(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力プラント起動時に、出力が上昇してくる過程で炉出力一定を維持して、給水ポンプを、電動駆動型ポンプから、炉出力である出力蒸気を駆動源とするタービン駆動型ポンプへと、切替える機能を持つ原子力プラントにおいて、原子炉内の中性子束レベルを検出するための炉軸方向に複数個配置された中性子検出器とこの中性子検出器に並設して配置されて原子炉内の中性子束分布測定及び前記中性子検出器の感度校正を行うための複数個のγ線検出器とを収容したストリングの複数本と、前記中性子検出器の感度校正に先立って前記γ線検出器自体の校正を行うために当該γ線検出器を加熱するための前記ストリング毎に設けられた校正用ヒータと、前記γ線検出器で検出したγ線検出信号に基づいて中性子検出器の検出信号を校正する処理並びに、上記切替中の炉出力一定下でγ線検出器自体の感度校正を行うための校正指令を発生する処理を行う計算機と、上記切替中の炉出力一定下で前記校正指令に基づいて、電圧又は電流の制御信号を発生する電源制御装置及び対象ストリングを１本づつ切替えて前記制御信号に基づいて当該ストリングの校正用ヒータに電圧又は電流を供給加熱する電源装置を具備する複数個のヒータ制御装置と、この校正用ヒータへの加熱によるγ線検出器の検出信号を取り込み当該γ線検出器自体の感度校正を行い、前記計算機へこの校正結果を提供する手段を具備したデータ処理装置とを具え、前記計算機と複数のヒータ制御装置とデータ処理装置を中央制御室に設置した固定式原子炉内計装システム。
【請求項２】
原子力プラント起動時に、出力が上昇してくる過程で炉出力一定を維持して、給水ポンプを、電動駆動型ポンプから、炉出力である出力蒸気を駆動源とするタービン駆動型ポンプへと、切替える機能を持つ原子力プラントにおいて、原子炉内の中性子束レベルを検出するための炉軸方向に複数個配置された中性子検出器とこの中性子検出器に並設して配置されて原子炉内の中性子束分布測定及び前記中性子検出器の感度校正を行うための複数個のγ線検出器とを収容したストリングの複数本と、前記中性子検出器の感度校正に先立って前記γ線検出器自体の校正を行うために当該γ線検出器を加熱するための前記ストリング毎に設けられた校正用ヒータと、前記γ線検出器で検出したγ線検出信号に基づいて中性子検出器の検出信号を校正する処理を行う計算機と、上記切替中の炉出力一定下でマニュアルで与える校正指令に基づいて、電圧又は電流の制御信号を発生する電源制御装置及び対象ストリングを１本づつ切替えて前記制御信号に基づいて当該ストリングの校正用ヒータに電圧又は電流を供給加熱する電源装置を具備する複数個のヒータ制御装置と、この校正用ヒータへの加熱によるγ線検出器の検出信号を取り込み当該γ線検出器自体の感度校正を行い、前記計算機へこの校正結果を提供する手段を具備したデータ処理装置とを具え、前記計算機と複数のヒータ制御装置とデータ処理装置を中央制御室に設置した固定式原子炉内計装システム。
【請求項３】
前記ヒータ制御装置の台数を、４台又は７台とする請求項１又は２の固定式原子炉内計装システム。
【請求項４】
前記ヒータ制御装置の台数を、前記１つのストリングに収容されたγ線検出器の校正に要する時間とストリングの個数の積を前記中性子検出器の感度校正のために許された許容時間で割った数よりも多い台数としたことを特徴とする請求項１又は２の固定式原子炉内計装システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉内に設置した中性子検出器の出力信号に基づいて原子炉出力を測定する原子炉内計装システムに係り、特に中性子検出器の感度劣化の校正のために、γ線検出器の出力信号を利用する固定式原子炉内計装システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉の炉出力を測定する中性子検出器は、周知のように、例えば被覆管内に核分裂性物質を収容して構成され、その核分裂性物質が中性子を吸収して核分裂したときのガス電離作用を利用して、炉出力に対応した出力信号を得るようになっている。そして、この中性子検出器は、局所出力領域モニタ（Local Power Range Monitor:以下ＬＰＲＭと略記し、中性子検出器をＬＰＲＭセンサともよぶ）用のセンサとして炉心軸方向に複数個配置されて使用されるが、炉内での使用により核分裂性物質の量が減少して検出感度が徐々に変化するため、これを校正する必要がある。このために従来は、可動式炉内計装装置（ＴＩＰ：Traversing Incore Probe System）が用いいられていた。これは、ＴＩＰ検出器を炉外から炉内に挿入し、上下方向に移動させて、原子炉の上下方向の中性子束分布の測定データを収集して、この収集データを基に軸方向の中性子束分布の測定を行い、ＬＰＲＭセンサの感度校正を行うものである。
【０００３】
しかし、ＴＩＰを使用するためには、原子炉建屋内にその駆動系を設置するスペースが必要となり、またその操作が複雑で測定に長い時間を要する等の問題があり、これを解決するものとして例えば特開平６−２８９１８２号公報、特開平９−２３６６８７公報、あるいは Proceedings of a Specialists' Meeting on In Core Instrumentation and Reactor Assessment（1988，June）のp.271-p.277の“Technology and Use of Gamma Thermometers" に記載されているように、中性子検出器を収容する保護管内にγ線検出器を設置し、そのγ線検出器により測定される炉出力に基づいて、中性子検出器の感度を校正することが提案されている。
【０００４】
γ線検出器は、炉心内のγ線や僅かではあるが中性子から付与されるエルネギー（放射線照射）によって発熱する金属の温度を、熱電対や測温抵抗体などの測温手段で測定することにより炉出力（γ線束や中性子束が炉出力に比例する）を測定するものである。このγ線検出器は、中性子検出器に比べて応答性に劣るから、原子炉の安全保護系の検出器としては適さないが、炉心の軸方向出力分布を測定するものとしても適用することができ、これを利用して炉心軸方向に配置された中性子検出器の校正を行うものである。但し、Transactions of the American Nuclear Society, Ｖol.７５（１９９６  Nov.）のｐ．３３３−ｐ．３３４の“Application of the Gamma Thermometer to BWR Core Monitoring"に示されているように、γ線検出器の感度はプラント運転経過に伴い変化するために、γ線検出器自体に対する校正も必要である。この校正にあたっては、内部に設けた校正用ヒータを加熱し、そのヒータにより与えた熱量とγ線検出器の出力電圧及び別途用意される校正曲線（発熱量とγ線検出器の出力電圧の関係を示したもの）を基にして上記感度を補正するが、そのとき校正用ヒータの発熱量が時間と共に所望の値となるように制御するためヒータ制御装置が必要である。上記の特開平９−２３６６８７号公報には、γ線検出器の校正のための信号処理系とともに、このヒータ制御装置の配置構成が述べられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＰＲＭセンサの感度校正は原子炉起動時、原子炉定格出力時、原子炉停止前に実施されるが、いずれにしても炉出力が一定に維持された状態で実施されなければならない。このため、従来のＴＩＰ検出器を用いる場合には、原子炉起動時のＬＰＲＭセンサの感度校正は、炉出力が低い状態でなされる。具体的には給水ポンプを電動駆動型ポンプからタービン駆動型ポンプに切替えるために、炉出力を一定に維持している状態のときに並行して実施される。その他の状態では炉出力が低く、かつ一定に維持される場合がない。また、ＬＰＲＭセンサの感度校正のためだけに、所定時間一定に保つようなことをするのはその分定格出力到達時間が遅れるため不経済である。従って、γ線検出器を用いた固定式原子炉内計装システムにおいても、原子炉起動時のＬＰＲＭセンサの感度校正は、この給水ポンプ切替際の出力一定期間にγ線検出器の出力信号を基にして行う必要がある。ところが、γ線検出器の場合には、ＴＩＰ検出器と動作原理が異なっており、γ線照射によって発生した熱（温度）を熱電対で計測するようになっているが、前述のように運転経過に伴ってγ線検出器の感度が変化する。特に原子炉起動時には、γ線検出器の感度変化が大きい。従って、原子炉起動時のＬＰＲＭセンサの感度校正前にγ線検出器自体の校正が必要である。
【０００６】
そこでこのγ線検出器の校正に要する時間を具体的に考える。校正用ヒータの数はγ線検出器のストリング数と同一であり、γ線検出器のストリング数はＬＰＲＭセンサのストリング数に対応している。例えば、１３５０ＭＷｅ級のプラントでは５２本のＬＰＲＭストリングがあり、１１００ＭＷｅ級のプラントでは４３本のＬＰＲＭストリングがあり、校正用ヒータを用いたγ線検出器１ストリングの校正時間は１０分程度であるので、もし１台のヒータ制御装置を用いて５２台、あるいは４３台の校正用ヒータすべてを制御したのでは、γ線検出器自体の校正に５２０分、あるいは４３０分も要してしまうことになる。これに対して、給水ポンプ切替時に原子炉出力を一定に保持している時間は、長くても約２時間２０分（１４０分）である。従って、１台のヒータ制御装置を用いたのでは、全γ線検出器自体の校正のために、１３５０ＭＷｅ級プラントでは５２０−１４０＝３８０分（６時間２０分）、１１００ＭＷｅ級プラントでは４３０−１４０＝２９０分（４時間５０分）も炉出力一定運転の時間を延長する必要があり、その分定格出力到達が遅れ、非常に不経済なことになる。このような不都合を生じないようにするためには、ヒータ制御装置を複数個設けて同時処理する必要があるが、前記した従来技術には、上記の問題点を考慮した対策の具体的な記述はない。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであり、その発明の目的は、プラント起動時間の伸長を生じることなしにγ線検出器の校正を可能にした構成の固定式原子炉内計装システムを提供するところにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原子力プラント起動時に、出力が上昇してくる過程で炉出力一定を維持して、給水ポンプを、電動駆動型ポンプから、炉出力である出力蒸気を駆動源とするタービン駆動型ポンプへと、切替える機能を持つ原子力プラントにおいて、原子炉内の中性子束レベルを検出するための炉軸方向に複数個配置された中性子検出器とこの中性子検出器に並設して配置されて原子炉内の中性子束分布測定及び前記中性子検出器の感度校正を行うための複数個のγ線検出器とを収容したストリングの複数本と、前記中性子検出器の感度校正に先立って前記γ線検出器自体の校正を行うために当該γ線検出器を加熱するための前記ストリング毎に設けられた校正用ヒータと、前記γ線検出器で検出したγ線検出信号に基づいて中性子検出器の検出信号を校正する処理並びに、上記切替中の炉出力一定下でγ線検出器自体の感度校正を行うための校正指令を発生する処理を行う計算機と、上記切替中の炉出力一定下で前記校正指令に基づいて、電圧又は電流の制御信号を発生する電源制御装置及び対象ストリングを１本づつ切替えて前記制御信号に基づいて当該ストリングの校正用ヒータに電圧又は電流を供給加熱する電源装置を具備する複数個のヒータ制御装置と、この校正用ヒータへの加熱によるγ線検出器の検出信号を取り込み当該γ線検出器自体の感度校正を行い、前記計算機へこの校正結果を提供する手段を具備したデータ処理装置とを具え、前記計算機と複数のヒータ制御装置とデータ処理装置を中央制御室に設置した固定式原子炉内計装システムを開示する。
更に本発明は、原子力プラント起動時に、出力が上昇してくる過程で炉出力一定を維持して、給水ポンプを、電動駆動型ポンプから、炉出力である出力蒸気を駆動源とするタービン駆動型ポンプへと、切替える機能を持つ原子力プラントにおいて、原子炉内の中性子束レベルを検出するための炉軸方向に複数個配置された中性子検出器とこの中性子検出器に並設して配置されて原子炉内の中性子束分布測定及び前記中性子検出器の感度校正を行うための複数個のγ線検出器とを収容したストリングの複数本と、前記中性子検出器の感度校正に先立って前記γ線検出器自体の校正を行うために当該γ線検出器を加熱するための前記ストリング毎に設けられた校正用ヒータと、前記γ線検出器で検出したγ線検出信号に基づいて中性子検出器の検出信号を校正する処理を行う計算機と、上記切替中の炉出力一定下でマニュアルで与える校正指令に基づいて、電圧又は電流の制御信号を発生する電源制御装置及び対象ストリングを１本づつ切替えて前記制御信号に基づいて当該ストリングの校正用ヒータに電圧又は電流を供給加熱する電源装置を具備する複数個のヒータ制御装置と、この校正用ヒータへの加熱によるγ線検出器の検出信号を取り込み当該γ線検出器自体の感度校正を行い、前記計算機へこの校正結果を提供する手段を具備したデータ処理装置とを具え、前記計算機と複数のヒータ制御装置とデータ処理装置を中央制御室に設置した固定式原子炉内計装システムを開示する。
【０００９】
更に本発明は、ヒータ制御装置の台数を、４台又は７台とする固定式原子炉内計装システムを開示する。
【００１０】
更に本発明は、ヒータ制御装置の台数を、前記１つのストリングに収容されたγ線検出器の校正に要する時間とストリングの個数の積を前記中性子検出器の感度校正のために許された許容時間で割った数よりも多い台数としたことを特徴とする固定式原子炉内計装システムを開示する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１に、本発明の一実施形態の固定式原子炉内計装装置の全体構成図を示す。図示のように、原子炉圧力容器１の炉心２内に複数の検出器集合体が設けられており、各検出器集合体は、炉心を貫通して設けられた保護管３の内部に、出力領域の中性子を検出する複数の中性子検出器（ＬＰＲＭセンサ）５Ａ〜５Ｄと、このＬＰＲＭセンサ５Ａ〜５Ｄの校正手段と第２の炉出力検出手段とを兼用する複数のγ線検出器４ａ〜４ｋを挿入して構成されている。ＬＰＲＭセンサ５Ａ〜５Ｄ及びγ線検出器４ａ〜４ｋを入れた保護管３は、炉内に複数設置（例えば、５２体）されるため、これらから出力される信号を処理する装置は複数になり、図１では、各装置を重ね書きで示している。
【００１３】
ＬＰＲＭセンサ５Ａ〜５Ｄは炉心の軸方向に沿って設けられている。この縦方向に４個設けられたＬＰＲＭセンサ列をＬＰＲＭストリングという。１３５０ＭＷｅ級のプラント（ＡＢＷＲプラント）では、このＬＰＲＭセンサのストリング数は５２本である。つまり、センサ数としては合計２０８個になる。また、１１００ＭＷｅ級のプラントでは、ＬＰＲＭセンサのストリング数は４３本である。そして、ＬＰＲＭセンサの出力信号５Ｓは、信号ケーブルを介して、ペネトレーションＰを通過し、格納容器１５外に設置される伝送処理装置６に入力される。伝送処理装置６は、高周波信号を抑制して中性子束信号を出力するためのフィルタリング手段６１、６２及び原子炉建屋外（例えば、中央制御室）へフィルタリング処理後のＬＰＲＭ測定信号を選択的に取込んで所定形式の伝送データに変換して伝送するための伝送装置６３を備えている。伝送装置８は伝送されてくるＬＰＲＭ信号を受信するとＬＰＲＭ装置１０に、これらの信号を出力する。ＬＰＲＭ装置１０はＬＰＲＭセンサの感度補正及びゲイン調整の機能を備えている。ＬＰＲＭ装置１０の出力信号は、局所炉出力信号として出力される他、ＡＰＲＭ（平均出力領域モニタ）装置１１と計算機１４に出力されている。ＡＰＲＭ装置１１は、ＬＰＲＭ装置１０の出力信号を入力し、原子炉の平均出力を算出し、平均炉出力として出力する。また、ＡＰＲＭ装置１１は、この平均出力があらかじめ定めた基準値を超えた場合、原子炉に制御棒を緊急挿入して原子炉出力を停止させるためのスクラム信号を出力する。
【００１４】
一方、γ線検出器４ａ〜４ｋはＬＰＲＭセンサの数よりも多く設けられており、ＬＰＲＭセンサに対して径方向の位置を異ならせて、かつ炉心の軸方向に沿って設けられている。このように、γ線検出器の設置数を多くしているのは、ＬＰＲＭセンサの校正精度、及び軸方向出力分布測定精度を高めるためである。図示例では、１１個のγ線検出器を設けたものを示しているが、ＬＰＲＭセンサと同数あるいはそれ以上であればよく、例えば９個あるいは８個であってもよい。γ線検出器についても、縦方向に各々設けられたγ線検出器の１列をγ線検出器ストリングという。図１から明らかなように、γ線検出器ストリング数とＬＰＲＭセンサのストリング数は同一である。γ線検出器は、炉心２内での放射線照射によって発熱する金属の温度を熱電対等で測定することにより、原子炉出力を測定するものである。また、γ線は水ギャップの影響を受けないため、γ線検出器をＬＰＲＭセンサに対して径方向の位置を異ならせて設置しても、その影響を受けることなく原子炉出力を測定できる。ただし、放射線による発熱のセンサ感度が変化する。この感度変化は、後述するが、γ線検出器４内に電気ヒータ（校正用ヒータ）を設置し、この電気ヒータに印加する電圧と電流、及び電気ヒータの抵抗を基に加熱量を評価し、この加熱量と上記熱電対の出力電圧、及び別途用意される校正曲線（発熱量と熱電対出力電圧の関係を示したもの）を基にしてセンサ感度を求め、この求めた感度を用いて熱電対の出力信号を補正することでγ線検出器自体の校正が完了する。
【００１５】
γ線検出器の出力信号４Ｓは熱電対出力信号であり、格納容器１５を貫通しているペネトレーションＰを通って、原子炉建屋内に設置された伝送処理装置７に入力される。伝送処理装置７は、６と同一構成になっており、フィルタ６１，６２で電気ノイズを除去、あるは抑制して伝送装置６３により、原子炉建屋外、例えば中央制御室に設置される伝送装置９にフィルタリング処理後のγ線検出器の測定信号を選択的に取込んで所定形式の伝送データに変換して伝送する。原子炉建屋と中央制御室間は例えば１５０〜２００ｍ程度も離れており、かつ信号点数が多いため、両者間は伝送によって信号を送信するように構成した方が安価であり、かつγ線検出器の出力信号が熱電対出力信号であり数ｍＶと微弱であるため、ディジタル伝送にすることにより、耐ノイズ性を向上させることが可能である。
【００１６】
伝送装置９の出力信号はデータ処理装置１２に入力される。データ処理装置１２は信号処理手段１２１、データ出力禁止手段１２２、校正定数算出手段123から成っている。校正定数算出手段１２３は校正に係る情報を表示器１２Ｓに出力し、表示させる。信号処理手段１２１は、入力信号であるγ線検出器の出力信号によりＬＰＲＭセンサの出力信号を校正できるようにするためにデータ変換し、この変換結果をデータ出力禁止手段１２２を介して計算機１４に出力する。さらに、信号処理手段１２１は、γ線検出器の出力信号を校正定数算出手段１２３に出力する。校正定数算出手段１２３はγ線検出器自体を校正するためのものである。データ出力禁止手段１２２は、γ線検出器を校正するための作業を実施しているときには、信号処理手段１２１の出力信号を計算機１４に出力させないためのものである。具体的には、プラント運転中にヒータ制御装置１３により、γ線検出器内に設置した校正用ヒータを加熱して、γ線検出器の出力信号変化を検出し、γ線検出器の校正を実施しているときは、計算機１４への信号処理手段１２１からの信号出力を禁止する。この制御は、電源制御装置１３５からデータ出力禁止手段１２２及び校正定数算出手段１２３に出力される制御信号によってなされる。データ出力禁止手段１２２はこの制御信号が入力されると、信号処理手段１２１からの出力信号を計算機１４へ出力することを禁止し、校正定数算出手段１２３は、γ線検出器自体の校正のための演算処理を実施する。これにより、γ線検出器の校正中に、誤ってプラントデータとは異なるデータに基づいてＬＰＲＭセンサを校正したり、炉心の出力分布を計算してしまうことを防止することができる。
【００１７】
図１においては、ＬＰＲＭセンサがγ線検出器と同一高さ（軸方向位置）にある場合を示しており、ＬＰＲＭセンサ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄがγ線検出器４ｃ、４ｅ、４ｇ、４ｉとそれぞれ同一高さに設置されている。したがって、これらのＬＰＲＭセンサ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄはそれぞれγ線検出器４ｃ、４ｅ、４ｇ、４ｉの出力に基づいて校正することが可能であり、校正定数は計算機１４によって求められる。計算機１４は、ＬＰＲＭセンサの校正定数の算出以外に、炉出力分布（３次元出力分布や軸方向出力分布）の算出、及び熱的余裕評価を主な機能としている。ＬＰＲＭセンサの校正定数の算出は、ＬＰＲＭセンサの出力信号と信号処理手段１２１の出力信号とを比較判定して処理される。また、３次元出力分布や軸方向出力分布の算出及び熱的余裕評価は、炉心状態データ（熱的収支データ、炉心流量等）と信号処理手段１２１の出力信号等を用いて３次元炉心シミュレーションを実行して処理される。
【００１８】
計算機１４は、全ての検出器集合体のγ線検出器の出力をデータ変換した信号を入力し、ＬＰＲＭ装置１０からのＬＰＲＭセンサの出力信号に対応するγ線検出器の出力信号を選択する。図１の例では、ＬＰＲＭセンサ５Ａ〜５Ｄの出力信号と、γ線検出器４ｃ、４ｅ、４ｇ、４ｉの出力信号をそれぞれ入力し、それぞれの出力信号のレベル比（Ａ／ｃ、Ｂ／ｅ、Ｃ／ｇ、Ｄ／ｉ）を求め、それぞれのレベル比に応じてＬＰＲＭセンサ５Ａ〜５Ｄの校正定数（ゲイン）を算出し、例えばプリンタに出力する。そして、そのプリント結果の校正定数をＬＰＲＭ装置１０に手入力し、ＬＰＲＭセンサの感度劣化を補正する。なお、プリンタを介さずに、自動的にＬＰＲＭ装置１０に入力して校正定数を変更するようにしてもよい。
【００１９】
図２は、１つのγ線検出器４ａ（他も同様）の構成例を示しており、γ線検出器４ａの外周には冷却材（炉心流量）が軸方向に流れて冷却されているが、その内側の一部には例えばアルゴンを充填した断熱チャンバ４１が設けられている。その内側にはγ線発熱金属４２（例えばＳＵＳ）が設けられ、これは放射線照射により発熱する、更にその内側に熱電対４３が複数個同心円状に配置され（図２では８個）、その中央には校正用ヒータ４４が配されている。各熱電対の高温接点部４３Ａは断熱チャンバ４１におおわれた部分にあり、冷温接点部４３Ｂは断熱チャンバにおおわれていない部分にある。従ってγ線により発熱した発熱金属４２の断熱チャンバ４１の内側部分は冷却されず、高温接点部４３Ａの温度はほぼその熱せられた金属４２の温度となる。一方、冷温接点部４３Ｂの温度は、断熱チャンバ４１がないところの発熱金属４２が冷却材で冷却されるためにほぼ冷却材の温度になる。この２つの接点を持つ熱電対４３は差動型熱電対を構成し、上記両測定温度の差が測定電圧（ｍＶ）として出力される。
【００２０】
ヒータ制御装置１３は、原子炉建屋外である中央制御室に設けられており、プラント運転中にγ線検出器校正指令を受け、校正用ヒータ４４の加熱制御を行う。このヒータ制御装置１３は、校正用ヒータ４４に電圧を印加する電源装置１３４、この電源装置１３４の出力電圧かつまたは出力電流を制御する電源制御装置１３５、電源装置１３４の出力電圧の出力先を変更する切替スイッチ１３３、ノイズ低減のためのフィルタ１３１、１３２を備えている。詳細は後述するが、ヒータ制御装置１３は複数台あり、図１の構成例では４台設け、同時に４個の校正用ヒータの加熱制御が可能で、従って同時に４ストリングのγ線検出器の校正が可能なようにしている。電源装置１３４の出力電圧はプラント運転中に校正用ヒータ４４に印加され、校正用ヒータ４４が加熱される。放射線照射による発熱量にこの加熱量が加わることによりその分上昇した電圧が前述した差動型熱電対から出力される。これが伝送処理装置７に取り込まれ、中央制御室に伝送され、伝送装置９で受信され、データ処理装置１２の信号処理手段１２１及び校正定数算出手段１２３により処理されて、γ線検出器自体の校正がなされる。１つのストリングのγ線検出器の校正が終了すると、切替スイッチ１３３を切替えて他のストリングのγ線検出器の校正用ヒータを制御して校正を実施する。
【００２１】
次に、γ線検出器の校正について詳しく説明する。γ線検出器の出力電圧、つまり差動型熱電対の出力電圧Ｕは（数１）で与えられる。
【数１】
0003863690.tif 000002
ここで、 Ｓ0は検出器感度（ｍＶ／（ｗ／ｇ））、αは非線形係数（１／ｍＶ）、Ｗは放射線から付与される発熱量（ｗ／ｇ）である。この（数１）において、検出器感度Ｓ0がプラント運転経過に伴って変化する。これは、図２のγ線発熱金属４２であるＳＵＳに含まれている水素が、ＳＵＳ自体の放射線発熱により断熱チェンバ４１に入り込んできて、断熱特性を変化させることによって生じるものである。従って、プラント起動時の出力上昇過程及びその後の一定期間においては、検出器感度Ｓ0の変化が大きく、プラント出力一定の運転においては、検出感度Ｓ0の変化は小さい。このため、プラント起動時及びその後の一定期間においては、検出感度Ｓ0を補正するための校正を実施する。また、現在は、原子力プラントは出力一定運転を実施しているが、電力需要等の関係などから負荷追従運転を実施するようになると、出力が変わることによって上記γ線発熱金属４２であるＳＵＳの発熱が変化するため、出力変化後に検出感度Ｓ0の校正を実施する。また、出力一定運転の時には、一定間隔で校正を実施する。校正開始は、図１のγ線検出器校正指令を発行することによって実施可能であり、マニュアルで指令を与えたり、計算機１４からオンデマンドで与えることによって達成できる。
【００２２】
γ線検出器の具体的校正は以下のようになされる。図３にγ線検出器の校正曲線を示す。プラント運転中の放射線加熱に対する熱電対出力電圧は（数式１）に示した通りであり、この状態で校正用ヒータをΔＷだけ加熱すると、熱電対出力電圧はΔＵだけ変化しＵ′（ｍＶ）になる。ヒータ加熱量は、校正用ヒータの抵抗と流した電流あるいは印加した電圧により求めることが可能であり、ヒータ加熱前後の熱電対出力電圧Ｕ、Ｕ′を測定することにより新たな検出器感度Ｓ０を求めることが可能である。この計算が校正定数算出手段１２３でなされる。ヒータ加熱後の熱電対出力電圧Ｕ′は次の（数２）で表わせる。
【数２】
0003863690.tif 000003
ここで、ΔＷは校正用ヒータの加熱量（ｗ／ｇ）である。（数１）及び（数２）より検出器感度Ｓ0を求めると（数３）を得る。
【数３】
0003863690.tif 000004
従って、校正定数算出手段１２３は、（数３）を演算して新たな検出器感度Ｓ0を算出し、この校正した感度Ｓ0を信号処理手段１２１に出力する。ただし、ΔＷの算出にあたっては、例えば校正用ヒータの単位長さ当りの抵抗をＲ（Ω／cm）、γ線発熱金属の単位長さ当りの質量をＭ（ｇ／cm）、校正用ヒータに流れる電流をＩとすると、ΔＷ＝Ｉ２Ｒ／Ｍ（ｗ／ｇ）で計算できる。電源装置１３４は、電源制御装置１３５によって出力電流及び出力電圧が制御されるため、図１に示すように電源制御装置１３５から校正定数算出手段１２３にも電源装置１３４に出力した制御信号（この例では出力電流情報）を出力することにより、校正用ヒータに流れる電流Ｉを校正定数算出手段１２３で求めることができる。図１の例では、出力電流情報としたが出力電圧情報を与えて、印加電圧によりΔＷを算出してもよい。さらに、出力電流情報や出力電圧情報の制御信号ではなく、電源装置から出力された電流あるいは電圧の測定データを電源装置１３４から校正定数算出手段１２３に出力してΔＷを算出してもよい。
【００２３】
校正用ヒータ４４の加熱においては、電源制御装置１３５が電源装置１３４を制御して図４に示すように、まず、ヒータへの熱ストレスを緩和するように、ランプ的にヒータ電流Ｉを上昇させ、所定値で一定値を保つ。発熱量ΔＷは、このヒータ電流に対して応答遅れを伴って上昇し、その後一定になる。この一定となっている状態での熱電対出力電圧を測定して、検出器感度Ｓ0を求める。その後、ヒータ電流を更にランプ的に上昇させ、一定に保つ。発熱量ΔＷが再度上昇し、安定となっている状態で、熱電対出力電圧を測定して、検出器感度Ｓ0を求める。図４では、この作業を合計３回実施して、１つのストリングのγ線検出器に対して異なった発熱量ΔＷを与えて、それぞれのγ線検出器４ａ〜４ｋの新たな検出器感度Ｓ0を求め、例えば異なった発熱量ΔＷごとに求めたＳ0の平均をとったり、最小二乗法によりフィッテングすることにより、より一層精度を向上させることができる。図４の時間ｔ０からｔ１の期間、つまり１つのストリングのγ線検出器の所要校正時間は約１０分である。１つのストリングの校正が終了したら、ヒータ電流を０にした後に、切替スイッチ１３３を切り替えて他のストリングの校正を行う。このように切替スイッチ１３３の切替え時にヒータ電流を０とすることでスイッチングノイズの発生を防止し、γ線検出器の出力信号及び中性子検出器の信号をはじめ他の微弱信号計測系へのノイズ混入を防止できる。なおこの校正中に炉出力が変わるとそのための出力電圧変化が生じるから、校正中は炉出力が一定の状態で実施する必要がある。
【００２４】
さて、信号処理手段１２１は、校正定数算出手段１２３で算出された新たな感度Ｓ0を入力すると、このＳ0を用いて下記の（数４）に従って放射線発熱量Ｗを求め、別途用意される放射線発熱量Ｗと炉出力あるいは中性子束との関係を用いて、炉出力あるいは中性子束レベルに変換し、これらの信号をデータ出力禁止手段１２２を介して計算機１４に出力する。
【数４】
0003863690.tif 000005
なお、（数４）は（数１）より求められる。計算機１４では、これらの入力データ及びＬＰＲＭ装置１０からの局所出力信号（ＬＰＲＭ信号）を用いて、ＬＰＲＭセンサ５Ａ〜５Ｄの校正及び出力分布計算を実施する。ＬＰＲＭセンサの校正は、ＬＰＲＭセンサと同一高さに設けられたγ線検出器の出力信号の信号変換済みのデータ（両信号を直接比較可能なデータに変換したもの）を比較し、ＬＰＲＭセンサの出力が該当するγ線検出器の信号変換済みのデータと同一になるようにゲインを求める。これが校正定数であり、ＬＰＲＭ装置１０で用いられる新たなゲイン定数となる。また、出力分布計算は図５に示すように、炉心状態データを入力して、流量分布，ボイド分布を求め、さらに出力分布を求め、計算を繰返して、最終的にγ線検出器の出力信号と一致する出力分布を算出する。
【００２５】
さて、従来技術で述べたように、１３５０ＭＷｅ級プラントの場合、γ線検出器ストリング数は５２個あり、１ストリングあたりのγ線検出器は多くても１１個である。γ線検出器の出力信号は１点あたり１０ｍsec程度で十分サンプリングすることができる。このため、データ処理装置１２には、高々５.７sec（５２×１１×１０ｍsec）程度で全γ線検出器の出力信号を入力することができる。
また、データ処理装置の演算周期は数十ｍsecであり、計算機１４によるＬＰＲＭセンサの校正定数算出は１分以内には完了する。これに対して前述した様に、校正用ヒータの制御に約１０分（図４の時間ｔ１−ｔ０）を要す。従って、γ線検出器自体の校正を開始して、ＬＰＲＭセンサの校正定数を算出するまでの時間は、ほぼ校正用ヒータの所要制御時間で決定されることになる。一方、γ線検出器の感度Ｓ0はプラント起動時に変化しやすいため、給水ポンプ切替のための作業期間を利用してγ線検出器自体の校正をすることが有効であり、給水ポンプ切り替えのために炉出力を一定に保持している時間は約２時間２０分（１４０分）である。この内訳としては、ポンプ切替作業に１時間、直員の引継ぎ、交替に１時間から１時間２０分要している。特に直員の引継ぎ、交替にあたっては、プラントの運転信頼性向上の観点から炉出力が一定になっている時に実施するようにしている。
そこで本発明では、校正用ヒータの所要制御時間と、プラント起動時ポンプ切替に伴う炉出力一定の時間とから、この時間内に全γ線検出器の校正が完了するようにするためのヒータ制御装置の最適台数を以下のように決定した。
【００２６】
いま、ヒータ制御装置の台数をＮ、γ線検出器のストリング数をＭ、γ線検出器１ストリング当たりの校正時間をＴ（分）、炉出力一定時間をＬ（分）とすると、Ｌ分以内にγ線検出器をすべて校正するには（数５）を満足する様にＮを決定する必要がある。
【数５】
0003863690.tif 000006
以下では、図４に示した様にγ線検出器１ストリングの校正時間Ｔは約１０分であり、γ線検出器のストリング数ＭはＬＰＲＭセンサのストリング数と同一であるものの、プラント出力容量によって異なるため、最新プラントである１３５０ＭＷｅ級プラントと１１００ＭＷｅ級プラントを例に（数５）の関係を明らかにすることにした。また、（数５）のＬは前述した給水ポンプ切替時の炉出力一定期間１４０分とする。このとき、全γ線検出器を校正するのに必要な時間ＭＴをヒータ制御装置の台数Ｎをパラメータとして求めると、（表１）となる。
【表１】
0003863690.tif 000007
この表からわかるように、いずれのプラントタイプに対してもヒータ制御装置の台数は４台以上にする必要がある。つまり、ヒータ制御装置を４台以上とし、同時にこれらのヒータ制御装置を動作させて複数のγ線検出器自体の校正をすれば、校正のためにプラント起動時間の伸長は不要となり、計画通りに定格出力に到達させることができ、経済的に大きな効果が得られる。
【００２７】
この観点に基づき図１では最小台数である４台のヒータ制御装置を設けた場合の構成を示した。この場合、１３５０ＭＷｅ級プラントでは、各ヒータ制御装置に接続される校正用ヒータは１３本となる。つまり、１台の電源装置１３４で、順次１３本の校正用ヒータの加熱量を制御し、これが４台並列に同時に実施されることになる。一方、１１００ＭＷｅ級プラントでは、４台のヒータ制御装置には、例えばそれぞれ、１１本、１１本、１１本、１０本の校正用ヒータが接続され、４台のヒータ制御装置によって同時に並行して複数の校正用ヒータの加熱制御がなされる。なお、図１の例ではデータ処理装置１２は２台とし、図示していないが、２台のヒータ制御装置１３からの情報が１台のデータ処理装置１２に入力され、残り２台のヒータ制御装置１３からの情報が他のデータ処理装置１２に入力され、各データ処理装置１２でγ線検出器の校正がなされるものとしている。
【００２８】
表１の例では、給水ポンプ切替時の炉出力一定時間は１４０分としていたが、プラントによっては給水ポンプの切替に自動制御装置を適用してその切替時間を短縮する場合がある。この場合、上記の例で約１時間と考えた吸水ポンプ切替時間が約１５〜３０分に短縮される。また、直員の引継ぎ、交替は約１時間から１時間２０分である。従って、このケースの最短時間はＬ＝１時間１５分（７５分）となる。この場合は、（数５）の条件を満たすヒータ制御装置の台数は、表１からも明らかなように１３５０ＭＷｅ級プラントで７台以上、１１００ＭＷｅ級プラントで６台以上となる。従って、これらの台数のヒータ制御装置を設置して、γ線検出器の校正を実施することがプラント起動時間の短縮に対応でき、定格出力到達時間を短縮して経済性を高めることが可能である。
【００２９】
さらに以上の説明ではγ線検出器１ストリングあたりの校正時間Ｔを約１０分として扱っていた。これは、図４のように校正用ヒータを制御し、その結果として出力されるγ線検出器の出力信号をフィルタリング処理して、γ線検出器の校正を実施する場合であるが、γ線検出器自体の校正時間短縮の観点から、伝送処理装置６にて入力信号を微分して応答性を高める方法を用いることもできる。しかしこの方法では、入力信号にγ線によるゆらぎノイズ、入力信号増幅器のノイズ、及びＡ／Ｄ変換器の量子化ノイズがあるため、これらのノイズをフィルタで抑制しかつ適度な微分係数を設定する必要がある。こうして、γ線検出器出力信号を位相進み／遅れ回路（具体的にはソフト処理)で処理することにより、諸ノイズの影響を抑制して出力信号の遅れを改善することが可能である。この場合、約１分程度の短縮を図ることができ、１ストリングあたりの校正時間は９分程度にすることができる。この方法を用いると、炉出力一定時間Ｌ＝１４０分の場合、（数５）から明らかな様に、１３５０ＭＷｅ級プラントでは、ヒータ制御装置の台数Ｎは前回と同様に４台であるが、１１００ＭＷｅ級プラントでは３台でよい。
【００３０】
なお、プラント出力容量に対応してヒータ制御装置の台数を変えるよりも、台数を共通にして、標準設計により固定式原子炉内計装システムを開発、製作した方がシステム価格を低減できる場合もある。ここで検討している２つのプラントに共通するヒータ制御装置の所要台数は、Ｌ＝７５分の場合７台であるので、これを固定したときは１３５０ＭＷｅ級プラントでは、例えば、７台のヒータ制御装置のうちの５台のヒータ制御装置に各々８本の校正用ヒータを接続し、残り２台のヒータ制御装置に各々６本の校正ヒータを接続する構成とする。また、Ｌ＝１４０分の場合は４台に固定することになる。
【００３１】
次に、ヒータ制御装置の信頼性向上について述べる。図１において、校正用ヒータ４４の加熱制御を実施するヒータ制御装置１３、特に電源装置１３４は他の計装装置と比較すると電力容量が大きく、電力制御を行うため、使用する半導体素子、例えばパワートランジスタの故障率が他の部品と比較して高く、結果として、他計装装置と比べ故障しやすい。しかも、前述した様にヒータ制御装置１３は複数台設けるため、ヒータ制御装置、とりわけその構成装置である電源装置が故障する確率が高くなる。ところがヒータ制御装置１３はγ線検出器自体の校正に使用されるものであるため、高信頼度が要求される。従って、ヒータ制御装置１３が健全であるかを確認できるようにしておくことが重要である。この機能を備えるようにしたものが診断装置２６である。
【００３２】
診断装置２６の構成を図６に示す。図１では校正用ヒータへの電力供給ケーブルは単線図で示したが、実際には、図２にも示したように２本になっている。電圧電流検出手段２５１、２５２は、この２線間の電圧と片線の電流を取り出す。この２線間電圧はアナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）２６１でディジタル化される。また校正用ヒータへの印加電流は、２線のうちいずれかに、校正用ヒータの抵抗値に比べ十分に小さな抵抗ｒを設置し、この両端電圧として取り込まれ、Ａ／Ｄ２６２でディジタル信号に変換される。これらの検出信号は、ヒータ制御装置１３からの校正用ヒータの電圧／電流の制御信号と比較手段２６３、２６４で比較され、判定手段２６５で許容範囲内で一致・不一致の判定が行われる。そして許容範囲内で一致していれば、正常であることを示す信号を表示器２７に出力し、不一致であれば、異常であることを示す信号を表示器２７に出力する。なお上記では、電圧と電流の両方を検出して診断するものとしたが、電圧と電流の関係が校正用ヒータの抵抗に比例しているため、いずれか一方であってもよいことは言うまでもないことである。なお、上記診断については、複数のヒータ制御装置１３に対して実施される。
【００３３】
このような診断装置を設けて診断結果を表示するようにすると、運転員あるいは保守員が容易に、ヒータ制御装置１３、特に電源装置１３４の健全性を確認でき、かつ不具合発生時には、不具合電源装置１３４（ヒータ制御装置１３全体である場合もある）を至急修理、保守、あるいは交換して、γ線検出器の校正が正しく行われるようにすることができる。これは炉出力一定期間を伸張させないためにも有効である。さらにヒータ制御装置１３を図１のように、運転員あるいは保守員が通常執務している場所（中央制御室）に設けておけば、健全性の確認及び不具合電源の修理、交換が容易である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、原子炉起動時の給水ポンプ切替時の炉出力一定期間内で、γ線検出器自体の校正を実施することが可能となり、原子炉起動時間の伸長を生じさせることがなく、プラント起動を完了させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる固定式原子炉内計装システムの構成例を示す図である。
【図２】γ線検出器の構造を示す図である。
【図３】γ線検出器の校正曲線と校正方法の説明図である。
【図４】校正用ヒータの電流と発熱量の関係を示す図である。
【図５】計算機１４による出力分布計算の説明図である。
【図６】診断装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
４ａ〜４ｋ  γ線検出器
５Ａ〜５Ｄ  中性子検出器
７  伝送処理装置
９  伝送装置
１２  データ処理装置
１３  ヒータ制御装置
２６  診断装置
４４  校正用ヒータ
１３４  電源装置
１３５  電源制御装置
【図１】
0003863690.tif 000008
【図２】
0003863690.tif 000009
【図３】
0003863690.tif 000010
【図４】
0003863690.tif 000011
【図５】
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【図６】
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