(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉内の放射線量を測定する放射線検出器と、前記放射線検出器の放射線の種類別の検出感度を照射履歴毎に評価する検出感度評価手段と、制御棒操作により生じる炉内の各放射線の種類別の変化を評価する放射線種類別変化予測手段と、前記放射線種類別変化予測手段の出力信号および前記検出感度評価手段の出力信号に基づいて前記放射線検出器の出力値を予測する出力予測手段と、前記出力予測手段の予測値と前記放射線検出器により実測された計測値とを比較し想定した制御棒操作を行った場合に予測される出力と異なる場合に異常信号を発する異常検出手段と、前記異常検出手段からの異常信号により制御棒操作を禁止する制御棒駆動装置とを備えたことを特徴とする原子炉炉内監視装置。
【請求項２】
原子炉内の放射線量を測定する放射線検出器と、前記放射線検出器の放射線の種類別の検出感度を照射履歴毎に評価する検出感度評価手段と、前記放射線検出器の挿入されている位置での放射線の種類別のエネルギー分布の変化により評価する放射線種類別変化予測手段と、前記放射線種類別変化予測手段の出力信号および前記検出感度評価手段の出力信号に基づいて前記放射線検出器の出力値を予測する出力予測手段と、前記放射線検出器により実測された計測値が前記出力予測手段の予測値の一定割合以上であるときに異常信号を発する異常検出手段と、前記異常検出手段からの異常信号により原子炉の運転を制御する原子炉制御手段とを備えたことを特徴とする原子炉炉内監視装置。
【請求項３】
原子炉内の放射線量を測定する放射線検出器と、前記放射線検出器の放射線の種類別の検出感度を照射履歴毎に評価する検出感度評価手段と、前記放射線検出器の挿入されている位置での放射線の種類別のエネルギー分布の変化により評価する放射線種類別変化予測手段と、前記放射線種類別変化予測手段の出力信号および前記検出感度評価手段の出力信号に基づいて前記放射線検出器の出力値を補正し原子炉出力値を評価する出力評価手段とを備えたことを特徴とする原子炉炉内監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば沸騰水型原子炉の圧力容器内の出力分布監視や制御棒引き抜きの監視を行う原子炉炉内監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、沸騰水型原子炉(ＢＷＲ)では、圧力容器内の局所出力監視モニタ検出器(ＬＰＲＭ検出器）で検出された中性子束に基づいて、原子炉出力を監視している。すなわち、圧力容器内に１００〜２００本のＬＰＲＭ検出器を設置し、その出力を出力領域モニタによって測定し、中央制御室の表示装置に表示することにより原子炉出力を監視している。
【０００３】
図１３は、従来の原子炉炉内監視装置の構成図である。圧力容器１内には、原子炉の燃料である核分裂性物質で構成された炉心２が配置される。この炉心２内の出力を監視するために、中性子検出器である局所出力領域監視用のＬＰＲＭ検出器３が炉心２の高さ方向に４カ所に挿入される。これらはＬＰＲＭ検出器集合体４内にまとめて設置される。ＬＰＲＭ検出器集合体４は複数個設けられる。
【０００４】
このＬＰＲＭ検出器集合体４内には、中空のＴＩＰチューブ５が挿入されており、その内部にＬＰＲＭ検出器３の校正用の移動式炉内モニタ用検出器（ＴＩＰ検出器）６が外部から挿入され、ＬＰＲＭ検出器３の感度校正が行われる。
【０００５】
つまり、ＬＰＲＭ検出器３は炉心２内に固定して設置されているため強い放射線に照射され、その検出感度が照射放射線量によって低下する。よって、定期的にＬＰＲＭ検出器３と同じ中性子束検出器であるＴＩＰ検出器６を挿入し、ＬＰＲＭ検出器３の感度を校正する。
【０００６】
また、ＴＩＰ検出器６は炉内を移動できるため、炉心内の出力分布測定にも用いられる。このＴＩＰ検出器６の測定結果より燃料の消費割合を評価し、効率的に炉心内の燃料が消費できるように燃料の炉心内での配置変更や、制御棒７等の操作による出力分布の変更などが行われる。逆に、これらの炉心の燃料管理には、このような出力分布の計測が必要とされている。
【０００７】
ＬＰＲＭ検出器３の出力は出力領域モニタ９で信号処理され、原子炉の平均出力および局所出力の監視が行われる。一方、原子炉出力を調整する制御棒７の引き抜き挿入は、制御棒駆動装置８により行われる。出力領域モニタ９での出力に関する情報は、図示省略の中央制御室の表示装置に表示されるとともに、原子炉安全保護システム１０に入力され処理される。原子炉出力が所定値を逸脱し制御棒７の操作の必要な場合は、原子炉安全保護システム１０から制御棒駆動装置８に指示が出される。
【０００８】
ＬＰＲＭ検出器集合体４は、図１４に示すように原子炉径方向断面ではＢＷＲの燃料棒が格納されている燃料チャンネル２Ａの１６個あたりに１つずつ配置される。この径方向のＬＰＲＭ検出器集合体数や配置位置は、安全評価解析により設定される。つまり、原子炉の出力が上昇した場合に、ＬＰＲＭ検出器３の平均値の応答が十分早く応答できること、また、制御棒７を引き抜く場合またはその他の理由により異常な反応度が加わったときにも、十分早く異常を検出し、制御棒７の引き抜き禁止等の適切な操作できることを考慮に入れて、炉心内でのＬＰＲＭ検出器集合体４の数や位置は設定される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の原子炉炉内監視装置では、ＬＰＲＭ検出器３が感度劣化を起こすとともに、炉心の高線量環境ではＬＰＲＭ検出器集合体４の材料の損傷が問題となるため、４〜６年程度でＬＰＲＭ検出器３の格納されているＬＰＲＭ検出器集合体４を交換・廃棄しなければならない。また、ＬＰＲＭ検出器３は感度劣化を生じるので、ＬＰＲＭ検出器集合体４内にはＴＩＰ検出器６を挿入し、ＬＰＲＭ検出器３を定期的に校正する必要がある。
【００１０】
また、ＬＰＲＭ検出器３は核分裂反応を起こす熱中性子の量を監視する中性子束検出器を用いているため、ＬＰＲＭ検出器３の挿入位置を現状より減らすことができない。つまり、熱中性子を監視する以上、その熱中性子の平均自由行程（１／ｅに減衰する距離に相当）が数ｃｍであるという特性から、現在の設計基準からは必要な検出器の設置間隔は決まってしまう。
【００１１】
ＬＰＲＭ検出器３として使用している中性子束検出器は、核分裂検出器であるため、主に中性子に対して感度を有するが、わずかにガンマ線に対しても感度を有する。炉内に長期間挿入し中性子を照射すると、ウランなどの核分裂を起こす物質が消耗するため中性子に対する感度は低下する。一方、ガンマ線に対する感度はほとんど変化しない。
【００１２】
このため、徐々に全体出力のうちガンマ線の割合が増加する。増幅器でこの信号を増幅しても、ガンマ線は遅発成分をもつため、時間応答性が悪くなる傾向にある。よって、実際は、この中性子／ガンマ線比が一定割合以下になった場合は、ＬＰＲＭ検出器３の交換を行わなければならない。
【００１３】
本発明の目的は、原子炉炉内に設置される検出器の交換頻度を低減できる原子炉炉内監視装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係わる原子炉炉内監視装置は、原子炉内の放射線量を測定する放射線検出器と、前記放射線検出器の放射線の種類別の検出感度を照射履歴毎に評価する検出感度評価手段と、制御棒操作により生じる炉内の各放射線の種類別の変化を評価する放射線種類別変化予測手段と、前記放射線種類別変化予測手段の出力信号および前記検出感度評価手段の出力信号に基づいて前記放射線検出器の出力値を予測する出力予測手段と、前記出力予測手段の予測値と前記放射線検出器により実測された計測値とを比較し想定した制御棒操作を行った場合に予測される出力と異なる場合に異常信号を発する異常検出手段と、前記異常検出手段からの異常信号により制御棒操作を禁止する制御棒駆動装置とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項１の発明に係わる原子炉炉内監視装置では、原子炉内の放射線量を放射線検出器で測定し、検出感度評価手段は放射線検出器の放射線の種類別の検出感度を照射履歴毎に評価する。放射線種類別変化予測手段は、制御棒操作により生じる炉内の各放射線の種類別の変化を評価する。出力予測手段は、放射線種類別変化予測手段の出力信号および検出感度評価手段の出力信号に基づいて放射線検出器の出力値を予測し、異常検出手段は、出力予測手段の予測値と放射線検出器により実測された計測値とを比較し、想定した制御棒操作と異なる場合に異常信号を発する。制御棒駆動装置は、異常検出手段からの異常信号により制御棒操作を禁止する。
【００２４】
請求項２の発明に係わる原子炉炉内監視装置は、原子炉内の放射線量を測定する放射線検出器と、前記放射線検出器の放射線の種類別のエネルギー分布の変化により評価する検出感度評価手段と、前記放射線検出器の挿入されている位置での放射線の種類別構成を評価する放射線種類別変化予測手段と、前記放射線種類別変化予測手段の出力信号および前記検出感度評価手段の出力信号に基づいて前記放射線検出器の出力値を予測する出力予測手段と、前記放射線検出器により実測された計測値が前記出力予測手段の予測値の一定割合以上であるときに異常信号を発する異常検出手段と、前記異常検出手段からの異常信号により原子炉の運転を制御する原子炉制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
請求項２の発明に係わる原子炉炉内監視装置では、原子炉内の放射線量を放射線検出器で測定し、検出感度評価手段は放射線検出器の放射線の種類別の検出感度を照射履歴毎に評価する。放射線種類別変化予測手段は、放射線検出器の挿入されている位置での放射線の種類別構成を評価し、出力予測手段は、放射線種類別変化予測手段の出力信号および検出感度評価手段の出力信号に基づいて放射線検出器の出力値を予測する。異常検出手段は、放射線検出器により実測された計測値が出力予測手段の予測値の一定割合以上であるときに異常信号を発し、原子炉制御手段は、異常検出手段からの異常信号により原子炉の運転を制御する。
【００２６】
請求項３の発明に係わる原子炉炉内監視装置は、原子炉内の放射線量を測定する放射線検出器と、前記放射線検出器の放射線の種類別のエネルギー分布の変化により評価する検出感度評価手段と、前記放射線検出器の挿入されている位置での放射線の種類別構成を評価する放射線種類別変化予測手段と、前記放射線種類別変化予測手段の出力信号および前記検出感度評価手段の出力信号に基づいて前記放射線検出器の出力値を補正し原子炉出力値を評価する出力評価手段とを備えたことを特徴とする。
【００２７】
請求項３の発明に係わる原子炉炉内監視装置では、原子炉内の放射線量を放射線検出器で測定し、検出感度評価手段は放射線検出器の放射線の種類別の検出感度を照射履歴毎に評価する。放射線種類別変化予測手段は、放射線検出器の挿入されている位置での放射線の種類別構成を評価し、出力評価手段は放射線種類別変化予測手段の出力信号および検出感度評価手段の出力信号に基づいて放射線検出器の出力値を補正し原子炉出力値を評価する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置のブロック構成図である。原子炉の圧力容器１内には原子炉の燃料に相当する炉心２が配置されている。この炉心２内部には、計装用の配管にＬＰＲＭ検出器集合体４が下部から挿入される。また、原子炉内の中性子を吸収し原子炉の核分裂数、つまり原子炉出力を制御する制御棒７も挿入されている。実際は、ＬＰＲＭ検出器集合体４および制御棒７は径方向に数十本から数百本挿入されているが、図１では省略している。
【００３５】
ＬＰＲＭ検出器集合体４の内部には、放射線検出器であるガンマ線検出器１１とガンマサーモメータ１２とが設置され、ガンマ線検出器１１は炉内のガンマ線を検出し、ガンマサーモメータ１２は炉内の軸方向分布を監視する。ガンマ線検出器１１およびガンマーサーモメータ１２の出力は、ガンマ線信号処理手段１３で原子炉出力に変換される。
【００３６】
一方、制御棒７は、制御棒駆動装置８によって操作される。制御棒駆動装置８の制御棒操作情報は、放射線変化予測手段であるガンマ線変化予測手段１４に入力される。ガンマ線変化予測手段１４では、炉心データ１５内の燃料構成、配置、照射履歴、および流量等の運転条件に基づき、ガンマ線検出器１１の位置での制御棒７の操作に伴うガンマ線の変化量を予測計算する。ガンマ線変化予測手段１４の出力と、ガンマ線信号処理手段１３の出力は、異常検出手段１６に入力される。
【００３７】
異常検出手段１６は、ガンマ線変化予測手段１４により計算評価された制御棒７の操作に伴うガンマ線変化量の予測値と、ガンマ線信号処理手段１３で実測されたガンマ線強度とを比較し、予測値より測定値が大きい場合に、異常信号を制御棒駆動装置８に出力し、制御棒７の引き抜きを禁止する。
【００３８】
ガンマ線変化予測手段１４では、制御棒操作後のガンマ線の時間変化量を検出器設置位置の設計条件／運転履歴ごとに計算評価するもので、放射線検出器であるガンマ線検出器１１の設置されている位置での放射線量の時間変化量を、設置位置の燃料構成、材料構造、ボイド率を加味して評価する。
【００３９】
異常検出手段１６は、ガンマ線変化予測手段１４の計算結果と処理時間の後れを考慮した範囲で測定値とを比較し、測定値が予測値より大幅に異なる場合に異常信号を発生する。すなわち、異常検出手段１６では、放射線変化予測手段であるガンマ線変化予測手段１４により予測した時間に対する放射線の変化量と放射線検出器であるガンマ先検出手段１１により測定された計測値とを比較し、変化の仕方に違いが生じた場合に異常信号を出力する。制御棒駆動装置８は、異常検出手段１６からの異常信号を受け制御棒７の操作を止める。
【００４０】
これにより、制御棒操作位置毎の制御棒引き抜きによる出力変化を予測することで、従来よりさらに正確な制御棒７の誤引き抜き監視が可能となる。
【００４１】
図２に制御棒操作後の実際の計測値γおよび制御棒操作により予測される予測値γａの時間変化の概略図を示す。時点ｔ１で制御棒操作を開始し時点ｔ２で制御棒操作を終了したとする。予測値γａ自体に時間後れがあるため、予測値γａより測定値γが大きくなった時点ｔ３で異常と判定する。この予測値γａの時間遅れの効果については、計測装置毎に評価しておく必要がある。
【００４２】
また、この第１の実施の形態では、ガンマ線を想定したが、中性子においても、放射線検出器自体の応答性が遅い場合、その応答性を原子炉内の設置位置における中性子エネルギー分布を用いて評価することで、同様の処理で異常を検出可能となる。これにより、制御棒操作後の経過時間に対して異常判定レベルを可変にするので、従来の異常判定レベルを制御棒操作量に応じて一定値に設定する場合に比べ、時間応答性の遅い放射線検出器や計測対象自体の応答が遅い場合も同等の異常判定性能を確保できる。
【００４３】
次に、異常検出手段１６での異常検出については、以下のようにすることも可能である。すなわち、ガンマ線変化予測手段１４で、制御棒操作により生じるガンマ線の変化量のうち、即発ガンマ線成分と遅発ガンマ線成分の成分比率と、その即発ガンマ線の発生する時間を評価する。そして、異常検出手段１６で、主に即発ガンマ線の発生する時間間隔におけるガンマ線検出器１１の出力と、ガンマ線変化予測手段１４で予測される即発ガンマ線量とを比較し、ある設定割合以上にガンマ線検出器１１の出力が大きい場合に異常信号を発生する。この設定割合は、測定誤差と設計余裕とを加味して決定する。制御棒駆動装置８は異常検出手段１６の異常信号を受け制御棒８の操作を止める。
【００４４】
図３に示すように、制御棒操作後の主に即発ガンマ線が支配的である時間領域Ｔ１では、予測される即発ガンマ成分を事前に評価し、制御棒操作後のこの時間領域Ｔ１では、ガンマ線検出器１１の指示値がこの即発ガンマ線量の一定割合以上になったとき、異常信号を発生するものである。図３中のγ０は、異常判定レベル（即発ガンマ線量＊１．２倍）を示している。
【００４５】
このように、即発ガンマ線の変化量に着目し、出力が変化する時間範囲Ｔ１内において、計算で予測される即発ガンマ線より実測されるガンマ線が大きいときに、制御棒引き抜きの禁止信号を発し、制御棒７の誤引き抜きを防止する。実際は、即発ガンマ線が発生する時間範囲Ｔ１後に遅発ガンマ線成分によりトータルのガンマ線量は増加するが、制御棒７の誤操作は、この即発成分のみを監視することで監視可能である。
【００４６】
また、この遅い変化に関しては、炉内の出力分布等を監視するために別途設ける時間応答速度の遅い放射線検出器たとえばガンマサーモメータ１２などにより別途監視することで原子炉の平均的な出力異常は監視可能である。つまり、熱中性子よりガンマ線の飛程が長いため、熱中性子を監視するよりもガンマ線検出器１１の設置間隔を広くでき、炉内へのガンマ線検出器１１の挿入数を削減できる。
【００４７】
また、異常検出手段１６で、制御棒操作により変化が予測される全ガンマ線量の変化量と、主に即発ガンマ線の発生する時間間隔Ｔ１経過後におけるガンマ線検出器１１の出力とを比較し、ある設定割合以上のガンマ線検出器１１の出力が大きい場合に異常信号を発生するようにしても良い。
【００４８】
図４に示すように、制御棒操作後に即発ガンマ線がほぼ発生終了した後の時間帯（時間帯Ｔ１経過後）について規定するもので、許容される出力レベルγ０１、γ０２、γ０３、…に対して、制御棒操作後の経過時間毎に遅発ガンマ線と即発ガンマ線量とを評価し、この合計値の一定割合以上に計測値がなった場合に異常信号を発生する。
【００４９】
ガンマ線の場合、制御棒操作後すぐに放出されるガンマ線と遅れて発生するガンマ線との割合は、ほぼ１：４程度である。よって、制御棒操作直後は、最大許容レベルの１／１．４の位置を検出器出力の異常判定位置とし、その後、時間経過とともに、１．１／１．４、１．２／１．４、…１に異常判定レベルγ０１、γ０２、γ０３、…を変化させる。その位置の燃料構成等から予測されるため、その割合で、最大出力まで出力が上昇した場合の即発ガンマ線レベルを求め、異常判定レベルとする。
【００５０】
このレベルは、操作時間に対して、遅発ガンマ線成分の増加分を考慮し、判定レベルを徐々に予想されるガンマ線の出力レベルまで自動的に変更できる構成とする。なお、これらは、操作された制御棒７すべてについて計算を行い、和演算により検出器設置位置での変化量を求めておくことで、複数の制御棒操作時にも対応可能である。
【００５１】
これらにより、放射線検出器の本数削減のほかに、全ガンマ線の変化量に対して異常を検出する設定値を設けることにより、遅発成分も含んだケースでも監視可能となり、監視の必要な“主に即発ガンマ線が発生する時間間隔”の時間間隔を長く設定でき処理スピードを遅く設定できる。
【００５２】
以上述べたように、この第１の実施の形態によれば、制御棒操作の監視にガンマ線等の応答の遅い信号でも、その異常判定レベルを制御棒操作後の経過時間毎に可変にできるので、従来と同等の制御棒監視性能が実現できる。これにより、炉内の制御棒操作の監視に中性子検出器に比べ、原理的に炉内の監視エリアが広く、使用可能期間（寿命）の長いガンマ線検出器が適用でき、それにより炉内の検出手段の自体の削減と交換頻度の低減が可能となる。
【００５３】
次に、本発明の実施の形態を説明する。図５は本発明の第２の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、原子炉の圧力容器１の外部に設けられた炉外中性子検出器１７と、この炉外中性子検出器１７の検出信号に基づいて平均的な原子炉出力を検出し異常があった場合には制御棒駆動装置８に指令を出力する平均出力監視手段１９と、炉外中性子検出器の検出信号に基づいて原子炉炉内の出力分布を評価する出力分布監視手段１８とを設けたものである。
【００５４】
図５において、圧力容器１内には原子炉の燃料が構成されている炉心２が配置されている。この炉心２内部には、計装用の配管としてＬＰＲＭ検出器集合体４が下部から挿入される。また、原子炉内の中性子を吸収し原子炉の核分裂数、つまり、原子炉出力を制御する制御棒７も挿入されている。ＬＰＲＭ検出器集合体４の内部には、炉内のガンマ線を検出するガンマ線検出器１１が設置されている。ガンマ線検出器１１の出力は、ガンマ線信号処理手段１３で原子炉出力に変換される。
【００５５】
一方、制御棒７は制御棒駆動装置８によって操作される。制御棒駆動装置８の制御棒操作情報は、ガンマ線変化予測手段１４に出力される。ガンマ線変化予測手段１４では、炉心データ１５内の燃料構成、配置、照射履歴、および流量等の運転条件に基づき、ガンマ線検出器１１の位置での制御棒７の操作に伴うガンマ線の変化量を予測計算する。ガンマ線変化予測手段１４の出力およびガンマ線信号処理手段１３の出力は異常検出手段１６に入力される。
【００５６】
異常検出手段１６は、ガンマ線変化予測手段１４により計算評価された制御棒７の操作に伴うガンマ線変化量の予測値と、ガンマ線信号処理手段１３で実測されたガンマ線強度とを比較し、予測値より測定値が大きい場合に、異常信号を制御棒駆動装置８に出力し、制御棒７の引き抜きを禁止する。
【００５７】
圧力容器１の外側には複数の炉外中性子検出器１７が設けられ、その出力は出力分布監視手段１８に入力される。評価された局所出力は平均出力監視手段１９に入力される。
【００５８】
原子炉全体の平均出力は、制御棒操作の監視の場合に比べ、炉内へ挿入する放射線検出器の数を減らしても、応答性が損なわれないという特徴がある。そこで、第２の実施の形態では、原子炉の圧力容器１の外側に炉外中性子検出器１７を設置し、平均出力監視手段１９において、原子炉の平均出力を監視し、異常があった場合に、制御棒駆動装置８に信号を伝送し適切な制御棒８の操作を行う。つまり、平均出力監視手段１９は、平均的な原子炉出力を監視し、その出力が一定割合以上となった場合に高速に応答し、適切な原子炉制御を講じる。
【００５９】
一方、出力分布監視手段１８では、燃料の燃焼度監視とともに遅い出力変化を監視する。出力分布監視手段１８は、燃料の燃焼度監視とともに遅い出力変化を監視する。遅い出力変化を監視するために、従来のように中性子検出器を炉内に走査するＴＩＰシステムではなく、炉内に固定するガンマサーモメータ方式または炉外でのガンマ線または中性子束の測定値からコンピュータトモグラフィにより内部の分布を推定する。
【００６０】
これにより、制御棒操作の監視はガンマ線検出器１１からの検出信号を用るので、高速な応答の必要な炉内検出器の数を削減できる。また、原子炉の平均的な出力監視は、炉内に設けた出力監視手段で行い、出力分布も炉外および炉内に固定するガンマサーモメータにより監視することにより、炉内に挿入する検出器数およびその挿入する検出器群の構造を簡略化することが可能となる。
【００６１】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図６は本発明の第３の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置の構成図である。図６において、圧力容器１の炉心２内にＬＰＲＭ検出器集合体４が設けられ、ＬＰＲＭ検出器４内には、放射線検出器としてＬＰＲＭ検出器３が挿入されている。ＬＰＲＭ検出器３の出力は局部出力モニタ９で信号処理される。炉心性能計算手段２４からＬＰＲＭ検出器３での放射線の照射実績が検出感度評価手段２０に出力される。検出感度評価手段２０で評価された放射線は測定値として異常検出手段１６に入力される。
【００６２】
検出感度評価手段２０は、検出器設置位置での放射線照射履歴を評価し、それに基づいて放射線検出器の放射線の種類別、たとえば、ガンマ線と熱中性子などの各々放射線に対する検出感度を評価する。
【００６３】
一方、制御棒７の操作により生じる炉内のガンマ線エネルギー分布の変化、および中性子のエネルギー分布の変化は、放射線種類別変化予測手段２１にて炉心性能計算を行い評価される。放射線種類別変化予測手段２１は、制御棒操作により生じる炉内での放射線種類別の変化を計算評価する。放射線種類別変化予測手段２１の出力信号および検出感度評価手段２０の出力信号は出力予測手段２２に出力される。また、出力予測手段２２では、放射線検出器の出力の時間推定値が予測値として求められ、異常検出手段１６に出力される。
【００６４】
異常検出手段１６では、放射線検出器により実測された計測値および出力予測手段２２からの予測値の差異が大きい場合に異常信号を発する。この異常検出手段１６の異常信号は、制御棒操作を禁止するために制御棒駆動装置８に入力される。なお、放射線種類別変化予測手段２１および検出感度評価手段２０は、それぞれ炉心性能計算手段２４のデータを用いて評価を行う。
【００６５】
すなわち、検出感度評価手段２０では、検出器の設置位置での放射線照射履歴を、ＬＰＲＭ検出器３の出力履歴および炉心２内の核燃料構成から炉心性能計算手段２４で求められた放射線のエネルギー分布より求め、検出器の各放射線に対する感度、たとえば、ガンマ線と熱中性子などの各々放射線に対する検出感度を評価する。
【００６６】
放射線種類別変化予測手段２１は、制御棒操作により生じる炉内での放射線種類別の変化を計算評価する。放射線種類別変化予測手段２１の出力信号と検出感度評価手段２０の出力信号とは出力予測手段２２に出力され、制御棒操作に基づくＬＰＲＭ検出器３の出力値を予測する。この予測値と、実測されたＬＰＲＭ検出器出力３の測定値は異常検出手段１６に出力され、異常検出手段１６は想定した差異範囲と異なる場合に異常信号を発する。この異常信号は、制御棒駆動装置８に出力され制御棒操作を禁止する。
【００６７】
第３の実施の形態によれば、照射履歴により放射線の種類に対する感度特性の変化が異なる検出器に対しても、それぞれの感度変化の補正が可能となる。その結果、検出器の制御棒操作に伴って生じる指示値の予測値の精度が向上し、異常な信号を識別しやすくなる。
【００６８】
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。図７は本発明の第４の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置の構成図である。
【００６９】
図７において、圧力容器１の炉心２内にＬＰＲＭ検出器集合体４が設けられ、ＬＰＲＭ検出器４内には、放射線検出器としてＬＰＲＭ検出器３が挿入されている。ＬＰＲＭ検出器３の出力は局部出力モニタ９で信号処理される。局所出力モニタ９からＬＰＲＭ検出器３での放射線の照射実績が検出感度評価手段２０に出力される。検出感度評価手段２０で評価された放射線は測定値として異常検出手段１６に入力される。
【００７０】
検出感度評価手段２０は、検出器設置位置での放射線照射履歴を評価し、それに基づいて放射線検出器の放射線の種類別、たとえば、ガンマ線と熱中性子などの各々放射線に対する検出感度を評価する。
【００７１】
一方、放射線種類別変化予測手段２１は、検出器設置位置でのガンマ線エネルギー分布および中性子のエネルギー分布を評価する。放射線種類別変化予測手段２１の出力信号および検出感度評価手段２０の出力信号は出力予測手段２２に出力される。また、出力予測手段２２では、放射線検出器の出力の時間推定値が予測値として求められ、異常検出手段１６に出力される。
【００７２】
異常検出手段１６では、放射線検出器により実測された計測値および出力予測手段２２からの予測値の差異が大きい場合に異常信号を発する。この異常検出手段１６の異常信号は、原子炉の適切な制御を行うために原子制御手段２５に出力され制御棒挿入等の処理が行われる。なお、放射線種類別変化予測手段２１および検出感度評価手段２０は、それぞれ炉心性能計算手段２４のデータを用いて評価を行う。
【００７３】
すなわち、検出感度評価手段２０は、検出器設置位置での放射線照射履歴を評価し、それに基づいて放射線検出器の放射線の種類別、たとえば、ガンマ線と熱中性子などの各々放射線に対する検出感度を評価する。放射線種類別変化予測手段２１は、現在の原子炉運転のプロセス量測定値、燃料の構成、運転履歴等から検出器設置位置毎の放射線種類別の変化を計算評価する。
【００７４】
放射線種類別変化予測手段２１の出力信号および検出感度評価手段２０の出力信号は出力予測手段２２に出力され、放射線検出器の出力値を予測する。この予測値と、放射線検出器２０により実測された計測値は異常検出手段１６に出力され、異常検出手段１６ではこの両者の比較を行い、ある規定範囲異常に差異が生じた場合に異常信号を発する。この異常信号は、原子炉制御手段２５に出力され、原子炉の出力を制限する適切な制御手段を講じる。
【００７５】
これにより、照射履歴により放射線の種類に対する感度特性の変化が異なる検出器に対しても、ぞれぞれの感度変化を補正し、それらを含めた予測値との比較を行うことで、より正確な原子炉の異常検出/制御が可能となる。
【００７６】
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。図８は本発明の第５の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置の構成図である。図８において、圧力容器１の炉心２内にＬＰＲＭ検出器集合体４が設けられ、ＬＰＲＭ検出器４内には、放射線検出器としてＬＰＲＭ検出器３が挿入されている。ＬＰＲＭ検出器３の出力は局部出力モニタ９で信号処理される。局所出力モニタ９からＬＰＲＭ検出器３での放射線の照射実績が検出感度評価手段２０に出力される。
【００７７】
検出感度評価手段２０は、検出器設置位置での放射線照射履歴を評価し、それに基づいて放射線検出器の放射線の種類別、たとえば、ガンマ線と熱中性子などの各々放射線に対する検出感度を評価する。放射線種類別変化予測手段２１は、検出器挿入位置での放射線種類別の割合を計算評価する。
【００７８】
放射線種類別変化予測手段２１の出力信号および検出感度評価手段２０の出力信号は、出力評価手段２６に出力される。出力評価手段２６では、放射線検出器の出力値を補正し実際の原子炉出力に換算する。つまり、原子炉出力が熱中性子成分に一般に比例すると考えられるため、その他のガンマ線等の寄与成分をＬＰＲＭ検出器３の出力から差し引き評価を行う。なお、放射線種類別変化予測手段２１および検出感度評価手段２０は、それぞれ炉心性能計算手段２４のデータを用いて評価を行う。
【００７９】
この第５の実施の形態によれば、照射履歴により放射線の種類に対する感度特性の変化が異なる検出器に対しても、ぞれぞれの感度変化を補正することにより、より正確な原子炉の出力レベルを評価可能となる。つまり、ＬＰＲＭ検出器３の寿命末期で、中性子感度が低くなった状態でも、ガンマ線成分を評価し差し引くことで、原子炉出力に比例した中性子成分のみを抽出することが可能となる。
【００８０】
次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。図９は本発明の第６の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置の構成図である。図９において、圧力容器１の炉心２内にＬＰＲＭ検出器集合体４が設けられ、ＬＰＲＭ検出器４内には、放射線検出器としてＬＰＲＭ検出器３が挿入されている。ＬＰＲＭ検出器３の出力は局部出力モニタ９で信号処理される。局所出力モニタ９からＬＰＲＭ検出器３での放射線の照射実績が検出感度評価手段２０に出力される。
【００８１】
検出感度評価手段２０は、検出器設置位置での放射線照射履歴を評価し、それに基づいて放射線検出器の放射線の種類別、たとえば、ガンマ線と熱中性子などの各々放射線に対する検出感度を評価する。一方、放射線種類別変化予測手段２１は、制御棒操作による検出器挿入位置でのガンマ線および中性子束の時間応答を計算評価する。
【００８２】
検出感度評価手段２０で評価されたＬＰＲＭ検出器３の出力信号および放射線変化予測手段２１の出力信号は、放射線検出割合評価手段２７に入力され、この放射線検出割合評価手段２７において、それぞれの時間応答の差異より検出器の中性子およびガンマ線に対する感度を評価する。この評価結果は、原子炉出力評価手段２９に入力され、中性子強度およびガンマ線強度を原子炉出力値およびその他のプロセス量の補正に用いる。また、この原子炉出力は、原子炉制御手段２５に入力され原子炉の制御を行う。なお、放射線種類別変化予測手段２１および検出感度評価手段２０は、それぞれ炉心性能計算手段２４のデータを用いて評価を行う。
【００８３】
この第６の実施の形態によれば、照射履歴により放射線の種類に対する感度特性の変化が異なる検出器に対しても、計算評価値と実測値の制御棒に対する時間応答を比較することによりガンマ線と中性子に対する感度の割合を実測でき、その値によって放射線検出器の出力を補正することにより、照射に伴う誤差の影響を低減でき、精度の優れた原子炉出力を評価できる。また。この正確な値により、より正確な原子炉制御が可能となる。
【００８４】
次に、本発明の第７の実施の形態を説明する。図１０は本発明の第７の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置の構成図である。図１０において、圧力容器１の炉心２内にＬＰＲＭ検出器集合体４が設けられ、ＬＰＲＭ検出器４内には、放射線検出器としてＬＰＲＭ検出器３が挿入されている。ＬＰＲＭ検出器３の出力は局部出力モニタ９で信号処理される。局所出力モニタ９からＬＰＲＭ検出器３での放射線の照射実績が検出感度評価手段２０に出力される。
【００８５】
検出感度評価手段２０は、検出器設置位置での放射線照射履歴を評価し、それに基づいて放射線検出器の放射線の種類別、たとえば、ガンマ線と熱中性子などの各々放射線に対する検出感度を評価する。一方、放射線種類別変化予測手段２１は、制御棒操作による検出器挿入位置でのガンマ線および中性子束の時間応答を計算評価する。
【００８６】
検出感度評価手段２０で評価されたＬＰＲＭ検出器３の出力信号および放射線変化予測手段２１の出力信号は、放射線検出割合評価手段２７に入力され、この放射線検出割合評価手段２７において、それぞれの時間応答の差異より検出器の中性子およびガンマ線に対する感度を評価する。
【００８７】
図１１は、制御棒操作後の時間応答から中性子成分とガンマ線成分を予測する場合の説明図である。図１１において、ｔ１は制御棒操作開始時点、ｔ２は制御棒操作終了時点、Ｐは実測された検出器出力信号、Ａ１はガンマ線成分＊０．３、Ａ２は中性子成分＋ガンマ線成分＊０．７である。時間応答の違いより、応答速度の遅い成分はガンマ線のうちの遅発ガンマ線で、その成分から即発ガンマ線量を推定し、全体のガンマ線寄与量を差し引くことが可能となる。
【００８８】
この評価結果は、放射線検出器診断手段２８に出力され、その割合が一定範囲を外れた場合に検出器の寿命と判定する。また、ＬＰＲＭ検出器３以外の放射線検出器においても、同様にガンマ線と中性子両方に感度を有するものが存在するが、同様に制御棒７の操作後の時間応答性から、それら割合を判別する。
【００８９】
この第７の実施の形態によれば、照射履歴により放射線の種類に対する感度特性の変化が異なる検出器に対しても、計算評価値と実測値の制御棒に対する時間応答を比較することによりガンマ線と中性子に対する感度の割合を実測できる。これにより従来解析的に決定していたＬＰＲＭ検出器３の使用期間を実際の性能より評価することが可能となり、最適な交換時期を決定することが可能となる。
【００９０】
次に、本発明の第８の実施の形態を説明する。図１２は本発明の第８の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置の構成図である。図１２において、原子炉内の燃料集合体の配置が６４個以下の構成となっている小型原子炉において、径方向９０度毎に４箇所、軸方向に４箇所以上に配置した２組の炉外中性子検出器１７と、この出力より制御棒７の引抜き監視を行う制御棒引抜監視装置３１とを備えている。
【００９１】
いずれの制御棒７に対しても、これら炉外中性子検出器１７を用いることで、沸騰水型原子炉においても従来と同等の応答速度で制御棒阻止信号を発生させることが可能となる。また、それぞれの位置の検出器を２重化することで、検出器単体の故障時のバックアップを可能とする。これにより、小型炉心においては、炉内検出器を削減した簡単な炉心が実現できる。
【００９２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ガンマ線により制御棒引き抜き監視が可能となる。中性子に比べガンマ線の方が監視するエリアが広いことより炉内に挿入する検出器数を削減できる。ガンマ線検出器は中性子検出器に比べ寿命が長いため、炉内に挿入する検出器の寿命延長を実現できる。また、寿命が長いが応答が間に合わない検出器に関しても、適用できる範囲を拡大できる。
【００９３】
従って、炉内検出器の交換頻度の低減により交換作業に伴う被爆の低減と、圧力容器および炉内計装管の溶接検査の削減を可能とし、定検短縮が可能となり、さらに安全な原子炉を実現することが可能となる。
【００９４】
ＬＰＲＭ検出器集合体数を減らすことができるので、圧力容器に設けているＬＰＲＭ用の計装管を削減でき、圧力容器の信頼性向上、溶接検査箇所の削減となる。また、ＬＰＲＭの交換頻度も低減でき定検短縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置の構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置での異常検出（その１）の説明図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置での異常検出（その２）の説明図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置での異常検出（その３）の説明図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置の構成図。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置の構成図。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置の構成図。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置の構成図。
【図９】本発明の第６の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置の構成図。
【図１０】本発明の第７の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置の構成図。
【図１１】本発明の第７の実施の形態における放射線検出割合評価手段での制御棒操作後の時間応答から中性子成分とガンマ線成分を予測する場合の説明図。
【図１２】本発明の第８の実施の形態に係わる原子炉炉内監視装置の構成図。
【図１３】従来の原子炉炉内監視装置の構成図。
【図１４】原子炉炉心でのＬＰＲＭ検出器集合体、燃料チャンネル、制御棒の配置図。
【符号の説明】
１  圧力容器  ２  炉心  ２Ａ  燃料チャンネル  ３  ＬＰＲＭ検出器  ４  ＬＰＲＭ検出器集合体  ５  ＴＩＰチューブ  ６  ＴＩＰ検出器  ７  制御棒  ８制御棒駆動装置  ９  出力領域モニタ  １０  原子炉安全保護システム  １１ガンマ線検出器  １２  ガンマサーモメータ  １３  ガンマ線信号処理手段  １４  ガンマ線変化予測手段  １５  炉心データ  １６  異常検出手段  １７  炉外中性子検出器  １８  出力分布監視手段  １９  平均出力監視手段  ２０  検出感度評価手段  ２１  放射線種類別変化予測手段  ２２  出力予測手段  ２４  炉心性能計算手段  ２５  原子炉制御手段  ２６  出力評価手段  ２７  放射線検出割合評価手段  ２８  放射線検出器診断手段  ２９  原子炉出力評価手段  ３１  制御棒引抜監視装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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