(57)【要約】【課題】低コストであり省スペース且つ交換が容易な構成を有し炉心の内部における局部出力を測定可能な原子炉局部出力測定装置を提供する。【解決手段】原子炉圧力容器に格納された炉心の内部における局部出力を測定する原子炉局部出力測定装置であって、核分裂に起因して発生するガンマ線が照射されることにより発光するシンチレータを部分的に有する光ファイバを、光ファイバの内部におけるシンチレータが炉心の内部における予め定められた位置と対向するように備え、シンチレータの発光出力に基づいて、予め定められた位置における局部出力を測定する出力測定部を、原子炉圧力容器の外部に備えてなる。【選択図】      図１
2007017323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器に格納された炉心の内部における局部出力を測定する原子炉局部出力測定装置であって、
核分裂に起因して発生するガンマ線が照射されることにより発光するシンチレータを部分的に有する光ファイバを、前記光ファイバの内部におけるシンチレータが前記炉心の内部における予め定められた位置と対向するように備え、
前記シンチレータの発光出力に基づいて、前記予め定められた位置における局部出力を測定する出力測定部を、前記原子炉圧力容器の外部に備えたことを特徴とする原子炉局部出力測定装置。
【請求項２】
前記出力測定部は、複数の前記シンチレータの発光出力をそれぞれ電気信号に変換する複数の光電子増倍管を有することを特徴とする請求項１に記載の原子炉局部出力測定装置。
【請求項３】
前記出力測定部は、更に、複数の前記予め定められた位置における出力に基づいて、前記炉心の内部における平均出力又は出力分布を求める、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の原子炉局部出力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば原子炉の炉心性能管理、安全保護、制御棒引抜阻止等のために、原子炉の内部における出力分布、平均出力、局部出力等を測定するための原子炉局部出力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発電用原子炉は、ウラン等の核燃料物質の核分裂連鎖反応を制御しつつこれを持続させる装置である。例えば複数の棒形状をなすウラン燃料（燃料棒、燃料集合体）は、原子炉の炉心を構成し、制御棒及び冷却材（例えば水）とともに原子炉圧力容器に収納されている。放射線上の安全性を確保するため、この原子炉圧力容器は、原子炉格納容器の内部に格納され、更に原子炉格納容器は原子炉建物の内部に設置される。原子力発電プラントでは、核分裂連鎖反応により発生する熱が、炉心の内部から冷却材を媒介して炉心の外部に取り出され、原子炉建物の外部に設置された発電機のタービンまで送出され、これを回して発電するようになっている。例えば沸騰水型原子炉の場合には、冷却材としての水が炉心の内部で加熱されて水蒸気となり、タービンに供給される。
【０００３】
電力系統では、発電機の出力を調整することにより、系統周波数を安定に維持している。前述した原理により、発電機の出力の調整はタービンに供給する水蒸気の量を制御することにより行われ、この水蒸気の量は、炉心の内部における核分裂連鎖反応により発生する熱（出力）の制御にかかっている。この制御の一例として、例えば炉心の内部における出力をモニタしつつ制御棒を燃料集合体に対して移動（挿入又は引抜）する動作が挙げられる。つまり、燃料集合体に対する制御棒の挿入により、核分裂連鎖反応に係る中性子が吸収されるために出力が低下し、逆に制御棒の引抜により出力が上昇する。一方、炉心の内部においてモニタすべき出力は、核分裂数に比例するとされているため、この核分裂により生じる中性子束を直接測定することにより求めることができる。そこで、例えば前述した沸騰水型原子炉の炉心の内部には、各燃料集合体の出力を求めるための局所出力領域モニタ（ＬＰＲＭ：Local Power Range Monitor）及び平均出力領域モニタ（ＡＰＲＭ：Average Power Range Monitor）として、核分裂電離箱等の核分裂型の中性子検出器が複数設置されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
＜＜＜炉心性能管理＞＞＞
前述した制御棒の移動は、熱出力の総量のみならず、炉心の内部における熱出力の空間分布を測定しつつ実施するものとされている。一般に、この熱出力の空間分布は、出力分布と称され、炉心性能の１つとされている。つまり、この空間分布を適切に管理することにより、燃料（ウラン燃料）の健全性を確保することができ、また効率的な燃料利用が可能となる。前述した局所出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）では、炉心の内部の上下方向（即ち、燃料棒の長手方向）に中性子検出器が複数且つ独立して設置され、個々の中性子検出器毎に局所領域における中性子束が測定される。これにより、炉心の内部の出力分布を測定でき、よって炉心性能を管理できる（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
＜＜＜安全保護＞＞＞
一方、発電用原子炉は、その運転中に発生する異常な過渡変化に対処するための安全保護の機能を有している。この機能の１つとして、前述した制御棒を緊急挿入して炉心の内部の核分裂連鎖反応の進行を抑制する動作が挙げられる。このような動作を行うためには、炉心の内部の出力を常時測定し、出力に変化が生じた場合これを即座に検知する手段が必要となる。前述した平均出力領域モニタ（ＡＰＲＭ）は、局所出力領域モニタによる測定結果を平均し、炉心の内部における例えば熱出力密度に相当する平均出力を求めるものである。核分裂型の中性子検出器が即発中性子を検出する場合、この平均出力は、炉心の内部における核分裂連鎖反応の時間変化に略対応して変化し得る。そこで、この平均出力を常時測定し、その値が予め定められた設定値に達した場合に、例えば制御棒を緊急挿入するといった操作により原子炉が保護される（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
＜＜＜制御棒引抜阻止＞＞＞
燃料集合体から制御棒を引き抜いている途中でこれを阻止して、当該燃料集合体における局所的な出力の上昇を抑制する動作も重要である。このような引抜阻止の動作を行うためには、制御棒の引抜時にその近傍の出力を測定し、当該出力に変化が生じた場合これを即座に検知する手段が必要となる。前述した局所出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）では、制御棒の引抜時に当該制御棒が引き抜かれている燃料集合体における出力を測定し、例えばこの出力が予め定められた設定値に達したときに引抜を阻止することにより燃料棒が保護される（例えば、特許文献４参照。）。
【特許文献１】特開２００２−１１６２８３号公報
【特許文献２】特開２００４−２０２５０号公報
【特許文献３】特開平１１−２６９０号公報
【特許文献４】特開平７−９８３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前述した特許文献１乃至４に開示されているように、中性子検出器には、炉心の内部における核分裂連鎖反応に影響を与えないように、前述した核分裂型のもの（核分裂電離箱）が用いられる。例えば核分裂電離箱は、質量数が２３５のウランを使用するため、所謂査察の対象となり計量管理が必要である。また、使用済みの核分裂電離箱は所謂高レベル放射性廃棄物として処理する必要がある。このため、中性子検出器は、その管理にコストが嵩むという問題がある。
【０００８】
また、燃料集合体に対して炉心軸方向に複数設置される中性子検出器は、それぞれ独立に動作すべく個別に配線を有するため、嵩高いものとなる。例えば中性子検出器が核分裂電離箱である場合、少なくとも各電離箱についてその電極に電圧を印加するための配線が必要となる。このため、中性子検出器は、原子炉圧力容器の内部のスペースを占有する上に、交換作業も被曝を伴う困難なものとなる。
【０００９】
前述した特許文献１乃至４に開示された炉心性能管理、安全保護、及び制御棒引抜阻止の用途に限らず、一般に炉心の内部における出力を迅速に測定するには、前述した問題を伴うとされている。
【００１０】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低コストであり省スペース且つ交換が容易な構成を有し炉心の内部における出力を測定可能な原子炉局部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】
【００１１】
前記課題を解決するための発明は、原子炉圧力容器に格納された炉心の内部における局部出力を測定する原子炉局部出力測定装置であって、核分裂に起因して発生するガンマ線が照射されることにより発光するシンチレータを部分的に有する光ファイバを、前記光ファイバの内部におけるシンチレータが前記炉心の内部における予め定められた位置と対向するように備え、前記シンチレータの発光出力に基づいて、前記予め定められた位置における局部出力を測定する出力測定部を、前記原子炉圧力容器の外部に備えてなる。
【００１２】
この原子炉局部出力測定装置によれば、例えば燃料棒の特定の位置（予め定められた位置）からの出力はこの位置から発生するガンマ線の線量に反映される。一方、燃料棒と対向する光ファイバに照射されるガンマ線は、主としてこの燃料棒に帰属されるガンマ線である。よって、例えば複数の光ファイバが有する複数のシンチレータの発光出力に基づいて出力測定部により測定された局部出力は、これらの光ファイバが対向する燃料棒の複数の位置（予め定められた位置）における局部出力に相当する。また、出力測定部により測定された複数の出力を合計した出力は、例えば当該燃料棒における局部出力に相当し得る。更に、もし燃料棒が複数あれば、全ての燃料棒についての局部出力の平均値は、例えば炉心の内部における平均出力に相当し得る。つまり、この原子炉局部出力測定装置により、炉心の内部における出力及び出力分布が測定できることになる。
【００１３】
また、この原子炉局部出力測定装置によれば、原子炉圧力容器の内部における構造物はシンチレータを部分的に有する光ファイバのみでよい上に、シンチレータの発光を受光するために光ファイバにアクセスする場合には当該光ファイバの一端部のみからでよい。そこで、原子炉圧力容器の内部で被曝する構造体を例えば光ファイバに限定することができるため、放射性物質取り扱い上の管理コストを低減できる。また、光ファイバは、従来の核分裂型の中性子検出器と異なりそれ自身に計量管理は必要ないため、放射性物質取り扱い上の管理コストをより低減できる。更に、例えば、炉心の内部に設けられた光ファイバの一端部を、原子炉圧力容器の外部まで伸展させて出力測定部に接続することにより、原子炉圧力容器の内部の占有スペースを抑制できる。このような構成上、原子炉圧力容器に対する光ファイバの設置及び取り外しの作業も容易である。
【００１４】
以上から、低コストであり省スペース且つ交換が容易な構成を有し炉心の内部における出力を測定可能な原子炉出力測定システムが提供されたことになる。
【００１５】
また、かかる原子炉局部出力測定装置において、前記出力測定部は、複数の前記シンチレータの発光出力をそれぞれ電気信号に変換する複数の光電子増倍管を有することが好ましい。
【００１６】
この原子炉局部出力測定装置によれば、出力測定部は、複数の光電子増倍管からの電気信号に基づいて複数のシンチレータの発光出力を求めることにより、複数のシンチレータの各位置における出力を測定できる。例えばシンチレータの発光がガンマ線の照射による即発発光であれば、出力測定部は、各シンチレータにおける即発発光を光電子増倍管により電流値として計測して、これを各位置におけるガンマ線の相対的な線量とすることができる。また、出力測定部は、例えば、この各位置におけるガンマ線の線量を、燃料棒の長手方向の複数の位置における相対的な出力とすることができる。
【００１７】
また、かかる原子炉局部出力測定装置において、前記出力測定部は、更に、複数の前記予め定められた位置における出力に基づいて、前記炉心の内部における平均出力又は出力分布を求める、ことが好ましい。
【００１８】
この原子炉局部出力測定装置によれば、前述した局部出力に加えて、出力測定部により測定される炉心の内部における平均出力及び出力分布に基づいて、制御棒引抜阻止、原子炉の安全保護、及び炉心性能管理を効果的に実行できる。
【発明の効果】
【００１９】
低コストであり省スペース且つ交換が容易な構成を有し炉心の内部における局部出力を測定可能な原子炉局部出力測定装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＝＝＝原子炉局部出力測定装置の構成＝＝＝
図１を参照しつつ、本実施の形態の原子炉出力測定システム（原子炉局部出力測定装置）１０の構成例について説明する。同図は、本実施の形態の原子炉出力測定システム１０及びその構成例を示す模式図である。尚、本実施の形態の原子炉出力測定システム１０は、例えば沸騰水型原子炉に設けられるシステムである。
【００２１】
本実施の形態の沸騰水型原子炉の炉心２は、複数のペレット形状をなすウラン酸化物からなる燃料棒を更に複数本束ねて構成された燃料集合体３を備えたものである。後述する出力分布を求めるために、本実施の形態の燃料集合体３は、その炉心軸方向（図１のＺ軸方向、長手方向）の上から下にかけて４つの均等な領域（複数の位置）、領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ、及び領域Ｄに分けられるものとする。本実施の形態の炉心２は、燃料集合体３に取り囲まれるように設けられる制御棒３５及び一次冷却材としての水（不図示）や炉内構造物等とともに鋼製の原子炉圧力容器１に収納されている。この原子炉圧力容器１は、放射線上の安全性を確保するため、鋼鉄製又は鉄筋コンクリート製の原子炉格納容器４に格納されている。例えば炉心内部における前述した平均出力や局部出力等が予め定められた設定値を超えるような異常時にはこの原子炉格納容器４を隔ててその内外の放射線のレベルが異なることになり、原子炉格納容器４は当該異常時に放射線物質が外部に放出されるのを防ぐ機能を果たすことになる。
【００２２】
尚、本実施の形態では、燃料集合体３を炉心軸方向に４つの領域に分けたが、この４つの領域に限定されるものではなく、２つ以上の領域であればいかなる数の領域でもよい。
【００２３】
また、図１に例示されるように、例えば前述した制御棒３５は、燃料集合体３に対して、炉心２の上方に移動することにより挿入され、炉心の下方に移動することにより引き抜かれるようになっている。図１の例示では、制御棒３５は、燃料集合体３における前述した領域Ｂまで挿入されている。このような制御棒３５の移動は、それぞれ制御棒駆動機構３５ａ及び制御棒駆動制御装置６００により実行される。但し、制御棒３５の移動は自動制御に限定されるものではなく、例えば原子炉の操作員による手動で実行されてもよい。
【００２４】
尚、図１では、原子炉圧力容器１の内部に１つの燃料集合体３と、１つの制御棒３５とが例示されているが、これは図示の便宜上のことであり、この数に限定されるものではない。
【００２５】
図１に例示されるように、本実施の形態の原子炉出力測定システム１０は、それぞれの上端部にシンチレータを含む光ファイバ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ（以後、光ファイバ１００と総称する）と、光計測装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ（以後、光計測装置１１０と総称する）と、プロセス制御用コンピュータ５００とを備えて構成されている。本実施の形態では、光ファイバ１００ａは燃料集合体３の領域Ａと対向する部分に上端部を有し、光ファイバ１００ｂは燃料集合体３の領域Ｂと対向する部分に上端部を有し、光ファイバ１００ｃは燃料集合体３の領域Ｃと対向する部分に上端部を有し、光ファイバ１００ｄは燃料集合体３の領域Ｄと対向する部分に上端部を有するように配置され、各上端部はシンチレータ部となっている。また、本実施の形態では、光ファイバ１００のシンチレータ部及び光ガイド部の一部は原子炉圧力容器１の内部に設けられ、光ファイバ１００の光ガイド部のもう一部は原子炉圧力容器１の外部且つ原子炉格納容器４の内部に設けられ、光ファイバ１００の光ガイド部の残りの部分と、光計測装置１１０と、プロセス制御用コンピュータ５００とは、原子炉格納容器４の外部に設けられている。
【００２６】
尚、前述したシンチレータ部とは、光ファイバにおいてシンチレータを含む部分を意味し、前述した光ガイド部とは、光ファイバにおいてシンチレータを含まない部分を意味する。また、光計測装置１１０と、プロセス制御用コンピュータ５００とは、更に例えば原子炉建物（不図示）の壁により隔てられていてもよいし、或いは、２つがともに原子炉建物（不図示）の外部に設置されていてもよい。
【００２７】
＜＜＜シンチレータを部分的に有する複数の光ファイバ＞＞＞
図２を参照しつつ、本実施の形態のシンチレータを部分的に有する複数の光ファイバ１００の構成例について説明する。同図は、本実施の形態の光ファイバ１００及び光計測装置１１０の構成例を示すブロック図である。
【００２８】
本実施の形態の光ファイバ１００は、所定のエネルギーを有するガンマ線が照射されると即発発光する化学物質からなるシンチレータをその上端部に備えている。このシンチレータが４つの光ファイバ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄの各上端部に均質に分散されて、４つのシンチレータ部が形成されている。
【００２９】
また、本実施の形態の光ファイバ１００は、４つの光ファイバ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄが各シンチレータ部だけ１つずつずれて重ねて構成されている。この光ファイバ１００は、前述したように、４つのシンチレータ部が燃料集合体３の領域Ａ乃至領域Ｄにそれぞれ対向するように配置される。光ファイバ１００ａのシンチレータ部では、燃料集合体３の主として領域Ａにおける核分裂連鎖反応に起因する所定のエネルギーを有するガンマ線が照射されると、シンチレータが即発発光する。同様に、光ファイバ１００ｂ、１００ｃ、１００ｄのシンチレータ部でも、燃料集合体３の主として領域Ｂ、Ｃ、Ｄにおける核分裂連鎖反応に起因する所定のエネルギーを有するガンマ線がそれぞれ照射されると、シンチレータが即発発光する。各シンチレータにおける発光は、各光ガイド部の内部を伝播し各下端部に達するようになっている。
【００３０】
更に、図１に戻って説明すると、本実施の形態の光ファイバ１００は、燃料集合体３に対して、これに取り囲まれる制御棒３５と相反する側に設けられた管部（例えばドライチューブ）１０１の中に設けられている。この管部１０１は炉心軸方向に延在するように設けられ、この中に光ファイバ１００が原子炉圧力容器１の下部１ｂから挿入され、この下部１ｂにて固定されるものである。光ファイバ１００は、可撓性を有し且つ簡単な構成であるが故に、原子炉圧力容器１の下部１ｂからの設置及び取り外しが可能である。一方、例えば特開２００２−１１６２８３号公報や特開平７−９８３９８号公報等に開示されている中性子検出器は、その交換の際には原子炉圧力容器１の下部１ｂで水の漏洩を伴う作業や、上部１ａでの作業等が必要である。従って、本実施の形態の光ファイバ１００には、従来の場合と比較してその交換作業における被曝の低減が図れる上に、所謂定期検査のクリティカルにはならないという効果がある。
【００３１】
尚、図１及び図２の例示では、光ファイバは４つであるが、これは単に図示の便宜上のことであり、本実施の形態の光ファイバは、燃料集合体３を炉心軸方向に区分する領域の数に応じた任意の２以上の数であってよい。また、シンチレータ部は、軸方向のすべての領域を網羅する必要はなく、分轄された領域内のより狭い部分であってもよい。
＜＜＜光計測装置＞＞＞
図１及び図２を再度参照しつつ、本実施の形態の光計測装置１１０について説明する。本実施の形態の光計測装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄは、前述した光ファイバ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄのシンチレータ部における即発発光を電気信号にそれぞれ変換し、これらの電気信号に基づいてガンマ線の線量をそれぞれ計測する機能を主として有する装置である（図２）。本実施の形態では、原子炉圧力容器１の下部１ｂ（図１）から伸展された光ファイバ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄの下端部は、更に原子炉格納容器４（図１）の外部まで伸展され、光計測装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄにそれぞれ接続される。本実施の形態では、複数の光ファイバ１００には複数の光計測装置１１０がそれぞれ対応しているため、複数の光ファイバ１００のシンチレータ部における即発発光を同時に測定可能となっている。
【００３２】
本実施の形態の光計測装置１１０ａは、主として、光電子増倍管１１１ａと、Ａ／Ｄコンバータ１１３ａと、制御部１１４ａとを備えて構成されている。  
光電子増倍管１１１ａは、前述したシンチレータ部における即発発光をアナログの電気信号（アナログ信号）に変換しＡ／Ｄコンバータ１１３ａへ送信するために、光電面及び増幅部を備えた光電変換装置である。光電面は光ファイバ１００ａの光ガイド部の端面に光接合され、シンチレータ部で発生し光ガイド部を伝播して下端部に達した光を吸収すると二次電子を発生するものである。増幅部はこの二次電子の量に応じた高さの電流を基にしたアナログ信号を生成するものである。  
Ａ／Ｄコンバータ１１３ａは、光電子増倍管１１１ａからのアナログ信号をデジタル信号に変換する装置である。  
制御部１１４ａは、前述した光電子増倍管１１１ａ及びＡ／Ｄコンバータ１１３ａを統括制御して、即発ガンマ線の線量（即ち、ガンマ線の光子量）を計測する機能を有する装置である。
【００３３】
前述したシンチレータを有する光ファイバ１００と、前述した光計測装置１１０とを用いることにより、燃料集合体３の各領域（領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄ）における核分裂連鎖反応に起因するガンマ線を検出して、その線量を各領域における相対的な出力とすることができる。
【００３４】
燃料集合体３に含まれるウラン２３５が核分裂反応を起こす都度、所定数の即発ガンマ線（光子）が発生するとされている。つまり、ウラン２３５の核分裂の都度、シンチレータ部において、即発発光が発生することになる。本実施の形態の沸騰水型原子炉の出力運転中は、即発ガンマ線の発生要因として核分裂がその他の要因よりも支配的であるため、光計測装置１１０ａがガンマ線の光子数（発光出力）を計測することは、核分裂連鎖反応に起因する即発ガンマ線の線量を求めることに等しい。尚、本実施の形態では、複数の原子炉出力測定システム１０の間で検出効率を調整するための光電子増倍管１１１ａの増幅部の増幅度の調節といった制御等は、制御部１１４ａを通じて行われる。
【００３５】
＜＜＜プロセス制御用コンピュータ＞＞＞
図３を参照しつつ、本実施の形態のプロセス制御用コンピュータ５００についてより詳細に説明する。同図は、本実施の形態のプロセス制御用コンピュータ５００の構成例を示すブロック図である。尚、本実施の形態の出力測定部は、即発ガンマ線の線量を測定するにあたって、アナログ処理及びデジタル処理の何れも可能であるものとする。アナログ処理とは、一定の時間内にシンチレータに照射されたガンマ線の線量に対応する前述した電流値を測定する処理であり、デジタル処理とは、シンチレータに対する個々のガンマ線の照射数を測定する処理である。特にアナログ処理の場合には更に記録計（不図示）が用いられる。
【００３６】
本実施の形態のプロセス制御用コンピュータ５００は、光計測装置１１０を制御して即発ガンマ線の線量を測定させる機能を有する情報処理装置である。また、本実施の形態のプロセス制御用コンピュータ５００は、複数の光計測装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ毎に測定された前述した即発ガンマ線の線量に基づいて、領域Ａ乃至領域Ｄにおける出力分布、領域Ａ乃至領域Ｄについて合計した局部出力、及び炉心２の内部における平均出力を求める機能を有する情報処理装置でもある。更に、本実施の形態のプロセス制御用コンピュータ５００は、前述した局部出力に基づいて、制御棒駆動制御装置６００に引抜阻止信号等を送信したり、前述した平均出力に基づいて、制御棒駆動制御装置６００に緊急挿入信号等を送信したりする機能を有する情報処理装置でもある。
【００３７】
本実施の形態のプロセス制御用コンピュータ５００は、主として、ＣＰＵ（不図示）を有する制御部５０１と、ＲＯＭ５０３及びＲＡＭ５０４と、タイマ５０５とを備えて構成されている。また、プロセス制御用コンピュータ５００は、前述した燃料集合体３の出力分布等を表示するためのディスプレイ５０２を備えている。
【００３８】
ＲＯＭ５０３は、光計測装置１１０と制御棒３５とを対応付ける情報を制御棒データ５０３ａとして記憶するものである。つまり、光計測装置１１０は光ファイバ１００に接続され、この光ファイバ１００は燃料集合体３に対してその出力分布を測定可能に配置され（図１及び図２参照）、燃料集合体３には制御棒３５が対応している（図１参照）。また、ＲＯＭ５０３は、燃料集合体３の出力が異常か否かを判定するための基準となる情報を設定値データ５０３ｂとして記憶するものでもある。この基準となる情報とは、原子炉の安全保護上予め定められている。
【００３９】
ＲＡＭ５０４は、前述した燃料集合体３における出力分布を出力分布データ５０４ａとして記憶するものである。また、前述したデジタル処理の場合、タイマ５０５は、時間刻みを計時するものである。
【００４０】
尚、本実施の形態では、複数の光計測装置１１０と、プロセス制御用コンピュータ５００とが、出力測定部を構成する。或いは、この出力測定部は所謂監視装置であるとし、前述したディスプレイ５０２に表示する機能を実行するものをプロセス制御用コンピュータ５００であるとしてもよい。
【００４１】
また、本実施の形態の原子炉出力測定システム１０は、前述した構成に限定されるものではなく、要するに、シンチレータ部と、光ガイド部と、光電子増倍管１１１ａと、出力測定部と、を備えたものであればいかなる構成であってもよい。更に、これらのシンチレータ部と、光ガイド部と、光電子増倍管１１１ａと、出力測定部とを、例えば特開２００２−１１６２８３号公報に開示された構成におけるＬＰＲＭの代わりに適用すれば、実機応用ができるため、本実施の形態を低コストで実現できるという利点がある。
【００４２】
＝＝＝原子炉出力測定方法＝＝＝
前述した構成を備える原子炉出力測定システム１０による炉心２の内部における出力の測定方法について説明する。
【００４３】
本実施の形態では、例えば既設の移動式炉心内計装（ＴＩＰ：Traversing In-Core Probe）（不図示）等を用いて、各光ファイバ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄから得られる後述する信号の増幅率が予め設定されている（校正されている）ものとする。尚、移動式炉心内計装とは、例えば、特開２００４−２０２５０号公報、特開２００２−１１６２８３号公報、特開平１１−２６９０号公報等に開示されている周知の校正手段であり、本実施の形態の原子炉出力測定システム１０は、これを備えているものとする。
【００４４】
例えば引き抜くべき制御棒（例えば制御棒３５）が制御棒駆動制御装置６００により選択されると、出力測定部は、この制御棒３５を示す情報を制御棒駆動制御装置６００から受信する。出力測定部は、ＲＯＭ５０３に記憶された制御棒データ５０３ａにおいて制御棒３５に対応付けられた光計測装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄに対して、燃料集合体３の領域Ａ乃至領域Ｄにおける出力の測定を同時に開始させる。これ以後、制御棒駆動制御装置６００に制御されて、制御棒駆動機構３５ａが制御棒３５の引抜を開始する。
【００４５】
出力測定部は、光計測装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄから出力される校正された信号に対して、例えば原子炉熱出力や原子炉出力信号等の基準信号となるようにそれぞれゲインを乗じ、これらを合計する（局部出力）。もし、この局部出力の信号が、前述した設定値データ５０３ｂの値に達していれば、出力制御部は、制御棒３５の引抜を阻止する旨の引抜阻止信号を制御棒駆動制御装置６００に送信する。これにより、燃料集合体３の出力に異常が生じた場合、直ちに制御棒３５の引抜が阻止され、核分裂連鎖反応の進行が抑制される。尚、例えば、複数の制御棒が同時に引き抜かれる場合、１つのプロセス制御用コンピュータ５００が、該当する複数組の光計測装置に対して前述した処理を並列して実行させることができる。これにより、複数の制御棒の同時引抜を監視し阻止できる。
【００４６】
以上から、本実施の形態の原子炉出力測定システム１０によれば、制御棒３５が燃料集合体３から引き抜かれることにより、出力測定部は、この燃料集合体３における出力を測定できる。本実施の形態では、この出力は制御棒３５の引抜を阻止するか否かの判断に用いられ、よって燃料集合体３の保護に役立つことになる。
【００４７】
前述した実施の形態では、原子炉出力測定システム１０は、主として制御棒３５の引抜監視及び阻止の用途に用いられたが、これに限定されるものではない。
【００４８】
出力測定部は、光計測装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄから出力される校正された信号に対して、例えば原子炉熱出力や原子炉出力信号等の基準信号となるようにそれぞれゲインを乗じ、燃料集合体３における炉心軸方向の出力分布データ５０４ａとしてＲＡＭ５０４に記憶させることができる（出力分布）。また、光ファイバ１００の配置によっては、燃料集合体を構成する燃料棒からの出力分布を選択的に測定することも可能である。この出力分布データ５０４ａに基づいて、炉心性能管理を実行できる。
【００４９】
また、燃料集合体が複数あり、この複数の燃料集合体に対して例えば４つを１組とする光計測装置が複数組設けられている場合、出力測定部は、全ての光計測装置から出力される校正された信号に対して、例えば原子炉熱出力や原子炉出力信号等の基準信号となるようにそれぞれゲインを乗じ、これら全ての平均を求めることができる（平均出力）。例えばこの平均出力が上昇したとき、プロセス制御用コンピュータ５００は、制御棒駆動制御装置６００に制御棒３５を緊急に挿入する旨の緊急挿入信号を送信することにより、炉心２の内部の核分裂連鎖反応の進行を抑制し、よって炉心２の安全保護を実行できる。
【００５０】
本実施の形態では、光ファイバ１００は、従来の核分裂型の中性子検出器と異なりそれ自身に計量管理は必要ないため、放射性物質取り扱い上の管理コストをより低減できる。また、前述したように、原子炉圧力容器１の内部の占有スペースを抑制できる。このような構成上、原子炉圧力容器１に対する光ファイバ１００の設置及び取り外しの作業も容易である。更に、本実施の形態の原子炉出力測定システム１０によれば、原子炉圧力容器１の内部で被曝する構造体を例えば光ファイバ１００に限定することができるため、放射性物質取り扱い上の管理コストを低減できる。
【００５１】
前述したように、図１及び図２の例示では、１つの燃料集合体３に取り囲まれるように１つの制御棒３５が設けられ、これらに対して４つの１組の光ファイバ（光ファイバ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ）が配置される構成であったが、これに限定されるものではない。
【００５２】
図４に例示されるように、例えば、複数の燃料集合体からなる複数のユニット３１、３２、３３、３４のそれぞれに対応する光ファイバ１００、２００、３００、４００のシンチレータを通じて出力分布を測定することにより、ＸＹ面内における複数の制御棒４１、４２、４３、４４及びＺ軸方向における複数の領域（領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄ）毎の三次元的な出力分布の測定が可能である。尚、図４は、本実施の形態の炉心２’の内部を上部（Ｚ＞０）から見た平面図である。
【００５３】
また、図４に例示されるように、この原子炉局部出力測定装置によれば、例えば制御棒４１、４２、４３、４４が移動することにより、複数の燃料集合体のユニット３１、３２、３３、３４におけるこの制御棒４１、４２、４３、４４と相対する側の出力が変化すると、当該制御棒４１、４２、４３、４４と相反する側に設けられた光ファイバ１００、２００、３００、４００のシンチレータを通じて測定された出力の変化は、複数のユニット３１、３２、３３、３４毎の平均的な出力の変化を反映するものとなる。よって、出力測定部は、例えば引き抜こうとしている制御棒４１、４２、４３、４４を取り囲むユニット３１、３２、３３、３４の出力の変化を測定できる。
【００５４】
以上から、低コストであり省スペース且つ交換が容易な構成を有し炉心の内部における出力を測定可能な原子炉局部出力測定装置が提供されたことになる。
【００５５】
前述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更、改良されるとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【００５６】
前述した実施の形態では、シンチレータ部は光ファイバ１００の先端部に設けられていたが、これに限定されるものではない。要するに、燃料集合体３の炉心軸方向の複数の領域とそれぞれ対向するように配置可能であれば、光ファイバ中の如何なる部分に設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施の形態の原子炉出力測定システム及びその構成例を示す模式図である。
【図２】本実施の形態の光ファイバ及び光計測装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態のプロセス制御用コンピュータの構成例を示すブロック図である。
【図４】本実施の形態の炉心の内部を上部から見た平面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１    原子炉圧力容器
１ａ  上部                              １ｂ  下部
２    炉心                              ３    燃料集合体
４    原子炉格納容器                    １０  原子炉出力測定システム
３１  ユニット                          ３２  ユニット
３３  ユニット                          ３４  ユニット
３５  制御棒                            ３５ａ  制御棒駆動機構
４１  制御棒                            ４２  制御棒
４３  制御棒                            ４４  制御棒
１００、２００、３００、４００  光ファイバ
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ  光ファイバ
１０１、２０１、３０１、４０１  管部
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ  光計測装置
１１１ａ  光電子増倍管
１１３ａ  Ａ／Ｄコンバータ              １１４ａ  制御部
５００    プロセス制御用コンピュータ    ５０１    制御部
５０２    ディスプレイ                  ５０３    ＲＯＭ
５０３ａ  制御棒データ                  ５０３ｂ  設定値データ
５０４    ＲＡＭ                        ５０４ａ  出力分布データ
５０５    タイマ                        ６００    制御棒駆動制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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