JPH01250097A - 燃料交換時炉心監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、原子炉定期検査時の燃料交換過程の炉心監視
において、燃料交換作業に伴う炉内中性子計測器の読み
の変化を予測し、提示する燃料交換時炉心監視装置に関
する。

（従来の技術） 一般に、原子炉定期検査時の燃料交換作ｔにおいては、
原子炉が臨界超過となって出力急増する反応度事故を避
ける目的で、燃料装荷・取出し時あるいは制御棒引抜き
時には、炉内中性子計測器の読みの変化を監視し、原子
炉の未臨界を常に確認する必要がある。

中性子計測器の読みは、未臨界時には未臨界１ツ（臨界
に至るまでの反応度余裕）に応じた一定レベルになるが
、燃料交換作業での燃料や制御棒の出入れによって未臨
界度が変化するため、過渡的に読みが変化し、異なるレ
ベルに落若く。燃料が装荷されたり、制御棒が引抜かれ
たりした場合には、正の反応度が加わり、第４図のグラ
フに曲線ａ、ｂ、ｃで示すように、中性子計測器の読ろ
は過渡的に上昇して、より高いレベルに落着く。未臨界
度が小さく臨界に近い場合には、上昇期間か長くなり、
一定となるレベルも高くなっていく。

臨界超過時においては、一定となることはなく、指数関
数的に中性子レベルは上昇していく。

一方、燃料が取出されたり、制御棒が挿入されたりした
場合には、負の反応度が加わり、第５図のグラフに曲線
ｄ、ｅ、ｆで示すように、中性子計ｆｌｌｌｌ器の読み
は過渡的に下降して、より低いレベルに落若く。

燃料交換時に炉心監視を行う者は、燃料交換手順が正し
く履行されていることを監視するとともに、この中性子
レベルの挙動をよく理解して、原子炉が未臨界であるこ
との確認を常に行う必要がある。

（発明が解決しようとする課８） 燃料交換時には、炉心で燃料の装荷されている部分には
制御棒が全挿入され、また、点検や交換作業のため制御
棒を取出す必要のある部分は、制御棒周りの燃料をすべ
て取出しており、保安規定に基づき、間違って１本の制
御棒が引抜かれても原子炉が未臨界であるような炉停止
余裕を維持している。したがって、正しく計画された燃
料交換手順であれば炉内中性子計測器の読みは数分以内
に一定レベルに落若くが、手順履行の誤り等で、制御棒
の無い炉心部分に燃料が装荷されたり、燃料のある炉心
部分から制御棒が引抜かれたりした場合には、炉停止余
裕が小さくなり、中性子レベルが急増する可能性もある
。手順履行の誤りは、燃料交換作業の自動化により発生
確率を充分低下することができるが、燃料交換手順のデ
ータそのものに不適切なものがあった場合には、炉停止
余裕が小さくなる事態も起こり得る。

中性子レベルが高くなる場合の安全上の観点からの監視
の必要性とは別に、中性子束レベルが低くなって、中性
子計測器の読みが小さくなる場合には、次のような作業
行程上の問題が生じる。

中性子源領域中性子計測器（Ｓ　ＲＭ　：　Ｓｏｕｒｃ
ｅＲａｎｇｅ　Ｍｏｎ１ｔｏｒ）の読みが設定下限値（
３ｃｐｓ）を下回る場合は、インターロックにより制御
棒の引抜きが不可能となる。制御棒自体の交換はもちろ
ん、炉内検出器の取替え、あるいは制御棒駆動機構の点
検には、周囲の燃料を取出した後、制御棒を引抜く作業
が必要である。燃料交換作業が進んで炉心から取出され
る燃料が増加していくと、−般に未臨界度が増加して、
中性子レベルが低下し、特にＳＲＭ周りの燃料取出しを
行った場合には、ＳＲＭの読みは急減する。また、ＳＲ
Ｍ周りの燃＄４が取出されると、炉心平均よりも局所的
に未臨界度が大きくなることで、読みから判断したより
も実際の炉停止余裕が小さく、不用意な操作で思わぬ出
力上界を生じる可能性がある。

以上の理由から、燃料交換作業中の炉心監視では、作業
毎に中性子計測器の読みの変化に注意し、炉停止余裕の
確保と中性子計測値が下限に達しないことを確認しなけ
ればならない。中性子計′Ａ−１器の読みの変化につい
て、燃料交換作業の前に予め知ることができれば、炉心
監視は、より確実なものとなるが、このような予測機能
は、従来のプロセス計算機等では実現されていなかった
。

このため、従来は、燃料交換作業手順を計画する段階で
の中性子レベルが高すぎたり低すぎたりする事態を回避
するための手順調整等は、作業手順計画担当者の経験と
勘によって行われている。

また、燃料交換作業の炉心監視業務を訓練するシミュレ
ータ等もないので、炉心監視業務に携わる担当者は実際
の交換業務で経験を積むより他はなかった。

そこで、本発明の目的は、燃料交換の作業内容を入力と
して、燃料交換作業前後の炉内中性子計測器の読みの予
測値を、利用者に提示する燃料交換時炉心監視装置を提
供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち、燃料交換作業内容を人力する人力指示手段と
、この入力指示手段によって指示された燃料交換作業デ
ータと炉内燃料配置に対応した燃料核定数データとから
固定中性子源を考慮した２次元出力分布計算モデルを用
いて燃料交換作業前後の中性子束分布を計算し炉内中性
子計測器位置の中性子レベルを算出する中性子束分布計
算手段と、この中性子束分布計算手段によって得られた
前記中性子レベルを中性子計測器読みに換算する中性子
計測器読み換算手段と、この中性子計測器読み換算手段
で得られた前記中性子計測器読みを出力する出力表示手
段とを備えたことを特徴とする。

（作　用） 上記構成の本発明の燃料交換時炉心監視装置では、燃料
交換中の炉心挙動を予測するために、２次元拡散計算に
よる中性子束分布計算を行い、中性子束分布を中性子計
測器の読みに換算する。

炉心中性子束分布計算には、安全評価用に未臨界度評価
を目的として、固有値計算が採用される場合が多いが、
燃料交換過程における炉心状態では、燃料が取出されて
炉心内に水領域を多数含むケースがあり、計算の収束安
定性と時間コストの面で問題がある。そこで、反復解法
の必要が無い固定中性子源に基づく中性子束分布計算を
採用する。

そして、人力指示手段により人力した燃料交換手順に基
づく燃料交換作業データと、燃料核定数データから、２
次元中性子束分布計算手段で、燃料交換手順実行前と実
行後の２ケースの炉内中性子束分布を計算し、この中性
子束分布で、中性子計測器位置の中性子レベルを求める
。この後、この中性子レベルを中性子計測器読み換算手
段により、中性子計測器読みに変換し、燃料交換手順実
行前後の中性子計測器読みを出力表示手段に表示する。

これにより、実際の燃料交換作業を行わなくても、中性
子計測器の読みの変化を予測することができる。

また、現状の中性子針４Ｐｊ器出力信号を分布偏差評価
手段に取込み、現状の炉心状態について予測されている
中性子計測器読み予測値との比較により、偏差の大きさ
と計測器位置による分布を固定中性子源評価手段へ送り
、この偏差の情報に基づき、偏差を小さくする固定中性
子源を再計算し、２次元中性子束分布計算手段に送るよ
うに構成すれば、燃料交換手順実行前の中性子計測器読
み予測値と、実際の中性子計測器出力信号とが整合する
ように調整されるので、燃料交換手順実行後の中性子計
測器読み予測値の精度が向上する。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例の燃料交換時炉心監視装置
を示すもので、この実施例の燃料交換時炉心監視装置は
、入力指示機構１と、燃料交換作業データベース２と、
燃料核定数データベース３と、２次元中性子束分布計算
機構４と、中゛性子計測器読み換算機構５と、出力表示
機構６とから構成されている。

なお、燃料核定数データベース３には、燃料交換作業に
関わっている全ての燃料の核定数が格納されており、ど
のような燃料配置に対しても、中性子束分布の計算が可
能となっている。また、燃料交換作業データベース２に
は、対象とする炉心の燃料配置、燃料交換手順および炉
内中性子検出器の位置が格納されている。

次に上記構成の燃料交換時炉心監視装置の動作について
説明する。

入力指示機構１に対して、予め設定した燃料交換手順の
中の１ステツプに相当する燃料交換作業、あるいは、指
定した燃料配置に対する任意の　１ステツプの燃料交換
作業の入力指示を行うと、入力指示機構１は、燃料交換
作業前の燃料配置１０１と燃料交換作業後の燃料配置１
０２を２次元中性子束分布計算機構４に送る。

人力指示機構１は、第２図に示すように構成されており
、燃料配置表示機構１０には、燃料交換作業データベー
ス２の情報を用いて、対象とする燃料交換手順データか
ら求められた、指定時点の燃料交換作業前の燃料配置１
０１が表示されている。また、燃料プールにおける燃料
配置１０６も表示されており、マウス１１を用いて、燃
料配置表示機構１０上のマウスカーソル１０７を移動さ
せ、マウス１１の操作で燃料交換対象となる燃料を特定
することができる。燃料を特定した後燃料の無い場所で
マウス１１を操作すると、燃料の移動を指定したことに
なる。たとえば、炉心の燃料を指定した後、燃料プール
の空き位置を指定すると燃料取出しとなり、燃料プール
の燃料を指定した後、炉心の空き位置を指定すると燃料
装荷となり、炉心の燃料を指定した後、炉心の空き位置
を指定すると燃料シャフリングとなる。このようにして
、燃料交換作業の１ステツプを指定できる。

２次元中性子束分布計算機構４は、燃料交換作業前後の
燃料配置１０１．１０２に基づき、燃料核定数データベ
ース３を参照し、計算に必要な核定数データを取込み、
２次元中性子束分布計算を行う。固定中性子源も核定数
データとして燃料核定数データベース３に設定しておき
、中性子束分布計算に用いる。なお、燃料交換手順にし
たがって順次作業ステップ毎の予測を行う場合には、■
ステップでの中性子束分布を次のステップにおける燃料
交換作業前の中性子束分布として採用できるので、次の
ステップでは燃料交換作業後の中性子束分布のみを計算
する。そして、燃料交換作業データベース２から炉内中
性子検出器の位置についてのデータを取込み、この位置
の中性子レベルを中性子束分布から計算し、燃料交換作
業前後の中性子計測器位置の中性子レベル１０３を中性
子計１ｆＦＪ器読み換算機構５に送る。

中性子計４ｐ１器読みと中性子レベルは比例関係にある
ので、中性子計測器読み換算機構５では、中性子レベル
１０３に設定した中性子計測器読み換算係数１０４を掛
合わせ、中性子計測器読み予測値１０５を算出し、出力
表示機構６に送り表示する。

なお固定中性子源に基づく２次元中性子束分布計算は、
反復解法を必要とせず、プロセス計算機等で１秒以内に
計算を完了するため、燃料交換作業の指示に対して実時
間で中性子計測器読みの変化を予Δ−１できる。固定中
性子源と中性子計測器読み換算係数１０４に関しては、
代表的な炉心実態で実際の読みと合うように調整を行っ
ておけば、適切な予測値を得ることができる。

上記構成のこの実施例の燃料交換時炉心監視装置によれ
ば、燃料交換時の炉心監視担当者は、予定された燃料交
換計画について、予め炉内中性子計測器の挙動を把握す
ることができ、中性子レベルが高過ぎたり、低過ぎたり
して問題になりそうな部分を燃料交換手順の中で特定で
きるので、質の高い炉心監視が可能となる。また、燃料
交換計画作成段階で利用した場合には、中性子レベルが
問題となりそうな手順を改良することが可能となるので
、燃料交換計画作成の面でも有効である。

また、実際の燃料交換作業を行わなくても、炉心監視に
重要な炉内中性子計測器の監視を体験できるので、訓練
用シミュレータとしても有効である。

この場合、制御棒落下事故等の反応度事故の模擬体験も
できるので、炉心監視業務の訓練として重要な意味を持
つ。

なお、上記実施例では、１ケースの燃料交換作業ステッ
プについて中性子計測器読みの予測を行ったが、作業実
施候補の複数ケースについて同時に予測を行い、燃料交
換作業選択の目安とすることもできる。この場合、入力
指示機構１で個別に燃料交換作業を入力する代わりに、
燃料交換作業実施候補を自動的に判定して予測するよう
にしても良い。

次に第３図を参照して本発明の他の実施例について説明
する。

この実施例の燃料交換時炉心監視装置では、前述の実施
例の燃料交換時炉心監視装置構成に加えて、固定中性子
源評価機構７と、分布偏差評価機構８とを備えている。

なお、入力指示機構１、燃料交換作業データベース２、
燃料核定数データベース３．２次元中性子束分布計算機
構４および中性子計測器読み換算機構らの動作に関して
は、前述の実施例と共通なので重複した説明は省略する
。

この実施例では、分布偏差評価機構８において、炉内中
性子計測器２０の出力信号１０８を参照信号として、燃
料交換作業前の中性子計測器読み予測値１０５と比較す
る。炉内中性子計測器２０は、通常複数設置されており
（例：ＳＲＭ−４チヤンネル）、単一の中性子計測器読
み換算係数１０４では、計装器読み偏差に分布があって
補正しきれない。各チャンネルの炉内中性子計測器２０
毎に中性子針ｎ１器読み換算係数１０４を設定すること
も考えられるが、中性子レベルが中性子計測器読みに比
例しているという、本来の物理現象を正しく反映しない
ことになる。そこで、偏差の分布１０９を、分布偏差評
価機構８から固定中性子源評価機構７に送り、これに基
づいて、偏差の分布１０９を一様かつ極小にするように
、２次元中性子束分布計算に用いる固定中性子源分布１
１０を補正する。補正された固定中性子源分布１１０に
基づいて、燃料交換作業前後の中性子束分布を再計算し
、燃料交換作業前の中性子計測器読み予測値１０５と出
力信号１０８との偏差を充分小さくした上で、燃料交換
作業前後の中性子計測器読み榮測値１０５を出力表示機
構６に送り表示する。

この実施例の燃料交換時炉心監視装置によれば、実際の
中性子計測器出力に基づいて、中性子束分布計算の精度
を向上させるので、中性子針１１器の挙動をさらに精度
良く予測できる。

なお、この実施例では、予測結果を出力表示機構６のみ
に表示したが、中性子計測器読み予測値を、設定した読
み上下限値と比較することで、燃料交換自動化システム
や燃料交換作業監視システムへのＷ　Ｗ信号あるいはイ
ンターロック用信号とすることもできる。この場合、炉
内中性子計測器に関して、読み予測値が上下限値から逸
脱しそうなチャンネルを特定して警報信号等を出すよう
にしても良い。

また、これらの実施例の説明では、制御棒操作に対する
予測の説明を行わなかったが、燃料移動と同様に予測す
ることは当然可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、燃料交換時の中
性子計測器読みの挙動を予測することができ、炉心監視
業務のワークロードの軽減と炉心監視の質の向上を図る
ことができる。また、燃料交換計画作成の参考とするこ
とで、中性子レベルを適切なレベルとする燃料交換手順
が作成できる。

また、本発明は、プロセス計算機の機能として実現でき
る。したがって、従来の燃料交換時の炉心監視業務に、
本発明を適用するのは容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の燃料交換時炉心監視装置の
構成を示す図、第２図は第１図の人力指示機構の構成を
示す図、第３図は本発明の他の実施例の燃料交換時炉心
監視装置の構成を示す図、第４図および第５図は未臨界
度の変化に伴う中性子レベルの変化を示すグラフである
。 １・・・・・・・・・人力指示機構 ２・・・・・・・・・燃料交換作業データベース３・・
・・・・・・・燃料核定数データベース４・・・・・・
・・・２次元中性子束分布計算機構５・・・・・・・・
・中性子計測器読み換算機構６・・・・・・・・・出力
表示機構 出願人　　　　　　日本原子力事業株式会社出願人　　
　　　　株式会社　東芝 代理人　弁理士　　須　山　佐　− 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料交換作業内容を入力する入力指示手段と、こ
   の入力指示手段によって指示された燃料交換作業データ
   と炉内燃料配置に対応した燃料核定数データとから固定
   中性子源を考慮した２次元出力分布計算モデルを用いて
   燃料交換作業前後の中性子束分布を計算し炉内中性子計
   測器位置の中性子レベルを算出する中性子束分布計算手
   段と、この中性子束分布計算手段によって得られた前記
   中性子レベルを中性子計測器読みに換算する中性子計測
   器読み換算手段と、この中性子計測器読み換算手段で得
   られた前記中性子計測器読みを出力する出力表示手段と
   を備えたことを特徴とする燃料交換時炉心監視装置。