(57)【要約】      （修正有）【課題】原子炉容器内における特定位置における原子炉の状態を的確に監視可能な原子炉監視システムを提供する。【解決手段】原子炉監視システム３０は、原子炉容器１１内に設けられる複数の熱音響センサ３２Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄと、互いに異なる位置に設けられる複数の音検出器３４Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと、前記複数の音検出器の検出結果に基づいて原子炉の状態監視を行うための状態監視ユニット１００と、を備え、前記複数の音検出器は、前記複数の熱音響センサのうちの対象熱音響センサに関連付けられた一対の音検出器として、前記対象熱音響センサに近い第１音検出器と、第２音検出器とを含み、前記状態監視ユニットは、前記第１音検出器および前記第２音検出器による検出結果の相関度を算出するための相関度算出部１０２と、前記相関度に基づいて前記対象熱音響センサが発した前記音のピーク周波数を特定するように構成された周波数特定部１０４と、を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉容器内に設けられる複数の熱音響センサと、
互いに異なる位置に設けられ、前記複数の熱音響センサが発する音を検出するための複数の音検出器と、
前記複数の音検出器の検出結果に基づいて、原子炉の状態監視を行うための状態監視ユニットと、を備え、
前記複数の音検出器は、前記複数の熱音響センサのうち少なくとも一つの熱音響センサである対象熱音響センサのそれぞれに関連付けられた一対の音検出器として、前記対象熱音響センサのそれぞれに最も近い第１音検出器と、前記第１音検出器以外の音検出器のうち前記対象熱音響センサのそれぞれに最も近い第２音検出器とを含み、
前記状態監視ユニットは、
前記第１音検出器および前記第２音検出器による検出結果の相関度を算出するための相関度算出部と、
前記相関度に基づいて、前記対象熱音響センサのそれぞれが発した前記音のピーク周波数を特定するように構成された周波数特定部と、
を含むことを特徴とする原子炉監視システム。
【請求項２】
前記原子炉容器内には、前記対象熱音響センサのそれぞれから、該対象熱音響センサに関連付けられた前記第１音検出器および前記第２音検出器に延ばした一対の線分を回避するように吸音材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の原子炉監視システム。
【請求項３】
前記吸音材は、前記原子炉容器の炉心槽の内側に設けられており、
前記複数の音検出器は、それぞれ、前記原子炉容器の外周側に設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の原子炉監視システム。
【請求項４】
前記吸音材は、前記原子炉容器の中性子反射体の内側に設けられており、
前記複数の音検出器は、それぞれ、前記原子炉容器の外周側に設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の原子炉監視システム。
【請求項５】
前記吸音材は、グラスウール、エラストマ又は多孔質金属のうち少なくとも１つから構成されることを特徴とする請求項３又は４に記載の原子炉監視システム。
【請求項６】
前記吸音材は、前記炉心槽又は前記中性子反射体を構成する壁材に設けられた多孔質部であることを特徴とする請求項２に記載の原子炉監視システム。
【請求項７】
前記複数の熱音響センサは、それぞれ、前記原子炉容器内の炉心に互いに異なる位置に設けられる複数の燃料棒の内部に設けられたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の原子炉監視システム。
【請求項８】
原子炉と、
前記原子炉で発生した熱によって生成された蒸気により駆動されるように構成された蒸気タービンと、
前記原子炉の状態監視を行うための請求項１乃至７の何れか一項に記載の原子炉監視システムと、
を備えることを特徴とする原子力プラント。
【請求項９】
原子炉容器内に設けられる複数の熱音響センサが発する音を、互いに異なる位置に設けられた複数の音検出器で検出する音検出ステップと、
前記音検出ステップでの検出結果に基づいて、原子炉の状態監視を行う状態監視ステップと、を備え、
前記複数の音検出器は、前記複数の熱音響センサのうち少なくとも一つの熱音響センサである対象熱音響センサのそれぞれに関連付けられた一対の音検出器として、前記対象熱音響センサのそれぞれに最も近い第１音検出器と、前記第１音検出器以外の音検出器のうち前記対象熱音響センサのそれぞれに最も近い第２音検出器とを含み、
前記状態監視ステップは、
前記第１音検出器および前記第２音検出器による検出結果の相関度を算出する相関度算出ステップと、
前記相関度算出ステップで算出した前記相関度に基づいて、前記対象熱音響センサのそれぞれが発した前記音のピーク周波数を特定する周波数特定ステップと、
を含むことを特徴とする原子炉監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、原子炉監視システム及び原子力プラント並びに原子炉監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱を音波に変換し、又は音波を熱に変換する熱音響デバイスが知られている。
例えば、特許文献１には、レゾネータ（共鳴装置）として機能するチャンバを画定するハウジングと、チャンバの中に配置されるスタックとを備える熱音響センサ（熱音響デバイス）が開示されている。この熱音響センサでは、スタックがハウジング内部又は外部の熱源からの熱を受けてスタックの両端部にある程度の温度差が生じると、ハウジングの周囲の温度に応じた周波数の音波が生成されるようになっている。したがって、レゾネータで共鳴する音波の周波数を計測することで、ハウジング周囲の温度を知ることができる。
また、特許文献１には、原子炉の圧力容器内の燃料棒に上述の熱音響センサを組み込んで、燃料棒の周囲を流れる冷却材の温度監視に利用することが記載されている。この熱音響センサでは、燃料棒の被覆管をハウジングとして用い、燃料棒内部の燃料ペレットを熱源としてスタックの両端に温度差を生じさせるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／００５０２９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、原子炉反応器内に複数の熱音響センサを設置する場合、音検出器による検出信号は複数の熱音響センサからの音が混在することになる。このため、音検出器で得られた計測結果から、どの熱音響センサによってどのような音が発せられたかを特定できない場合があり、原子炉容器内における特定位置における原子炉の状態（温度等）を的確に監視することが難しい。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、原子炉容器内における特定位置における原子炉の状態（温度等）を的確に監視可能な原子炉監視システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る原子炉監視システムは、
原子炉容器内に設けられる複数の熱音響センサと、
互いに異なる位置に設けられ、前記複数の熱音響センサが発する音を検出するための複数の音検出器と、
前記複数の音検出器の検出結果に基づいて、原子炉の状態監視を行うための状態監視ユニットと、を備え、
前記複数の音検出器は、前記複数の熱音響センサのうち少なくとも一つの熱音響センサである対象熱音響センサのそれぞれに関連付けられた一対の音検出器として、前記対象熱音響センサのそれぞれに最も近い第１音検出器と、前記第１音検出器以外の音検出器のうち前記対象熱音響センサのそれぞれに最も近い第２音検出器とを含み、
前記状態監視ユニットは、
前記第１音検出器および前記第２音検出器による検出結果の相関度を算出するための相関度算出部と、
前記相関度に基づいて、前記対象熱音響センサのそれぞれが発した前記音のピーク周波数を特定するように構成された周波数特定部と、
を含む。
【０００７】
各音検出器での検出結果は、複数の熱音響センサからの発生音に起因する複数のピーク周波数を含む。上記（１）の構成では、対象熱音響センサに関連付けられた一対の音検出器、すなわち対象熱音響センサから距離が近い２つの音検出器（第１音検出器及び第２音検出器）での検出結果の相関度（コヒーレンス）を算出するので、対象熱音響センサが発した音のピーク周波数を特定することができる。これにより、原子炉容器内における特定位置（対象熱音響センサの位置近傍）における原子炉の状態（温度等）を的確に監視することができる。
【０００８】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記原子炉容器内には、前記対象熱音響センサのそれぞれから、該対象熱音響センサに関連付けられた前記第１音検出器および前記第２音検出器に延ばした一対の線分を回避するように吸音材が設けられている。
上記（２）の構成によれば、各対象熱音響センサと、該対象熱音響センサに関連付けられた２つの音検出器とを結ぶ線分を回避するように吸音材を設けたので、各音検出器に関連づいている対象熱音響センサから該音検出器に伝わる直接音以外の音（例えば、対象熱音響以外の熱音響センサから発された音、又は、各熱音響センサからの音が原子炉容器内で反射された反射音等）の大部分を吸音材に吸収させることができる。このため、各音検出器は、該音検出器に関連づいている対象熱音響センサからの直接音を主に受け取ることができ、音検出器による検出結果に基づいて算出される相関度のＳ／Ｎ比を向上させることができる。よって、原子炉容器内における特定位置（対象熱音響センサの位置近傍）における原子炉の状態（温度等）をより的確に監視することができる。
【０００９】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、前記吸音材は、前記原子炉容器の炉心槽の内側に設けられており、
前記複数の音検出器は、それぞれ、前記原子炉容器の外周側に設けられている。
熱音響センサが炉心槽の内部に配置される場合、熱音響センサから発せられた音は、原子炉容器の内壁面に到達する前に、原子炉容器の内壁面よりも内周側に設けられる炉心槽に到達する。上記（３）の構成によれば、原子炉容器の内周側において全周にわたって存在する炉心槽の内側に吸音材を設けたので、この吸音材により熱音響センサから発せられた音を吸収して、原子炉容器内における反射音を効果的に低減させることができる。これにより、各音検出器が受け取る反射音を低減させることができ、音検出器による検出結果に基づいて算出される相関度のＳ／Ｎ比を向上させることができるため、原子炉容器内における特定位置（対象熱音響センサの位置近傍）における原子炉の状態（温度等）をより的確に監視することができる。
【００１０】
（４）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、前記吸音材は、前記原子炉容器の中性子反射体の内側に設けられており、
前記複数の音検出器は、それぞれ、前記原子炉容器の外周側に設けられている。
上記（４）の構成によれば、炉心槽よりも内周側に設けられる中性子反射体の内側に吸音材を設けたので、この吸音材により熱音響センサから発せられた音を吸収して、原子炉容器内における反射音を効果的に低減させることができる。これにより、各音検出器が受け取る反射音を低減させることができ、音検出器による検出結果に基づいて算出される相関度のＳ／Ｎ比を向上させることができるため、原子炉容器内における特定位置（対象熱音響センサの位置近傍）における原子炉の状態（温度等）をより的確に監視することができる。
【００１１】
（５）幾つかの実施形態では、上記（３）又は（４）の構成において、前記吸音材は、グラスウール、エラストマ又は多孔質金属のうち少なくとも１つから構成される。
上記（５）の構成によれば、高い吸音機能を有するグラスウール、エラストマ又は多孔質金属により、各音検出器に関連づいている対象熱音響センサから該音検出器に伝わる直接音以外の音を効果的に吸収させることができる。これにより、各音検出器が受け取る反射音を低減させることができ、音検出器による検出結果に基づいて算出される相関度のＳ／Ｎ比を向上させることができるため、原子炉容器内における特定位置（対象熱音響センサの位置近傍）における原子炉の状態（温度等）をより的確に監視することができる。
【００１２】
（６）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、前記吸音材は、前記炉心槽又は前記中性子反射体を構成する壁材に設けられた多孔質部である。
上記（６）の構成によれば、炉心槽又は中性子反射体を構成する壁材に多孔質部を設けることで、炉心槽又は中性子反射体自体の一部を吸音材とするので、簡素な構成で熱音響センサから発せられた音を吸収して、原子炉容器内における反射音を低減させることができる。これにより、各音検出器が受け取る反射音を低減させることができ、音検出器による検出結果に基づいて算出される相関度のＳ／Ｎ比を向上させることができるため、原子炉容器内における特定位置（対象熱音響センサの位置近傍）における原子炉の状態（温度等）をより的確に監視することができる。
【００１３】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の何れかの構成において、前記複数の熱音響センサは、それぞれ、前記原子炉容器内の炉心に互いに異なる位置に設けられる複数の燃料棒の内部に設けられる。
上記（７）の構成によれば、燃料棒の内部に設けられた熱音響センサによって、原子炉容器内の炉心における複数の位置での状態を監視することができる。
【００１４】
（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る原子力プラントは、
原子炉と、
前記原子炉で発生した熱によって生成された蒸気により駆動されるように構成された蒸気タービンと、
前記原子炉の状態監視を行うための前記（１）乃至（７）の何れかの原子炉監視システムと、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
各音検出器での検出結果は、複数の熱音響センサからの発生音に起因する複数のピーク周波数を含む。上記（８）の構成では、対象熱音響センサに関連付けられた一対の音検出器、すなわち対象熱音響センサから距離が近い２つの音検出器（第１音検出器及び第２音検出器）での検出結果の相関度（コヒーレンス）を算出するので、対象熱音響センサが発した音のピーク周波数を特定することができる。これにより、原子炉容器内における特定位置（対象熱音響センサの位置近傍）における原子炉の状態（温度等）を的確に監視することができる。
【００１６】
（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る原子炉監視方法は、
原子炉容器内に設けられる複数の熱音響センサが発する音を、互いに異なる位置に設けられた複数の音検出器で検出する音検出ステップと、
前記音検出ステップでの検出結果に基づいて、原子炉の状態監視を行う状態監視ステップと、を備え、
前記複数の音検出器は、前記複数の熱音響センサのうち少なくとも一つの熱音響センサである対象熱音響センサのそれぞれに関連付けられた一対の音検出器として、前記対象熱音響センサのそれぞれに最も近い第１音検出器と、前記第１音検出器以外の音検出器のうち前記対象熱音響センサのそれぞれに最も近い第２音検出器とを含み、
前記状態監視ステップは、
前記第１音検出器および前記第２音検出器による検出結果の相関度を算出する相関度算出ステップと、
前記相関度算出ステップで算出した前記相関度に基づいて、前記対象熱音響センサのそれぞれが発した前記音のピーク周波数を特定する周波数特定ステップと、
を含む。
【００１７】
各音検出器での検出結果は、複数の熱音響センサからの発生音に起因する複数のピーク周波数を含む。上記（９）の方法では、対象熱音響センサに関連付けられた一対の音検出器、すなわち対象熱音響センサから距離が近い２つの音検出器（第１音検出器及び第２音検出器）での検出結果の相関度（コヒーレンス）を算出するので、対象熱音響センサが発した音のピーク周波数を特定することができる。これにより、原子炉容器内における特定位置（対象熱音響センサの位置近傍）における原子炉の状態（温度等）を的確に監視することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、原子炉容器内における特定位置における原子炉の状態（温度等）を的確に監視可能な原子炉監視システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係る原子力プラントの概略構成図である。
【図２】一実施形態に係る原子炉容器の内部構成を示す概略図である。
【図３】一実施形態に係る原子炉監視システムの構成を示す模式図である。
【図４】一実施形態に係る原子炉監視システムの構成を示す模式図である。
【図５】一実施形態に係る原子炉監視システムの構成を示す模式図である。
【図６】一実施形態に係る原子炉監視システムの構成を示す模式図である。
【図７】一実施形態に係る炉心槽の構成を示す概略図である。
【図８】一実施形態に係る音検出器の検出結果に対して周波数解析を行った結果の一例を示すグラフである。
【図９】一実施形態に係る相関度算出部による相関度の算出結果の一例を示すグラフである。
【図１０】一実施形態に係る音検出器の検出結果に対して周波数解析を行った結果の一例を示すグラフである。
【図１１】一実施形態に係る相関度算出部による相関度の算出結果の一例を示すグラフである。
【図１２】一実施形態に係る熱音響センサが組み込まれた燃料棒の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２１】
図１は、一実施形態に係る原子力プラントの概略構成図である。図１に示すように、原子力プラント１は、核分裂反応で発生する熱エネルギーにより蒸気を生成するための原子炉２と、原子炉２で生成された蒸気により駆動される蒸気タービン４と、蒸気タービン４の回転軸の回転により駆動される発電機６を備える。なお、図１に示す原子炉２は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ）である。他の実施形態では、原子炉２は沸騰水型原子炉（ＢＷＲ：Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ）であってもよく、あるいは、加圧水型原子炉及び沸騰水型原子炉を含む軽水炉とは異なり、減速材又は冷却材として軽水以外の物質を用いるタイプの原子炉であってもよい。
【００２２】
原子炉２は、一次冷却水（一次冷却材）が流れる一次冷却ループ１０と、一次冷却ループ１０に設けられる原子炉容器（圧力容器）１１、加圧器１４、蒸気発生器１６及び一次冷却材ポンプ（冷却材ポンプ）１８と、を含む。一次冷却材ポンプ１８は、一次冷却ループ１０において一次冷却水を循環させるように構成される。また、加圧器１４は、一次冷却ループ１０において、一次冷却水が沸騰しないように、一次冷却水を加圧するように構成される。なお、原子炉２を構成する原子炉容器１１、加圧器１４、蒸気発生器１６及び一次冷却材ポンプ１８は、原子炉格納容器１９に格納される。
原子炉容器１１にはペレット状の核燃料（例えばウラン燃料やＭＯＸ燃料等）を含む燃料棒１２が収容されており、この燃料の核分裂反応で発生する熱エネルギーにより、原子炉容器１１の中の一次冷却水が加熱される。原子炉容器１１には、原子炉出力を制御するために、核燃料を含む炉心で生成される中性子数を吸収して調整するための制御棒１３が設けられている。原子炉容器１１内で加熱された一次冷却水は蒸気発生器１６に送られ、熱交換により二次冷却ループ２０を流れる二次冷却水（二次冷却材）を加熱して蒸気を発生させる。
【００２３】
蒸気発生器１６において生成された蒸気は、高圧タービン２１及び低圧タービン２２を含む蒸気タービン４に送られて、蒸気タービン４を回転駆動させる。また、蒸気タービン４は回転軸を介して発電機６と連結されており、発電機６は該回転軸の回転により駆動されて、電気エネルギーを生成する。なお、高圧タービン２１と低圧タービン２２との間には湿分分離加熱器２３が設けられており、高圧タービン２１で仕事をした後の蒸気を再度加熱してから低圧タービン２２に送るようになっている。
【００２４】
二次冷却ループ２０には、復水器２４、低圧給水加熱器２６、脱気器２７及び高圧給水加熱器２９が設けられており、低圧タービン２２で仕事をした後の蒸気がこれらの機器を通る過程で凝縮されるとともに加熱され、蒸気発生器１６に戻るようになっている。二次冷却ループ２０には、復水ポンプ２５及び給水ポンプ２８が設けられており、これらのポンプにより二次冷却ループ２０において二次冷却水が循環するようになっている。また、復水器２４には、低圧タービン２２からの蒸気を熱交換により冷却するための冷却水（例えば海水）がポンプ１５を介して供給されるようになっている。
【００２５】
原子力プラント１は、原子炉２の状態監視を行うための原子炉監視システム３０（後述する）を備える。
【００２６】
図２は、一実施形態に係る原子炉容器１１の内部構成を示す概略図である。同図に示すように、原子炉容器１１には、冷却材を原子炉容器１１の内部に導入するための入口ノズル５２及び外部に導出するための出口ノズル５３が設けられる。原子炉容器１１の内部には炉心槽４０が垂下支持されており、炉心槽４０の内部には、複数の燃料棒１２を含む燃料集合体５０が相隣接して装荷され、炉心を形成している。燃料集合体５０は、炉心の上部及び下部に設けられる支持構造物により支持される。
炉心槽４０の外壁面は、原子炉容器１１の内壁面とともに、入口ノズル５２から流入した冷却材が下降する流路を形成する。
炉心槽４０の内側において燃料集合体５０の外側には、中性子反射体４２が設けられる。中性子反射体４２は、炉心における核反応により飛出して炉外に漏出しようとする中性子を炉心へ向けて反射させて、中性子経済向上性を向上させるとともに、原子炉容器１１への中性子照射量を低減させて原子炉容器１１の劣化を防止するためのものである。
【００２７】
なお、一実施形態において、原子炉容器１１の外周側には、後述する音検出器３４が取り付けられている。
【００２８】
次に、図３〜図１２を参照して、一実施形態に係る原子炉監視システムについて説明する。
図３〜図６は、それぞれ、一実施形態に係る原子炉監視システムの構成を示す模式図である。図３〜図６に示すように、原子炉監視システム３０は、原子炉容器１１の内部に設けられる複数の熱音響センサ３２（３２Ａ〜３２Ｄ）と、複数の音検出器３４（３４Ａ〜３４Ｄ）と、原子炉２の状態監視を行うための状態監視ユニット１００と、を備える。音検出器３４（３４Ａ〜３４Ｄ）は、互いに異なる位置に設けられており、熱音響センサ３２（３２Ａ〜３２Ｄ）が発する音を検出するように構成される。状態監視ユニット１００は、音検出器３４（３４Ａ〜３４Ｄ）の検出結果に基づいて、原子炉２の状態監視を行うように構成される。なお、図４〜図６においては、状態監視ユニット１００の図示が省略されている。
【００２９】
熱音響センサ３２は、熱を音響に変換する熱音響デバイスを用いたセンサである。熱音響センサ３２は、周囲の温度等に応じた周波数の音を生成するので、熱音響センサ３２からの音を検知することで熱音響センサ３２の周囲温度等を知ることができる。このため、熱音響センサ３２を用いて、原子炉容器１１内部の温度監視をすることができる。なお、一実施形態に係る熱音響センサ３２の構成については、後で説明する。
【００３０】
図３〜図６に示す実施形態において、熱音響センサ３２（３２Ａ〜３２Ｄ）は、燃料棒１２（図１参照）に組み込まれており、原子炉容器１１内の炉心槽４０の内部において複数の燃料集合体５０（図２参照）が配置される領域５１の四隅の部分に配置されている。
このように、複数の熱音響センサ３２を原子炉容器１１内の炉心に互いに異なる位置に設けられる複数の燃料棒の内部に設けることで、原子炉容器１１内の炉心における複数の位置での状態（温度等）を監視することができる。
【００３１】
図３〜図６に示す実施形態において、４つの音検出器３４（３４Ａ〜３４Ｄ）は、原子炉容器１１の外周側において、互いに間隔をおいて（原子炉容器１１の中心線Ｏ（図３参照）の周りに約９０°の間隔をおいて）設けられている（図２も参照）。
音検出器３４としては、例えばマイクロホンを用いることができる。
【００３２】
このように、原子炉容器１１内に複数の熱音響センサ３２（３２Ａ〜３２Ｄ）を設置する場合、音検出器３４（３４Ａ〜３４Ｄ）による検出信号は複数の熱音響センサ３２からの音が混在することになる。このように複数の熱音響センサ３２からの音が混在した音検出器３４（３４Ａ〜３４Ｄ）での検出結果から、特定の熱音響センサ３２、例えば熱音響センサ３２Ａからの音を特定する場合、熱音響センサ３２Ａを対象熱音響センサとして扱う。
【００３３】
対象熱音響センサには、特定の一対の音検出器が関連付けられる。特定の一対の音検出器とは、対象熱音響センサからの距離が最も短い第１音検出器と、第１音検出器以外の音検出器のうち、対象熱音響センサからの距離が最も短い第２音検出器である。対象熱音響センサと第１音検出器と間の距離と、対象熱音響センサと第２音検出器との間の距離は等しくてもよい。
図３〜図６に示す実施形態において、例えば熱音響センサ３２Ａを対象熱音響センサとする場合、熱音響センサ３２Ａに最も近い２つの音検出器である音検出器３４Ｂと音検出器３４Ｃが、それぞれ、第１音検出器及び第２音検出器である。
【００３４】
図３に示すように、状態監視ユニット１００は、周波数解析部１０１と、相関度算出部１０２と、周波数特定部１０４と、を含む。周波数解析部１０１は、音検出器で検出されて音から変換された電気信号の示す音圧データに対して周波数解析（例えばＦＦＴ解析）を行うように構成される。相関度算出部１０２は、第１音検出器および第２音検出器による検出結果の相関度を算出するように構成される。また、周波数特定部１０４は、相関度算出部１０２によって算出された相関度に基づいて、対象熱音響センサが発した音のピーク周波数を特定するように構成される。
【００３５】
ここで、図８の（ａ）は、図３に示す実施形態に係る原子炉監視システムにおいて、熱音響センサ３２Ａを対象熱音響センサとしたときに、第１音検出器である音検出器３４Ｂでの検出結果に対して周波数解析を行った結果の一例を示す。図８の（ｂ）は、同様のケースにおいて、第２音検出器である音検出器３４Ｃでの検出結果に対して周波数解析を行った結果の一例を示す。
【００３６】
図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１音検出器である音検出器３４Ｂ及び第２音検出器である音検出器３４Ｃにおけて検出される音の音圧レベルは、周波数ｆ１でみられるピークＡ及びピークＣ、周波数ｆ２でみられるピークＢ、及び、周波数ｆ３でみられるピークＤを含む比較的大きなピークのほかに、多数の小さなピークを含む。ピークＡ〜Ｄを含むそれぞれのピークはそれほど鋭いピークではなく、全体的にブロードなピークとなっている。比較的大きなピークＡ〜Ｄは、４つの熱音響センサ３２（３２Ａ〜３２Ｄ）のうち何れかからの直接音に起因するピークであると推定できる。また、多数の小さなピークは、４つの熱音響センサ３２（３２Ａ〜３２Ｄ）から発されて、炉心槽４０の内壁面や、原子炉容器１１の内壁面や、ほかの炉内構造物で反射された反射音が含まれると推定できる。
【００３７】
図９は、図８に示した場合と同様のケースにおいて（すなわち、図３に示す実施形態に係る原子炉監視システムにおいて、熱音響センサ３２Ａを対象熱音響センサとした場合）、相関度算出部１０２で算出された、第１音検出器及び第２音検出器による検出結果（すなわち、図８の（ａ）と（ｂ））の相関度を示すグラフである。
図９に示すグラフでは、周波数ｆ１において相関度の大きなピークＥが見られ、図８（ａ）及び（ｂ）において比較的大きなピークが出現した周波数ｆ２及びｆ３においては、顕著なピークが見られない。
【００３８】
この結果、周波数特定部１０４は、ピークＥは、第１音検出器である音検出器３４Ｂ及び第２音検出器である音検出器３４Ｃに関連づいた対象熱音響センサである熱音響センサ３２Ａから発せられた音に起因するピークであり、熱音響センサ３２Ａから発せられた音のピーク周波数はｆ１であることを特定する。
【００３９】
このように、対象熱音響センサである熱音響センサ３２Ａに関連付けられた一対の音検出器（音検出器３４Ｂ及び音検出器３４Ｃ）での検出結果の相関度（コヒーレンス）を算出して、対象熱音響センサである熱音響センサ３２Ａが発した音のピーク周波数を特定することができる。これにより、原子炉容器１１内における特定位置（熱音響センサ３２Ａの位置近傍）における原子炉の状態（温度等）を監視することができる。
【００４０】
熱音響センサ３２Ｂ〜３２Ｄについても、それぞれを対象熱音響センサとして、これに関連付けられる一対の音検出器（第１音検出器及び第２音検出器）の検出結果に基づいて、各熱音響センサ３２Ｂ〜３２Ｄにより発せられる音のピーク周波数を特定することができ、原子炉容器１１内において、各熱音響センサ３２Ｂ〜３２Ｄが配置される位置近傍における原子炉の状態（温度等）を監視することができる。
【００４１】
図４〜図６に示す実施形態では、原子炉容器１１内には、対象熱音響センサのそれぞれから、該対象熱音響センサに関連付けられた前記第１音検出器および前記第２音検出器に延ばした一対の線分を回避するように吸音材３８が設けられる。
図４〜図６に示すように、熱音響センサ３２Ａを対象熱音響センサとしたとき、この対象熱音響センサ（熱音響センサ３２Ａ）から、これに関連付けられた第１音検出器である音検出器３４Ｂに伸ばした線分が線分Ｓ１である。また、対象熱音響センサ（熱音響センサ３２Ａ）から、これに関連付けられた第２音検出器である音検出器３４Ｃに伸ばした線分が線分Ｓ２である。そして、吸音材３８は、これら一対の線分Ｓ１，Ｓ２を回避するように（すなわち、線分Ｓ１及び線分Ｓ２と交わらないように）設けられている。
【００４２】
ここで、図１０の（ａ）は、図４に示す実施形態に係る原子炉監視システムにおいて、熱音響センサ３２Ａを対象熱音響センサとしたときに、第１音検出器である音検出器３４Ｂでの検出結果に対して周波数解析を行った結果の一例を示す。図１０の（ｂ）は、同様のケースにおいて、第２音検出器である音検出器３４Ｃでの検出結果に対して周波数解析を行った結果の一例を示す。
【００４３】
図１０の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１音検出器である音検出器３４Ｂ及び第２音検出器である音検出器３４Ｃにおけて検出される音の音圧レベルは、図８の（ａ）及び（ｂ）に示したものと同様に、周波数ｆ１でみられるピークＦ及びピークＨ、周波数ｆ２でみられるピークＧ、及び、周波数ｆ３でみられるピークＨを含む比較的大きなピークのほかに、多数の比較的小さなピークを含む。
図１０の（ａ）及び（ｂ）グラフでは、図８の（ａ）及び（ｂ）のグラフに比べて、比較的小さなピークのレベルが小さくなっている。これは、原子炉容器１１内に吸音材３８を設けたことによって、原子炉容器１１内において、複数の熱音響センサ３２（３２Ａ〜３２Ｄ）から発せられた音の反射音が低減されるため、音検出器３４Ｂ及び音検出器３４Ｃにおいて検出される反射音が低減されるためであると推定される。
【００４４】
図１１は、図１０に示した場合と同様のケースにおいて（すなわち、図４に示す実施形態に係る原子炉監視システムにおいて、熱音響センサ３２Ａを対象熱音響センサとした場合）、相関度算出部１０２で算出された、第１音検出器及び第２音検出器による検出結果（すなわち、図１０の（ａ）と（ｂ））の相関度を示すグラフである。
図１１に示すグラフでは、周波数ｆ１において相関度の大きなピークＪが見られる点において、図９に示すグラフと同様であるが、相関度のピークＪが、図９に示したピークＥに比べてより大きくシャープなものとなっており、図９に示す場合に比べて、相関度のＳ／Ｎ比が向上している。
【００４５】
図１０及び図１１に示すグラフからわかるように、上述した吸音材３８を原子炉容器１１の内部に設けたことで、各音検出器３４に関連づいている対象熱音響センサから該音検出器３４に伝わる直接音以外の音（例えば、対象熱音響以外の熱音響センサ３２から発された音、又は、各熱音響センサ３２からの音が原子炉容器１１内で反射された反射音等）の大部分を吸音材３８に吸収させることができる。このため、各音検出器３４は、該音検出器３４に関連づいている対象熱音響センサからの直接音を主に受け取ることができ、音検出器３４による検出結果に基づいて算出される相関度のＳ／Ｎ比を向上させることができる。よって、原子炉容器１１内における特定位置（対象熱音響センサの位置近傍）における原子炉２の状態（温度等）をより的確に監視することができる。
【００４６】
幾つかの実施形態では、吸音材３８は、原子炉容器１１の炉心槽４０の内側に設けられる。例えば、図４に示す実施形態では、炉心槽４０の内壁面に吸音材３８が貼り付けられている。
【００４７】
幾つかの実施形態では、吸音材３８は、原子炉容器１１の中性子反射体４２の内側に設けられる。例えば、図５に示す実施形態では、中性子反射体４２の内壁面に吸音材３８が貼り付けられている。
【００４８】
このように、原子炉容器１１の内部において、原子炉容器１１の内周側に設けられる炉心槽４０又は中性子反射体４２の内側に吸音材３８を設けることで、吸音材３８により熱音響センサ３２から発せられた音を吸収して、原子炉容器１１内における反射音を効果的に低減させることができる。これにより、各音検出器３４が受け取る反射音を低減させることができ、音検出器３４による検出結果に基づいて算出される相関度のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００４９】
幾つかの実施形態では、吸音材３８は、原子炉容器１１の内壁面に設けられていてもよい。
【００５０】
吸音材３８としては、例えば、グラスウール、ゴム等のエラストマ、又は多孔質金属等の多孔質材のうち少なくとも１つを用いることができる。
【００５１】
幾つかの実施形態では、吸音材３８は、炉心槽４０又は中性子反射体４２を構成する壁材に設けられた多孔質部４４である。例えば、図６に示す実施形態では、吸音材３８は、炉心槽４０を構成する壁材に孔４５が多数開けられた多孔質部４４である。図７は、図６に示す実施形態に係る炉心槽４０の構成を示す概略図である。図７に示すように、炉心槽４０には孔４５が多数開けられており、この孔４５が多数開けられた部分が多孔質部４４（吸音材３８）を構成している。
【００５２】
このように、炉心槽４０又は中性子反射体４２を構成する壁材に多孔質部４４を設けることで、炉心槽４０又は中性子反射体４２自体の一部を吸音材３８とするので、簡素な構成で熱音響センサ３２から発せられた音を吸収して、原子炉容器１１内における反射音を低減させることができる。
【００５３】
ここで、図１２を参照して、一実施形態に係る熱音響センサ３２の構成について説明する。図１２は、一実施形態に係る熱音響センサが組み込まれた燃料棒の概略構成図である。
【００５４】
図１２に示すように、燃料棒１２は、被覆管５４と、被覆管５４の内部に収容された燃料ペレット５６と、被覆管５４の両端を封止するための端栓（５５，５８）と、を含む。被覆管５４の内部には、例えばヘリウムが加圧封入されていてもよい。
被覆管５４の内部において、燃料ペレット５６は、端栓５８と燃料ペレット５６との間に設けられる固定リング６１によって一端の位置が定まる付勢部材６０（図１２においてはコイルばね）によって付勢されて、付勢部材６０と端栓５５との間に固定される。また、付勢部材６０で燃料ペレット５６を付勢することにより、被覆管５４の内部において、燃料ペレット５６の上端面５７と端栓５８の下端面５９との間にはプレナム６２が形成されており、燃料ペレット５６の核分裂により生成されるガスがプレナム６２の中に閉じ込められるようになっている。
【００５５】
熱音響センサ３２は、レゾネータとして機能するチャンバ６４を画定するハウジング６６と、チャンバ６４の中に配置されるスタック６８とを備える。ここでは、燃料棒１２の被覆管５４がハウジング６６の機能を有する。図１２に示す例では、ハウジング６６の内壁面と、端栓５８の下端面５９と、燃料ペレット５６の上端面５７とにより、長さがＬのチャンバ６４が画定される。
スタック６８は、その両端、すなわち熱源に近い側の高温側端６７と、熱源からより遠い側の低温側端６９との間にある程度の温度差が生じると、チャンバ６４の中で音波を生成する熱音響素子である。燃料ペレット５６は、スタック６８に熱を与える熱源としての役割を有し、燃料ペレット５６からの熱により、スタック６８において高温側端６７と低温側端６９との間に温度差が生じる。また、燃料ペレット５６からの熱に加えて、燃料ペレット５６の核分裂反応によって発生する電磁波により、スタック６８の高温側端６７がさらに加熱されると、スタック６８において高温側端６７と低温側端６９との間でさらに温度差が生じる。この温度差が所定値以上になると、スタック６８を流れる熱流束の一部が、チャンバ６４内部の温度に応じた周波数をもつ音波に変換される。
スタック６８と燃料ペレット５６とは、チャンバ（レゾネータ）６４の中で音の定在波が生成するような位置関係になっている。
【００５６】
スタック６８は、チャンバ６４の長さ方向に沿って平行に配列された複数の微細な孔（チャネル）を有するセラミック素子である。
他の実施形態では、スタック６８は、例えば、金属スパイラル、金属フォーム、金属フェルト、セラミックフォーム又はカーボンフォームから構成されていてもよく、ハニカム構造を有していてもよい。
また図１２に示すスタック６８の断面形状は、円筒状のハウジング６６の断面形状に合わせた円形状であるが、四角形等別の形状を有していてもよい。
【００５７】
上述のように熱音響センサ３２にて生成される音の定在波の周波数は、チャンバ６４内部の温度に依存し、該周波数はチャンバ６４内の有効温度とともに増加する。なお、チャンバ６４内の有効温度とは、チャンバ６４内部の温度が一様であると仮定される場合に、同一の周波数の定在波を生成する時の温度である。このような有効温度として、例えば、チャンバ６４内の温度の積分平均又は重みづけ平均を用いることができる。
また、チャンバ６４内の温度は、スタック６８からの放射熱や、ハウジング６６（被覆管５４）の周囲に存在する冷却材の温度に依存して決まる。
したがって、熱音響センサ３２にて生成される音の定在波の周波数を計測すれば、ハウジング６６の周囲の冷却材の温度を知ることができる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【００５９】
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００６０】
１          原子力プラント
２          原子炉
４          蒸気タービン
６          発電機
１０        一次冷却ループ
１１        原子炉容器
１２        燃料棒
１３        制御棒
１４        加圧器
１５        ポンプ
１６        蒸気発生器
１８        一次冷却材ポンプ
１９        原子炉格納容器
２０        二次冷却ループ
２１        高圧タービン
２２        低圧タービン
２３        湿分分離加熱器
２４        復水器
２５        復水ポンプ
２６        低圧給水加熱器
２７        脱気器
２８        給水ポンプ
２９        高圧給水加熱器
３０        原子炉監視システム
３２（３２Ａ〜３２Ｄ）  熱音響センサ
３４（３４Ａ〜３４Ｄ）  音検出器
３８        吸音材
４０        炉心槽
４２        中性子反射体
４４        多孔質部
４５        孔
５０        燃料集合体
５１        領域
５２        入口ノズル
５３        出口ノズル
５４        被覆管
５５        端栓
５６        燃料ペレット
５７        上端面
５８        端栓
５９        下端面
６０        付勢部材
６１        固定リング
６２        プレナム
６４        チャンバ
６６        ハウジング
６７        高温側端
６８        スタック
６９        低温側端
１００      状態監視ユニット
１０１      周波数解析部
１０２      相関度算出部
１０４      周波数特定部
【図１】
2016176821.tif 000003
【図２】
2016176821.tif 000004
【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】
2016176821.tif 000009
【図８】
2016176821.tif 000010
【図９】
2016176821.tif 000011
【図１０】
2016176821.tif 000012
【図１１】
2016176821.tif 000013
【図１２】
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