(57)【要約】【課題】原子力発電設備用中性子測定装置において、信号ケーブルのノイズ耐性をより確実に向上させ、中性子検出信号を正しく処理することにある。【解決手段】原子炉内に配置された中性子検出器１と、検出信号を引き出す第１の信号ケーブル３と、前置増幅回路５ａと、検出信号を処理する信号処理回路２ａと、両回路を接続する第２の信号ケーブル４とを備えた原子力発電設備用起動領域モニタ中性子測定装置において、第１，第２の信号ケーブルは、シールド被覆体１０によって覆い、シールド被覆体の内部に２本の芯線３ａ，３ｃ、４ａ，４ｃから成る縒り線を有する平衡ケーブルとし、前置増幅回路及び信号処理回路は、差動型とし、シールド被覆体を前置増幅回路及び信号処理回路の共通電位ライン８に接続する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉内に配置された中性子検出器と、前記中性子検出器の検出信号を炉外部に引き出す第１の信号ケーブルと、前記第１の信号ケーブルに接続された前置増幅回路と、前記前置増幅回路に接続された第２の信号ケーブルと、前記検出信号を処理する信号処理回路とを備え、前記中性子検出器、前記第１，第２の信号ケーブル及び前記前置増幅回路のアースを前記信号処理回路側にて接地した１点接地構造の原子力発電設備用起動領域モニタ中性子測定装置において、
前記第１，第２の信号ケーブルは、シールド被覆体によって覆い、前記シールド被覆体の内部に２本の芯線から成る縒り線を有する平衡ケーブルとし、前記前置増幅回路は、その信号の入力段及び出力段を差動型とし、前記各信号ケーブルの２本の芯線を前記前置増幅回路の差動入力及び差動出力に接続し、前記シールド被覆体を前記前置増幅回路の共通電位ラインに接続することを特徴とする原子力発電設備用中性子測定装置。
【請求項２】
請求項１において、前記信号処理回路の入力段を差動型とし、当該入力段に前記第２の信号ケーブルの２本の芯線を介して前記前置増幅回路の出力段を接続し、前記シールド被覆体を前記信号処理回路の共通電位ラインに接続することを特徴とする原子力発電設備用中性子測定装置。
【請求項３】
原子炉内に配置された中性子検出器と、前記中性子検出器の検出信号を炉外部に引き出す信号ケーブルと、前記信号ケーブルに接続され、前記検出信号を処理する信号処理回路とを備え、前記中性子検出器及び前記信号処理回路を接地した２点接地構造の原子力発電設備用出力領域モニタ中性子測定装置において、
前記信号ケーブルは、シールド被覆体によって覆い、前記シールド被覆体の内部に２本の芯線から成る縒り線を有する平衡ケーブルとし、前記信号処理回路は、その信号入力段を差動型とし、前記信号ケーブルの２本の芯線を前記信号処理回路の差動入力に接続し、前記信号ケーブルのシールド被覆体を前記信号処理回路の共通電位ラインに接続することを特徴とする原子力発電設備用中性子測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電所で使用される原子力発電設備用中性子測定装置に係り、特に、外来ノイズの混入を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、原子力発電所で使用される原子力発電設備用中性子測定装置には、起動領域モニタ用中性子測定装置及び出力領域モニタ用中性子測定装置がある。
図５に、起動領域モニタ用中性子測定装置のシステムを示す。図５の起動領域モニタシステムは、原子炉圧力容器内に設置された中性子検出器１と、この中性子検出器１の中性子検出信号を中央制御室装置２に設置した信号処理回路２ａまで伝送する信号ケーブル３、４と、この信号ケーブル３及び４間に挿入された前置増幅器５とを備えている。つまり、中性子検出器１は、格納容器を通過して配線された検出器側の信号ケーブル３を介して原子炉建屋内の前置増幅器５に接続され、この前置増幅器５が信号ケーブル４を介して中央制御室装置２の信号処理回路２ａに接続される。両方の信号ケーブル３、４は、各々芯線３ａ、４ａとアース用の外被３ｂ，４ｂとを有する。アース回路は、信号処理回路２ａにて接地される１点接地構造になっている。
この起動領域モニタシステムでは、原子炉の起動領域で発生する熱中性子に応じて中性子検出器１により電気パルス信号が検出される。この検出信号の強度は微弱であるので、前置増幅器５で増幅された後、信号処理回路２ａで所定の信号処理に付される。
また、本システムでは、中性子検出器１に直流電圧を印加して電気パルス信号を取り出すための高圧電源１１が中央制御室装置２２に設けられ、さらには高圧電源１１の直流電圧が前置増幅器５に加わらないようにし、なおかつ電気パルス信号が高圧電源１１に流れることなく、前置増幅器５に流れるようにするための抵抗１２、直流電圧遮断用コンデンサ１３、電気パルス遮断用インダクタンス１４が図５に示すような構成で設けられている。
【０００３】
また、図６に、出力領域モニタ用中性子測定装置のシステムを示す。図６の出力領域モニタシステムは、原子炉圧力容器内に設置された中性子検出器１と、この中性子検出器１の中性子検出信号を中央制御室装置２の信号処理回路２ａまで伝送する信号ケーブル３を備えている。つまり、中性子検出器１は、格納容器を通過して配線された検出器側の信号ケーブル３を介して信号処理回路２ａに接続される。信号ケーブル３は、各々芯線３ａとアース用の外被３ｂを有する。アース回路は、中性子検出器１及び信号処理回路２ａにて接地される２点接地構造になっている。
この出力領域モニタシステムでは、原子炉の出力運転領域で発生する熱中性子に応じて中性子検出器１により直流電流信号が検出される。この検出信号は信号処理回路２ａで所定の信号処理に付される。
また、本システムでは、中性子検出器１に直流電圧を印加して電気パルス信号を取り出すための高圧電源１１が図６に示すような構成で設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来構成の起動領域モニタシステムでは、中性子検出器１と前置増幅器５との間を接続する信号ケーブル３には同軸ケーブルを使用している。このため、この同軸ケーブルに中性子検出器１からの信号レベルよりも大きな外来ノイズが伝搬してきた場合、その大きな外来ノイズに因って微弱な検出信号のＳ／Ｎ比が著しく低下してしまうという問題があり、大きな外来ノイズに対して脆弱な構造であった。
また、従来構成の出力領域モニタシステムでも、中性子検出器１と信号処理回路２ａの間を接続する信号ケーブル３には同軸ケーブルを使用しているため、この同軸ケーブルに中性子検出器１からの信号レベルよりも大きな外来ノイズが伝搬してきた場合、その外来ノイズに対して同様に脆弱な構造であった。
このような中性子検出器１からの信号レベルよりも大きな外来ノイズによる問題を図７を用いて説明する。今、前置増幅器５の入力側同軸ケーブル３に外来ノイズが加わる時、そのノイズ電流は主に同軸ケーブル３の外側にある外皮３ｂに流れ、それが前置増幅器５の共通電位ライン８に加わる。このようなノイズをコモンモードノイズという。共通電位ライン８に加わったノイズ電流は、前置増幅器５を通過して出力側同軸ケーブル４の外皮４ｂに流れ、最終的には信号処理回路２ａの接地線を通して大地に流れる。
ところで、前置増幅器５は複数の内部増幅器６から構成されており、各々の内部増幅器６は共通電位ライン８に接続されるが、実際にはこの共通電位ライン８には高調波インピーダンス９が存在する。このような高調波インピーダンス９があると、共通電位ライン８に加えられたコモンモードノイズにより共通電位ライン８自身に電位変動が生じる。この電位変動が中性子検出器１からの信号入力の際の電位変動よりも小さければ、前置増幅器５の出力はノイズの影響は受けない。
しかしながら、コモンモードノイズによる共通電位ライン８自身の電位変動が中性子検出器１からの信号入力の際の電位変動と同程度かそれよりも大きな場合には、内部増幅器６はノイズの影響を受けた出力を次段の内部増幅器に与え、最終的には前置増幅器５はノイズ波形を出力することになる。
【０００５】
このような問題を解決するため、例えば特許文献１（原子力発電設備用起動領域モニタシステム）では、その図１にあるように、同軸ケーブルのシールド被覆体を多重化してシールド被覆体同士の接続を前置増幅器側でのみで行い、検出器側ではシールド被覆体同士の接続を行わないという方式や、その図４にあるように、等価的にインダクタンスを芯線やシールド被覆体に挿入する方式によるノイズ低減策が示されている。
しかしながら、その図１の方式では、外側のシールド被覆体はノイズアースラインを通して外皮に接続されており、結局は、外来ノイズは前置増幅器のラインに流入してその共通電位ラインを変動させ、前置増幅器５の動作に影響を与える、という問題がある。また、その図４にあるような方式では、インダクタンスＬ１とＬ２の間の相互インダクタンスには周波数依存性があり、このために、このようなインダクタンスの使用によるノイズ低減能力には周波数特性があるということになるので、広帯域のノイズに対しては必ずしも有効ではない、という問題がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２８１３６３号公報
【０００７】
本発明の課題は、上記問題に鑑み、信号ケーブルのノイズ耐性をより確実に向上させ、中性子検出信号を正しく処理するに好適な原子力発電設備用中性子測定装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、原子炉内に配置された中性子検出器と、検出信号を炉外部に引き出す第１の信号ケーブルと、前置増幅回路と、信号処理回路と、両回路を接続する第２の信号ケーブルを備える原子力発電設備用起動領域モニタ中性子測定装置において、第１，第２の信号ケーブルは、シールド被覆体によって覆い、シールド被覆体の内部に２本の芯線から成る縒り線を有する平衡ケーブルとし、前置増幅回路は、その信号の入力段及び出力段を差動型とし、第１，第２の信号ケーブルの２本の芯線を前置増幅回路の差動入力及び差動出力に接続し、シールド被覆体を前置増幅回路の共通電位ラインに接続する。
ここで、信号処理回路の入力段を差動型とし、当該入力段に第２の信号ケーブルの２本の芯線を介して前置増幅回路の出力段を接続し、シールド被覆体を信号処理回路の共通電位ラインに接続する。
また、原子炉内に配置された中性子検出器と、検出信号を炉外部に引き出す信号ケーブルと、検出信号を処理する信号処理回路を備える原子力発電設備用出力領域モニタ中性子測定装置において、信号ケーブルは、シールド被覆体によって覆い、シールド被覆体の内部に２本の芯線から成る縒り線を有する平衡ケーブルとし、信号処理回路は、その信号入力段を差動型とし、信号ケーブルの２本の芯線を信号処理回路の差動入力に接続し、信号ケーブルのシールド被覆体を信号処理回路の共通電位ラインに接続する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の原子力発電設備用中性子測定装置第１の実施形態を示す。ここで、前述した従来のシステムと同一又は同等の構成要素には同一符号を付す。
図１に記載の原子力発電設備用起動領域モニタシステムは、原子炉圧力容器内に設置されている炉内で非接地の中性子検出器１と、この中性子検出器１の中性子検出信号を中央制御室装置２に設置した信号処理回路２ａまで原子炉建屋を抜けて伝送する第１，第２の信号ケーブル３，４と、この第１および第２の信号ケーブル３及び４間に挿入された前置増幅器５とを備えると共に、第１，第２の信号ケーブル３，４に被せられたシールド被覆体としてのシールド１０を備えている。つまり、中性子検出器１は、格納容器を通過して配線された検出器側の第１の信号ケーブル３を介して原子炉建屋内の前置増幅器５に接続され、この前置増幅器５は第２の信号ケーブル４を介して信号処理回路２ａに接続される。
【００１０】
前置増幅器５は、増幅用の差動アンプ（前置増幅回路）５ａ、抵抗１２、直流電圧遮断用コンデンサ１３、電気パルス遮断用インダクタンス１４を有している。検出器１には直流電圧を印加する必要があるため、信号処理装置２側に置かれた高圧電源１１が前置増幅回路５ａの入力側に接続される。前置増幅回路５ａの２つの入力側に高圧電源１１の直流電圧が直接加わることのないように、さらに中性子検出器１からの電気信号が高圧電源１１には流れずに前置増幅回路５ａに流入するように、前置増幅回路５ａの入力端にはコンデンサ１３を挿入し、また、高圧電源１１側に分岐したところで抵抗１２及びインダクタンス１４を図１に示す位置に入れている。また、前置増幅回路５ａは差動入力型であり、さらに入力側信号ケーブル３も平衡型ケーブルであるため、このケーブルの芯線３ａ，３ｃに接続の各々のインピーダンスは同一とする必要があり、これらの抵抗、コンデンサ、インダクタンスの値は同一とする。
【００１１】
この前置増幅回路５ａの前後段側に位置する第１，第２の信号ケーブル３，４は、各々第１の芯線３ａ，４ａと第２の芯線３ｃ，４ｃとを有している。この第１の芯線３ａ，４ａは、前置増幅回路５ａ、信号処理回路２ａの各々のプラス側入出力端子に接続され、第２の芯線３ｃ，４ｃはこれらの回路のマイナス側入出力端子に接続されている。
ここで、中性子検出器１と前置増幅回路５ａとを繋ぐ第１の信号ケーブル３、及び、前置増幅回路５ａと信号処理回路２ａとを繋ぐ第２の信号ケーブル４は、ともにシールド被覆体１０により覆われ、このシールド被覆体１０の内部に２本の芯線から成る縒り線を有した平衡ケーブルを形成する。図４に、第１の信号ケーブル３について、平衡型信号ケーブルの内部構造を示す。
なお、シールド被覆体１０は、導電性の部材で形成され、前置増幅回路５ａの共通電位ライン８に接続され、さらに、このシステム全体としては、信号ケーブル３，４を介した共通のアースラインが信号処理回路２ａにてのみ接地されることにより、１点接地構造になっている。
【００１２】
第１の実施形態では、従来と同様に、原子炉の起動領域で生じる熱中性子に応じた電気パルス信号が中性子検出器１により検出される。この検出信号の強度は微弱であるが、前置増幅器回路５ａで増幅された後、信号処理回路２ａで所定の信号処理に付される。
ところで、前置増幅回路５ａの前段に位置する第１の信号ケーブル３に外来ノイズが混入した場合、この信号ケーブル３の外被内のノイズ電流は、シールド被覆体１０を通って前置増幅回路５ａの共通電位ライン８に流入する。しかしながら、前置増幅回路５ａの入力段及び出力段は差動型であるため、そこでの共通電位ライン８が変動したとしても差動信号としての信号レベルは、この変動の影響を受けない。したがって、ノイズ電流が前置増幅回路５ａの共通電位ライン８に流入しても前置増幅回路５ａの差動出力信号は影響を受けない。
また、前置増幅回路５ａの出力の相手先である信号処理回路２ａについても同様であり、前置増幅回路５ａの出力段を差動型として、信号処理回路２ａの入力段も差動型、また、その間の信号ケーブル４をシールド被覆体１０と２本の芯線４ａ，４ｃから成る縒り線からなる平衡型ケーブルで形成し、そのシールド被覆体１０を信号処理回路２ａの共通電位ライン８に接続することにより、この信号ケーブル４のシールド被覆体１０から流れ込むノイズ電流のために信号処理回路２ａでの差動入力段の共通電位ライン８の変動があっても、差動信号としての中性子束信号は影響を受けない。
【００１３】
以上の回路構成とすることにより、第１の実施形態は、原子力発電設備用起動領域モニタシステムにおいては、レベルの大きな外来ノイズが前置増幅器回路５ａもしくは信号処理回路２ａにおける中性子検出信号処理に悪影響を及ぼすことは殆どなく、外来ノイズに因ってＳ／Ｎ比が低下するということもほぼ完全に防止することができる。このため、信号処理回路２ａに第１の信号ケーブル３の部分から侵入した外来ノイズ除去のための特別の処理回路の付加や、ノイズ除去のための信号処理の演算負荷の付加が不要であり、容易にノイズ防止を可能とすることができる。
【００１４】
図２は、本発明の第２の実施形態を示す。ここで、図１の第１の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を用いてその説明を省略又は簡略化する。
図２に記載の原子力発電設備用出力領域モニタシステムは、図１に示す前置増幅器５はなく、中性子検出器１からの直流電流信号は、信号ケーブル３を介して直接信号処理回路２ａに伝送される。また、中性子検出器１に直流電圧を供給するための高圧電源１１は、信号処理回路２ａのプラス極側に直列に挿入され、中性子信号は、この高圧電源１１及び信号処理回路２ａを流れることになる。このため、図１に示すような抵抗、コンデンサ、インダクタンスは不要である。したがって、信号ケーブル３の芯線３ａ，３ｃは、各々信号処理回路２ａの差動入力の＋側及び−側に接続される構成となる。
このような回路構成において、信号処理回路２ａの前段に位置する信号ケーブル３に外来ノイズが混入した場合、この信号ケーブル３の外被内のノイズ電流は、シールド被覆体１０を通ってコモンモードノイズとして共通電位ライン８に流れても、信号処理回路２ａの入力は差動型であるため、ここでの差動信号処理は外来ノイズの影響を受けない。このため、信号処理回路２ａでの中性子束信号処理動作に影響を与えない。
したがって、この第２の実施形態によれば、図１の第１の実施形態と同等のノイズ防止効果が得られ、ノイズ耐性を向上させることができる。
【００１５】
図３は、本発明の第３の実施形態を示す。ここで、図３に示す原子力発電設備用出力領域モニタシステムにあっては、図２に示す回路構成を基本としつつ、中性子検出器１に直流電圧を供給するための高圧電源１１は、信号処理回路２ａのマイナス極側に直列に挿入される。また、この場合の信号処理回路２ａでの共通電位ライン８は、信号処理回路２ａ自身のマイナス極側の入力端子（高圧電源１１のプラス極）を用い、さらに信号処理回路２ａの出力は、入力側と電気的に絶縁されている。この信号処理回路２ａの出力側の回路の共通電位ライン８は、信号ケーブル３（３ａ，３ｃ）のシールド被覆体１０に接続される。
このような回路構成において、信号処理回路２ａの前段に位置する信号ケーブル３に外来ノイズが混入した場合、この信号ケーブル３の外被内のノイズ電流は、シールド被覆体１０を通ってコモンモードノイズとして共通電位ライン８に流れても、信号処理回路２ａの入力は差動型であるため、ここでの差動信号処理は外来ノイズの影響を受けない。このため、信号処理回路２ａでの中性子束信号処理動作に影響を与えない。
したがって、この第３の実施形態によっても、図２の第２の実施形態と同等のノイズ防止効果が得られ、ノイズ耐性を向上させることができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、中性子検出信号を伝送する信号ケーブルをシールド被覆体により覆い、このシールド被覆体の内部に２本の芯線から成る縒り線を有した平衡ケーブルとし、また、前置増幅回路及び信号処理回路を差動型とし、また、信号ケーブルの２本の芯線を各々の差動入力端子に接続し、さらに、シールド被覆体を前置増幅回路及び信号処理回路の共通電位ラインに接続することにより、信号ケーブルのシールド部分に到来する外来ノイズの影響を適確に排除することができ、検出信号のＳ／Ｎ比の低下を排除することができる。したがって、信号ケーブルの敷設長が長くなって外来ノイズの影響を受けやすいシステムでも、そのノイズ耐性を従来よりも格段に向上させ、検出信号の処理を容易に且つ精度良く行うことができる。
また、外来ノイズ除去のための特別の処理回路の付加や、ノイズ除去のための信号処理の演算負荷の付加が不要であり、容易にノイズ防止を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す原子力発電設備用起動領域モニタシステムのブロック図
【図２】本発明の第２実施形態を示す原子力発電設備用出力領域モニタシステムのブロック図
【図３】本発明の第３の実施形態を示す原子力発電設備用出力領域モニタシステムのブロック図
【図４】本発明の平衡型信号ケーブルの内部構造を示す模式図
【図５】従来例に係る原子力発電設備用起動領域モニタシステムを示すブロック図
【図６】図８の従来例に係るシステムにおいて外来ノイズ到来時の前置増幅器での動作の影響を説明するブロック図
【図７】従来例に係る原子力発電設備用出力領域モニタシステムを示すブロック図
【符号の説明】
１…中性子検出器、２…中央制御室装置、２ａ…信号処理回路、３…第１の同軸ケーブル、３ａ…第１の芯線、３ｂ…第２の芯線、４…第２の同軸ケーブル、４ａ…第１の芯線、４ｂ…第２の芯線、、５…前置増幅器、５ａ…前置増幅回路（差動型）、６…前置増幅器内部増幅器、８…共通電位ライン、９…前置増幅器内部共通電位ライン高調波インピーダンス、１０…シールドケーブル（シールド被覆体）、１１…高圧電源、１２…抵抗、１３…直流電圧遮断用コンデンサ、１４…電気パルス遮断用インダクタンス
【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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