１を選定することでエネルギー範囲が競合しないようにすることが好ましい。例えば，図３における全吸収ピーク３０５は，計測対象である全吸収ピーク３０１，３０２，３０３と分離できている。この時の妨害成分としては，金属を含む板１０１，計装管１０２と中性子１４の核反応によって放出される即発ガンマ線の他，その他構造物と中性子１４の核反応によって放出される即発ガンマ線，および金属を含む板１０１，計装管１０２，炉内構造物が放射化した後，崩壊によって放出される遅発ガンマ線も含まれる。【００１９】
上記の図１から図３を用いて説明した本実施例の構成によれば，原子炉圧力容器１２を貫通しない計装管１０２内部に複数の金属を含む板１０１を設置し，原子炉圧力容器１２外に設置したガンマ線検出装置１０３を用いてエネルギーと計数を計測することによって，原子炉の局所出力を監視することができる。また、計装管内部の軸方向の複数個所に設置された主成分の異なる金属を含む板と、原子炉圧力容器外に設置され、炉内で発生した中性子と金属を含む板の核反応によって放出されるガンマ線を計測するガンマ線検出装置とを備えることで、ＬＰＲＭと同程度の軸方向の局所出力の監視に適した原子炉出力監視装置を提供することが可能である。
【実施例２】
【００２０】
ガンマ線検出装置１０３方向に飛来するガンマ線のうち，ガンマ線検出装置１０３で計測する対象は金属を含む板１０１から放出される即発ガンマ線１５である。ガンマ線検出装置１０３を設置する原子炉圧力容器１２の下方の線量率は，例えば一般的なＧｅ半導体検出器が正常に動作するには線量率が高過ぎる。このためガンマ線検出装置１０３は遮蔽体に覆って運用する。図４に遮蔽体４０１でガンマ線検出装置１０３を覆う構成の一例を示す。原子炉圧力容器１２の下方の線量率の主因は周囲より飛来するガンマ線である。便宜上，ここでは，計装管１０２内で発生し，計装管１０２を通り，原子炉圧力容器１２を透過した即発ガンマ線１５以外のガンマ線を環境ガンマ線４０３と呼称する。環境ガンマ線４０３はガンマ線検出装置１０３によってエネルギースペクトルを取得することを妨げる。これはガンマ線検出装置１０３が正常に動作できる数以上のガンマ線が環境ガンマ線４０３として原子炉圧力容器１２の下方に存在するためである。このため，ガンマ線検出装置１０３を遮蔽体４０１で覆い，環境ガンマ線４０３がガンマ線検出装置１０３に到達するのを防ぐ必要がある。この時，金属を含む板１０１が存在する方向に開口部４０２を設けることで，計測対象である即発ガンマ線１５は遮蔽されない。この時，開口部４０２の寸法は，金属を含む板１０１から放出される即発ガンマ線１５を計測するのに必要な計数率によって決定する。【００２１】
尚，図４には，ガンマ線検出装置１０３に電気を送ることや，検出信号を伝送するためにケーブル１０４が敷設されている。図４ではケーブル１０４は１本であるが，必要に応じて複数本のケーブルが接続されていても良い。
【実施例３】
【００２２】
遮蔽体構造の他の例として図５の構成であっても良い。図５は図４の構成から開口部４０３を無くし，入射方向遮蔽部５０１を設けることによって，ガンマ線検出装置１０３の周囲を遮蔽体で覆った構造である。図４のような開口部４０２を設けた遮蔽体構造の場合，計装管１０３方向から飛来する低エネルギーガンマ線もガンマ線検出装置１０３で計測される。しかしながら，本実施例における計測対象は高エネルギーの即発ガンマ線１５であり，低エネルギーの即発ガンマ線や遅発ガンマ線は計測対象ではない。これらのガンマ線がガンマ線検出装置１０３に入射するのを防ぐために図５では開口部４０２を設けていない。本実施例で計測対象としている即発ガンマ線１５は数ＭｅＶ以上とエネルギーが高いため，低エネルギーのガンマ線が遮蔽される厚さの遮蔽体であっても透過することができる。このため図５の構成とすることによって，計測対象では無い即発ガンマ線１５や，開口部４０３を通過する角度で入射する環境ガンマ線４０３を遮蔽することができる。この時，入射方向遮蔽部５０１の厚さは，金属を含む板１０１から放出される即発ガンマ線１５を計測するのに必要な計数率によって決定する。
【実施例４】
【００２３】
上記した実施例とは異なる実施例としてＴＩＰ代替に適用することができる。従来のＢＷＲではＬＰＲＭ用の計装管にＴＩＰ案内管を設置し，数台のＴＩＰ用検出器が必要に応じて格納容器外からＴＩＰ案内管を通って炉内の中性子束を計測する構成であった。このＴＩＰの代替として本実施例を適用した場合，ＴＩＰ用検出器の駆動機構が不要となることや，ＴＩＰ用検出器あるいは駆動機構の故障により複数のＬＰＲＭ用検出器の校正が出来なくなる等の事態を防ぐことができる。但し，この場合，ＬＰＲＭは電気的に原子炉格納容器１１の外と接続される必要があるため，原子炉圧力容器は計装管により貫通される。【００２４】
上記したようなＴＩＰの代替として本実施例を適用した場合の例を図６を用いて説明する。図６と図１の違いは，計装管１０２内にＴＩＰ案内管６０１，ＬＰＲＭ用検出器６０２が存在することである。また，図１では金属を含む板１０１を計装管１０２内に設置したが，図６では金属を含む板１０１はＴＩＰ案内管６０１内に設置している。ＬＰＲＭ用検出器６０２を動作させ,中性子の検出信号を取り出すため，ＬＰＲＭ用検出器６０２にはＬＰＲＭ用ケーブル６０３が接続されている。【００２５】
従来のＢＷＲではＴＩＰ案内管６０１は格納容器外まで繋がった構造となっているが，図６の構成では格納容器外に退避させるＴＩＰ用検出器が存在しないため，ＴＩＰ案内管６０１は原子炉圧力容器１２内まで，あるいは計装管１０２程度の長さがあれば良い。ＴＩＰ案内管６０１の下方にはガンマ線検出装置１０３が設置されている。ガンマ線検出装置１０３の遮蔽構造やエネルギースペクトルを利用した局所出力監視方法については図３から図５と同様である。また，金属を含む板１０１はＴＩＰ案内管に設置されているが，計装管１０２内に設置した時と役割は同じであるため，前述の図２の説明における計装管１０２をＴＩＰ案内管６０１と読み替えることで，金属を含む板１０１の設置によって局所出力の監視が可能になる。図６の構成では，ＬＰＲＭによる局所出力の監視では，高速処理が必要なロッドブロックモニタや平均出力領域モニタなどの役割を担う。この時，ＬＰＲＭ用検出器６０２の感度の変化に対する校正は金属を含む板１０１とガンマ線検出装置１０３によって構成される本実施例のシステムが担う。ＬＰＲＭ用検出器６０２は計装管１０２の軸方向に４台設置されるが，それぞれの軸方向位置に近い少なくとも１枚の金属を含む板１０１から放出される即発ガンマ線１５をガンマ線検出装置１５で計測し，その計数率を持ってＬＰＲＭ用検出器６０２を校正する。また，金属を含む板１０１とガンマ線検出装置１０３で構成される本実施例のシステムによってＬＰＲＭ用よりも細かい局所出力分布の監視を担う。【００２６】
以上のような図６の構成とすることで，駆動機構が不要で，原子炉圧力容器内における電気的な故障のリスクの無いＴＩＰ代替システムを構築することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１１  原子炉格納容器
１２  原子炉圧力容器
１３  炉心
１４  中性子
１５  即発ガンマ線
１５ｃ  即発ガンマ線
１５ｅ  即発ガンマ線
１５ｈ  即発ガンマ線
１０１  金属を含む板
１０１ａ  金属を含む板
１０１ｂ  金属を含む板
１０１ｃ  金属を含む板
１０１ｄ  金属を含む板
１０１ｅ  金属を含む板
１０１ｆ  金属を含む板
１０１ｇ  金属を含む板
１０１ｈ  金属を含む板
１０２  計装管
１０３  ガンマ線検出装置
１０４  ケーブル
３０１  全吸収ピーク
３０２  全吸収ピーク
３０３  全吸収ピーク
３０５  全吸収ピーク
４０１  遮蔽体
４０２  開口部
４０３  環境ガンマ線
５０１  入射方向遮蔽部
６０１  ＴＩＰ案内管
６０２  ＬＰＲＭ用検出器
６０３  ＬＰＲＭ用ケーブル
【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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