JPH02198392A - 加圧水型原子炉の制御方法と該方法で制御される原子炉 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、現在の炉心出力と要求出力（炉心の平均温度
など）との差異を表すモニターまたは運転パラメータが
［不感帯Ｊ　　（ｄｃＨｊ　ｂａｎｄ）と言われる範囲
を逸説した時に炉心中の制御棒を軸方向の出力偏差（ａ
ｘｉａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｏｆｆｓｅりと基準値との差を
増加しないように選んだ位置に動かして加圧水型原子炉
を制御する方法に関するものである。ここに「軸方向の
出力偏差」の語は、炉心の上半分と下半分の中性子フラ
ックスとフラックス合計との比または冷却水の炉心内循
環経路に沿ってのフラックスの不均衡を表すパラメータ
を意味する。

「従来技術および発明が解決しようとする課題」上述の
制御法は既に知られている（ＥＰ−Ａ−０，０５１，５
４２またはＦＲ−Ａ−２，４９３，５８２）。制御棒は
、核分裂同位元素（例えばハフニュウム）を生じないで
中性子を吸収してしまう材料を充分量含有しているので
この制御棒は反応阻止性（ａｎｔｉ−ｒｅａｃｔｉｖｉ
ｔｙ）があり充分な負荷追従性（ｌｏａｄ　ｆｏｌｌｏ
ｗ）がある（制御棒を炉心内に全部挿入すると通常１０
１０００ｐになる）。

制御棒は一般的には中性子吸収材のペレットの入ったシ
ースで被覆されたロッドクラスターから成っている。

ＥＰ−Ａ−０，０５１，５４２には次のような提案の制
御規則が記載されている： Ｏ運転パラメータが不感帯を越している場合には、軸方
向偏差に感応する（軸方向偏差値と基準値との差を増加
させない）選ばれた制御棒グループに運転パラメータの
値と符号の関数として方向と変位速度を計算して与える
。

Ｑ運転パラメータが不感帯内にある場合には、制御棒グ
ループを軸方向偏差が減少するような位置に動かす。現
在の軸方向偏差値と基準値との差が決まった敷居値を越
える場合にだけ、はう素濃度を変えてその位置変更の補
償をする。

従来の方法では、制御棒（と停止棒；これは普通の運転
では常に炉心から引き上げて置いて原子炉を停止すると
きにだけ挿入し停止中は挿入したままにして置く）の他
に冷却水中に溶解させたほう素混合物を用いる必要があ
る。特に燃料の時間的な消耗や重大事故での反応阻止性
増強によって起こる反応率低下を補償するためにほう素
含有量を加減する。従って初期はう素濃度は非常に高い
。水中のほう素含有量も、原子炉の出力を規制し特にキ
セノン効果を変えるためにしばしば変えられる。迅速な
運転経過状態での反応性変動のためだけに制御クラスタ
の位置を変動する。

−次冷却用水中にほう素を溶解して用いるのが有利であ
る。それによって得られる反応阻止性は炉心内に万遍な
く分布する。一方、それには重大な欠点がある。はう素
があると、かなりの廃液が生じてそれを複雑な設備で処
理することが必要になる。はう酸は特にジルコニュウム
系の合金被覆などの材料を腐食する。

重大事故の場合、はう素注入だけに頼って原子炉停止す
るのはほう素注入装置には出来上がるのにかなりの時定
数（時間的遅れ）があり危険である点が別な欠点である
。もし可溶性はう素を主要制御要素として用いるなら、
原子炉緊急停止用に充分な反応阻止性のある吸収側棒が
やはり必要になる。負荷追従性の点から、はう素含有量
を迅速に減らせることが要求される。通常の運転でほう
素含有量を低くすると炉心が消耗するのでそれは不可能
になる。

一次冷却水中の必要な最大はう素含有量および／または
運転中のほう素含有量の変化を減らす方法が提案されて
いる。ＦＲ−Ａ−２，５４７゜４４７によれば、原子炉
条件を・状態（原子炉の実出力と軸方向分布を示す）か
ら基準状態・Ｃに移行する必要がある時に、制御棒のグ
ループは置き換えられて、恐らく計算結果を考慮しなが
ら一次循環路のほう素濃度を加減することになるだろう
。この計算では、減速係数のような内部制御不能パラメ
ータを考慮しながら外部パラメータと原子炉状態との結
合関係を予想した反復計算によって外部パラメータ（特
に制御クラスタの位置とほう素濃度）に与えられる変化
を決定する。−度結合関係が決まると、外部パラメータ
の最適変化が基準状態・Ｃに近似して決定される。しか
しＦＲ−Ａ−２，５４７，４４７には、どの様にして結
合関係を決めるかが記載されていないし、半径方向の出
力分布や特に出力ピークの出現の危険性を見落とさない
ことが重要であるにも拘らず軸方向の出力分布だけしか
考慮していないように思われる。

燃料消耗の補償に必要なほう素濃度の変更を少なくして
対処する方法がある。即ちエビサーマル（ｅｐｉｔｈｅ
ｒｍａｌ）スペクトルからスタートして炉心の運転サイ
クル中の中性子のエネルギースペクトルを変えるような
ほう素含有量にする。ＦＲ−Ａ−２，４９６，３１９に
この方法に関する記載があって、そこでは中程度の中性
子吸収を示す「グレー」棒を炉心が消耗すると引き上げ
る。そしてその棒を、減速比を増し中性子のエネルギー
スペクトルを熱エネルギーの範囲に上げるような水に置
き換える。原子炉の出力は「ブラック」棒で制御される
。その際、炉心の二、三の区域での局部中性子フラック
スを多数の固定した検出器で測定して、棒変位と組み合
わせて、最小の出力分布プロファイルに押えながら要求
出力関数として必要反応率変化を与えるように選ぶ。こ
の方法では、炉心内に設置した多数の中性子フラックス
検出器からのデータを用いて非常に複雑な計算をするが
、それでも原子炉制御に可溶性はう素を使用する問題を
完全には解決していない。

実際の軸方向偏差値と既定値との差を最小にまたは減少
して原子炉工場の制御を試みた別な方法もある。その方
法はヨーロッパ特許出願０，０９７．４８８に公開され
ている。

「課題を解決するための手段」 この発明の目的は、負荷要求に準拠しながら一次冷却水
内のほう素含有量を全く加減することなく、出来ればほ
う素なしの、通常の原子炉状態で加圧水型原子炉を制御
する方法を与えることである。もっと具体的な目的とし
ては、運転パラメータをその基準値近くに保ち（例えば
平均温度を基準温度近くに保つ）また軸方向の出力偏差
を基準値に保つことを、炉停止時の「中間」温度におい
ても正常条件下の可溶性はう素含有量を加減しないで、
可能にすることである。それに付随する目的としては、
上述の結果に到達するために半径方向の出力分布を撹乱
しないようにすることである。

このために上述の様な、即ち充分な反応阻止性または反
応阻止率があって、原子炉の正常運転中および冷却水が
通常の運転温度付近にある限りは原子炉緊急停止を必要
とする事故の場合に起こる反応性の全変動を補償できる
様にした中性子吸収制御棒の方法が与えられている。こ
こに運転パラメータが不感帯から外れる場合および／ま
たは半径方向出力分布偏差が基準値を越す場合にはシミ
ュレーション手法を用いて、どの棒を移動して該運転パ
ラメータおよび／または該出力偏差をその正常値に戻す
べきかを炉心内のエンタルピー増加ファクタを最少に保
ちながら予想する。このエンタルピー増加は炉心出口の
エンタルピー値（温度の二項関数）と炉心入口のエンタ
ルピー値との差で定義され、このエンタルピー増加ファ
クタは炉心内（または炉心の既定部分での）増加の最大
値とその平均値との比率で定義される。

原子炉の運転安全性は、どれかの棒が故障した場合に反
応率変動での対処や中性子反応停止の冗長手段を必要と
している。

はう素なしの制御の場合には、次の様な「ブラック」棒
と「グレー」制御棒を備えることでこの結果が得られる
： 「ブラック」棒の目的は、正常運転条件で炉心からすっ
かり引き上げて単に原子炉を停止することであり、 「グレー」制御棒では中性子吸収の少−ない材料で作っ
た透明棒とブラック棒との中間の反応阻止性を個々に持
っているので、 これらは全く別の独立した取扱いシステムから成ってい
る。

もし「グレー」制御棒が全体として充分な反応阻止性ま
たは反応阻止率があるためには、棒のシステムの一つが
故障した場合にでも緊急停止が出来るような冗長性が要
求される。

スペクトル変動原子炉の場合には、たとえこれら全部の
棒を炉心内に挿入した時に冷却水の温度が正常の運転値
から中間値に低下しても臨界点が避けられるように、停
止棒の反応阻止率と制御棒の反応阻止率との合計が充分
でなければならない。冷却水が冷たい時に原子炉停止を
続ける以外には、はう素の注入はもはや必要でない。

多数の「グレー」制御棒（−数的にそれはブラック棒の
反応阻止率の半分、例えば１５０ｐｃｍでなく７５ｐｃ
ｍ１を持っている）が必要になるので、その棒を２つの
セットに分けて一つのセット（またはその制御機構）の
各棒を別のセット（またはその制御機構）の棒と同軸に
する。こうすることで原子炉容器の蓋を貫通するフラッ
クス数が減少する。

本発明の制御法には多くの利点がある。正常運転での冷
却水中に多くのほう素を必要としないので、温度を関数
とした反応率の変化係数は常に大きな負数となり、炉心
温度が上がり気味になる事故の際に役立つ。棒の高反応
阻止率は、スチーム配管に破れがあったとしてももはや
原子炉が臨界に達する危険性はないことを意味する。ト
リテユウムの生産は減少する。−次廃水が減少する。

棒の移動位置を予知するために選ばれた方法は、原子炉
の「負荷追従」運転を可能にしながら中性子フラックス
の半径方向の分布ピークファクタ除去や減少を可能にす
る。

本発明は、また上記の方法で制御されるように整備した
原子炉を提供する。

次に示す方法と特別な具体例による原子炉の説明からこ
の発明がもっとよく理解されるであろう。例はこれに限
られるものではない。

［実施例］ 以下に説明する本発明の実施例は、たとえば、並列した
断面六角形の燃料集合体により形成された炉心を有する
１３００Ｗの加圧水型原子炉に、適用される方法の代表
例とみなされるものである。

この原子炉の一般的な構造は、ＢＰ−Ａ−０２３１７１
０に開示される、現在開発中の加圧水型原子炉の構造に
似ているので、ここには示さないが、本発明は、燃料集
合体の方形配列を有する炉心にも、適用可能である。

すでに述べた欧州特許出願００９７４８８号も参照され
るものであり、そこには、本発明が適用される原子炉を
組み込んだプラントが開示されている。

なお、炉心は、すべて同構造を有する六角セクタからな
ると見なしてよく、二つのセクタのみが、第１図に示さ
れている。

各セクタは、図示したように、３９の燃料集合体く炉心
の中央集合体を無視する）からなり、制御棒駆動機構が
各燃料集合体に設けられている。

白色六角形で示された、８つの、符号１０で示される位
置は、炉停止用制御棒を支持するためのものであり、そ
れらは高い中性子吸収値もしくは高い負反応度値を有す
ることから、′ブラック“バーと称されるものである。

原子炉は、すべてで、４８本の炉停止用制御棒からなる
が、通常の制御温度においては、原子炉を停止するには
、単独で十分である。各炉停止用制御棒は、対応する燃
料集合体のガイドチューブに挿入される、ロッドのクラ
スタから形成されており、各ロッドは、中性子吸収材料
ベレットを含有した被覆を有するものである。原子炉は
、すべてで、４９本の炉停止用制御クラスタを有するこ
とがわかる。なお、後述する通常の制御中は、炉停止用
制御クラスタは完全に炉心から離れている（たとえば、
原子炉の上方内部に含有されている）。

各セクタは、さらに２０箇所の、符号２０で表わされる
燃料集合体配置を有しており、この燃料集合体配置は、
−サイクルの持続時間の一部である制御時間の後、炉心
から離れた棒を受けるように配置されている。２０個の
燃料集合体配置１２に設けられた棒は、可燃性中性子毒
物を含有しており、可燃性中性子毒物の漸進的な消費は
、初期制御段階中に、燃料の劣化を補うものである。

このような棒は、すべてが立てられる必要はない。

燃料の劣化の度合に応じて、棒（ロッドのクラスタ）の
第１組が立てられ、ついで、短期間もしくは長期間の後
に、クラスタの第２組が立てられる。

このクラスタの組は、半径方向の分布を妨げないように
、選択されるものである。消費可能な毒物クラスタ１２
の挿入程度は、燃料管理とは独立に、半径方向の分布が
可能な限り一定になるように、選ばれてもよいものであ
る。これらクラスタを制御する方法は、従来より知られ
ており、ここでは記載しない。ただし、これらは、中性
子エネルギースペクトルの変形を可能にするということ
をことを、言及すべきである。すなわち、クラスタが炉
心から離れたとき、あらかじめクラスタを受は取ったガ
イドチューブは、水に侵害され、それが、炉心の適度な
割合を増加させるものである。この、低エネルギーへの
中性子スペクトルの変動効果は、たとえばＢＰ−Ａ−０
２３１７１０に記載されているように、クラスタが燃料
親物質を含有していれば、強化されるものである。

最後に、第１図において斜線の入った六角形により示さ
れる、符号１４で示される位置は、制御棒を受けるため
のものである。これらの棒は、吸収性ロッドクラスタか
ら形成されている。棒の必要な変位を確保するための蓋
に設けられた穴部の数を減少させるためには、各位置１
４に相互に独立した２本の棒を設け、かつ同軸上にもし
くは並行して配設された二つの機構により２本の棒を制
御することが有効である。炉心において、同じ燃料集合
体配置を占有する２本の制御棒を、独立に駆動させる装
置は、すでに知られているものである。いくつかの装置
を用いることにより、完全な変位独立が可能となる。簡
略化のために、装置が制約を受けることがあり、すなわ
ち、構造土足められた、２本のうちの１本の棒が、炉心
に、他の棒よりも小さく　（もしくは、少なくとも大き
くないように）挿入されるものである（もしくは、一方
が完全に炉心に挿入されている場合には、低くしてもよ
い）。

第１図に示すように、炉心の各セクタは、６箇所の一様
に分布した配置１４からなり、各配置は、２本の制御棒
の組に使用されるものである。

第２図は、制御棒の挿入もしくは離脱による、炉心にお
ける最大総員反応度変化の一例を示す。

第２図は、新らしい炉心において、最大総員反応度変化
が、無くなる場合を表示している。

燃焼保持（消費可能な毒物の効果減少の後）：１０１０
００ｐ 制御マージン：５００ｐｃｍ 駆動操作マージン：２０００ｐｃｍ キセノン効果の補償：２０００ｐｃｍ 符号１２で表わされる配置に、６Ｘ２０の消費毒物クラ
スタが配設されることにより、炉心が新しい場合、定格
電力１００％において原子炉を操作することができる１
０１０００ｐの燃焼保持が、吸収される。炉心が新しい
場合には、キセノン毒は存在せず、符号１４で表わされ
る配置に配された制御クラスタは、キセノン毒の起こり
得る最大量に応じて、負の反応度を与えるものである。

すなわち、制御クラスタが完全に挿入された場合、制御
クラスタは少なくとも５５００ｐｃｍの負反応度を有す
るものである。

第２図は、起こり得る典型的な展開を示しており、以下
の順に従うものである： キセノン飽和状態で、１００％の定格電力において操作
する（点Ａ）； ５０％の定格電力に推移する（点Ｂ）；５０％の定格電
力において、定常操作する（キセノンによる負反応度の
変動が伴う）（点Ｃ）　； キセノン含有量を変動させずに、１００％の定格電力に
戻す（点Ｄ）； キセノン負反応度を、漸進的に低下させる（点Ｅ）。

本発明による制御方法の実施は、第３Ａ、３Ｂ、および
３Ｃ図を参照して、以下のように説明される： ＋／−３°Ｃの誤差範囲内で、炉心のアウトレットにお
ける実際の温度と、基準温度との差異により得られる制
御パラメーター； ＋／−３°％の範囲における、実際の軸上の偏差と、基
準偏差との差異（第３Ａ図）；最小値および１．３より
小さい値におけるエンタルピー増加ファクタＦΔＨ（第
３Ｂ図）。

エンタルピー増加ΔＨは、独立した燃料集合体において
、炉心の一部において、もしくは、全炉心において、計
算されてもよい。検討中のユニット（独立した燃料集合
体、炉心の一部、もしくは、全炉心）にかんしては、エ
ンタルピー増加Ｈは、所望の正確さに応じて、温度の多
項式関数の第２項もしくは第３項までで、冷却水のイン
レットおよびアウトレフトの温度から計算される。冷却
水の通過時間を考慮することが望ましい場合には、比較
されるインレットおよびアウトレフトの温度を、必ずし
も同時に測定する必要はない。

第３図は、制御棒を形成するクラスタが、第１図に示す
分布にある場合、炉心に挿入された負反応度の変動を示
すものである（制御工程においては、軸上偏差の差異を
、＋／−３％より小さく持続すべきである）。第１図に
おいて、６カ所の制御クラスタ配置は、第３図にも示さ
れる符号１ないし６で表わされる。これらの符号は、２
本の棒の組の炉心に、よりおおく挿入されている棒をａ
とし、より小さく挿入されているものをｂとされている
。挿入される負反応度が２０００ｐｃｍを越えない場合
には、棒ａのみが挿入されることがわかる。軸上偏差の
差異を、１７％および２０％の間に持続するするために
は、棒ａおよびｂを使用することが必要である。この変
動を、第３Ａ図に示す。第３Ａ図では、約３０００ｐｃ
ｍの負反応度において、軸上の差異の不連続的な変位が
みられる。エンタルピー増加ファクタＦΔＨが、最小値
であり、どの場合においても、１，３以下の値を持続す
るのに必要である（第３Ｂ図）。

本発明の方法を、第１図に示されるような構造の炉心を
有する原子炉を操作するのに、如何に用いるかを示す実
施例を、説明する。ここで、制御は６つのセクタで各々
独立して行なわれ、条件はすでに第３Ａ図および第３Ｂ
図に定めたものである。

この発明の方法が、どの様に原子炉（その炉心構造の概
略を図１に示す）運転に用いられるかを一例を挙げて示
す。ここで、制御は各６つのセクタで独立して行われ、
関係する条件は図３Ａと３Ｂに結び付けて既に定義しで
ある。

与えられた原子炉では、関係するセクタ内のエンタルピ
ー増加ファクタと制御棒位置との関係が各燃料集合体に
ついて定義される。特に、一番熱い燃料集合体のエンタ
ルピー増加ファクタ　Ｅ＝Ｆ△Ｈは計算前の［影響関数
Ｊｆｉｊと次のような一次結合の関係式で定義される： Ｅｊ＝　（ＥＯｊ＋Σ目１ｊ）　Ｘ　（ｒｉ）　　　　
　　　（１）ここに、 ＥＯｊは初めのエンタルピー増加ファクタＦΔＨを示す
、 各ｆｉＪ関数はｉ番目の制御棒が初めの条件ＥＯｊでの
Ｅｊに対する影響を示す、 ｒｊはｉ番目の制御！（ｉ＝１ａ、ｌｂ、−＝６ｂ）の
位置変動のために起こった反応阻止率の変動、 Ｆｊは反応阻止率の変動ｒｉを起こしたクラスタ（この
クラスタは今後は便宜上１ａ、ｌｂ、　　・・・６ｂと
記す）の位置変動後のファクタＦΔＨを示す。

原子炉の状態が大きく変わった時にはこの影響関数を更
新する必要がある。そのために３次元インライン出力分
布計算を用いる。

上述したように、本発明の制御法は制御パラメータのど
の展開にも反応して、少なくとも一つの制御棒の位置を
加減すると不感帯からのずれを生じてしまう。それでそ
の棒の位置変動の大きさや方向は少なくとも次のように
決められる二〇制御パラメータを不感帯内に戻す、 Ｏ承認範囲内に軸方向の偏差のずれを維持する（または
戻す）、 ○エンタルピー増加ファクタを最適化する。

最初に行うことは、セクタの平均出方温度を基準値また
は設定値に戻すのに必要な反応率変動を計算することに
あり、次いで最適のＦ△Ｈを保ちながらその変動を行う
ためにどの棒の位置を変えるかをシミュレーション法で
選び出す。

そのためには、図６のフローチャートに示したやり方を
採用する。そこでは予想の反応率変動と必要な変動との
差が一定値以下になるまで二、三の制御ループを通るこ
とである。

１、最初に行うことは、無作意に選択するためにくじを
引くことである： ０６本の棒、−数的にはセクタ中のｎ本の棒から１本の
棒を選ぶ（とりあえず６つのセクタには６本の互いに対
応する棒が同じ位置変動をすると仮定する）、 ○必要な反応率変動範囲内で反応性の変動を起こす様な
大きさの全変位（ゼロを含む）内の変位で、例えば必要
な変化が一５ｐｃｍの場合（図６に示す）では、変位は
（−５＋　１０）＝＋５　ｐｃｍと（−５−１０）＝−
１５ｐｃｍとの間の変化を起こす全ての変位の中の１つ
になる。

選ばれた変位が、承認された範囲から外れた軸方向の偏
差の違いを起こさないように計算によって確かめられる
。

もしその条件が満たされないならば、その試みられた変
位は撤回され、別な棒および／または別な変位を選び出
すためにもう一度くじを引く。

演算を再び行い、軸方向の分布条件が関係してくるまで
その操作を繰り返す。

２、軸方向の分布条件が満たされたら、試みられた変位
が引き起こしたエンタルピー増加ファクタの展開（ＦΔ
Ｈ）を（１）式に従って計算する。もし例えば、初期状
態がＥＯでクラスタ２ａが選ばれ、クラスタ２ａのシミ
ュレートした変位が反応阻止率を（２ａ）から（２ａ　
　ｍｏｄ）に変えるならば、状態Ｅ１が一番熱い集合体
に対して次のように求められる： Ｅ＝ＥＯ＋Ｆ１ａ　（ｌ　ａ）＋、、、＋ｆ２ａ　（２
ａ　　ｍ　。

ａ）　＋、、、＋　ｆ６ｂ　（６ｂ） ａ）もし、Ｅｌ−ＥＯ＝Δ（ＦΔＨ）が負数またはゼロ
ならば、この変位は完全であってそれを格納する。

ｂ）もし、Δ（ＦΔＨ）が正数ならば、０と１との間の
確率Ｐがこの変位として割り当てられるが、それは次の
ようにΔ（ＦΔＨ）の絶対値次第である： Ｐ＝ｅｘｐ　［−Δ（ＦΔＨ）／ｋＴ］確率Ｐは、温度
関数としてエネルギー分布のポルツマンの法則から導い
た関数であって、それ故指数関数の分母の常数はｋＴで
示される。

この方法の初期化では、ｋＴは非常に大きな値であるの
でＰを示す負の指数はΔ（ＦΔＨ）に無関係に１に近い
値をとる。

一度Ｐの値が、試みる変位値Δ（ＦΔＨ）＝Ｅｌ−ＥＯ
に対して計算で決定されると、０と１との間の任意の数
が無作意に選ばれる。即ち０とＰとの間でのくじ引きで
好ましいくじを引く平均の割合が確率Ｐとなる。

○もしくじ引きの結果が正、即ち無作意に選んだ値がＰ
より小さいならば、Ｅｌ値は定格値と考えられる。

０反対の場合には、その結果は顧慮されずに、即ち選ん
だ棒と変位量は撤回されて別な棒および／または別な変
位が無作意に選ばれるが、それは図６では第１のループ
を通り抜けることに相当する。

そのシステムが確率が１に近い初期条件にあると、０と
１との間のくじで引いた数は全てが正の結果を与える。

方法としては、正のくじ数と試みた変位の全数との比率
を演算する演算回路またはプログラムを都合良く用いる
。結果が余りにも有利な場合には（例えば試みの９０％
以上）、ｋＴをある量だけ減らし、もし他方その可能性
が余りにも低い場合には（例えば７０％以下）、ｋＴを
同じだけまたは違った量増やす。長い運転でのＰの完全
値は約０．８である。

これを棒と変位が選び出されるまで繰り返し、選ばれた
値とそれに対応する反応阻止率変動を格納する。

時には、どのような変位でもＦΔＨをそれ以上減らさな
い状況になることがあるので、棒をＦΔＨ増加の方向に
動かして移動位置を決める必要がある。

位置の加減を試みる際に、先験的に正しい方向に進んで
いるとは思えないので、そのシステムを二次的な関数の
最小域（図５に示されるような）からはずれてもっと良
い最小域を見いだすようにする。

３、シミュレーションプロセスは、格納した変位の合計
（関係棒の数はこの例では同じセクタ内では１から６ま
でである）が既定許容値で必要な反応率変動を与えるよ
うになるまで繰り返される。次いで全変位が棒駆動装置
を動かして行われる。

図５は、各燃料集合体に対するエンタルピー増加ファク
タΔ（Ｆ△Ｈ）の変化をΔＨの関数とした曲線は複数の
連続した最小値を持っていることを示す。本発明の方法
では、必ずしもΔ（ＦΔＨ）の可能な最低値ではないが
、最小値に向かう変位を選ぶことが出来る。

図４は、いくらかの挿入された反応阻止性のある代表的
な棒の配置を示す。

図６のフロー系統図の多くの改良ができる。

特に図７の図形は、クラスタの位置変更が軸方向の偏差
量に及ぼす期待効果の計算が、ＦΔＨへの容認される効
果を持った必要な反応阻止率変動を行う棒と変位を無作
意に選択して成し遂げられることを示す。

図７のフロー系統図は図６とすっかり同様なので詳細を
記述していない。そのフロー系統図では、最初の計算で
全反応率変動がＸ（ｐｃｍ）　　となることを示す場合
に相当していて、ａ、ｈ、Ｎｍ、Ｎｐは調節可能なパラ
メータでその値は予め寸法を決める際に決定して置く。

次の略語の意味は ＡＯ：軸方向の偏差 ＦＤＨ：エンタルピー増加ファクタ ａｂｓ　：絶対値。

これまで全ての棒は同じグループに属するとして、例え
ば全ての６つのセクタにある棒２ａが計算によって同じ
だけの変位をすると仮定してきた。このやり方では、方
位角偏差、半径方向偏差または出力分布の不均衡の可能
性を顧慮していない。このような不均衡は、機械的、形
状寸法的な不揃いから（特に、漏れの多い油圧機構で棒
を駆動する時に）１つまたは多数の制御棒を僅かの変位
をゆっくり動かす時に起こりがちである。

原子炉は、−数的な方式では、各々の集合体から流出す
る加圧水の温度を計るための熱電対と炉心外に設置した
イオンチャンバーを備えて中性子フラックスを測定出来
るようにしである。これらのセンサーからもたらされた
測定値によって、方位角不均衡はＰＲＯ５ＰＥＲ”コー
ド（これは本出願人が所有している）のような著名なコ
ードで計算される。この不均衡は調和関数で表現され、
その大きさは偏差量を与えその位相から不均衡の中軸を
決定できる。不均衡軸近くの１つないしは多数のクラス
タ挿入度合を少し加減して、不均衡量を許容敷居値以下
に減らすことができる。

図８は方位角不均衡を減らすように棒を制御する方法を
示す略図である。図８において、記号２０は図６または
図７のアルゴリズムを用いて１〜６グループに属する棒
（ダブル棒の場合には１〜１２グループに属する）の変
位決定をするコンピュータを示す。出力１−１２から与
えられた制置指令（各指令は別なセクタの同じグループ
の金棒に対する）を直接に適用しないで、このコンピュ
ータは大きさ指令と方向指令から成る指令を回路２２に
送る。そこでは、入力２４に与えられた方位角不均衡の
情報に感応して棒に与えるべき個々の変位を演算する。

簡単な具体例としては、人力２４では必要な反応阻止率
調節を変えないまま維持するという条件に従いながら、
コンピュータ２０で計算された公称変位に関して同じグ
ループの棒間での６つの偏差分布係数を単に与えている
。

更に詳細の具体例としては、入力２４はその結果を向上
するための６ｘ６項（または６×１０項）から成る補正
係数マトリックスを受ける。この係数のマトリックスは
、現存する演算コードを用いて別なコンピュータ（図に
は示してない）から与えられる。その場合回路２２は、
３６本（または７２本）の棒に対してコンピュータ２０
が与えた変位マトリックスと係数マトリックスとのマト
リックス掛は算を行う。

どんな解が採用されようとも回路２２は３６の出力（シ
ングル棒の場合）または７２の出力（ダブル棒の場合）
に各々の方向と大きさのデー夕を与え、それは関係する
制御機構２６に送られる。

もし機構２６が油圧式ならば、それは一般には棒を支持
するピストンを持ったシリンダーと往復油圧駆動機から
成り、駆動機の各駆動毎に既定の大きさの一ステップだ
けシリンダーを変位する。

このシリンダーは漏れを起こすことが多く棒をゆっくり
下方にずれることになるので、そのずれを補償するリセ
ット装置がたぶん付けられる。図８に示す具体例でのそ
の装置は、棒がどれかの位置にあるときにその位置を検
知する手段２８、機構２６に送るエネルギー信号を受は
個々の信号から棒の理論的または設定位置を計算するカ
ウンター３０、および最後に位置検知手段２８の測定点
の前を棒（またはその制御機構）が通過する時には常に
トリップされるコンパレータ３２とから成っている。こ
のコンパレータは、カウンター３０が与える理論位置と
建設の際に決められた関係基準値で表された実際の位置
との差を計算する。もしその差が駆動機やシリンダーの
一運転ステップよりも大きいならば、コンパレータ３２
は棒駆動機に「上げよ」の指令を送ってそのずれを補償
するように数ステップ移動させる。

更に多くの構造改良が可能である。セクタ当りの棒数は
、例えば殆ど使用しないグループ５を省いて、減らすこ
ともできる。長期間停止していた電力のスタートアップ
には、減少してしまったキセノン含有量が充分にするた
めにシングルクラスタよりもダブルクラスタの使用が必
要になる。

例えば燃料棒の長さ当りの最大電力を減少するには、燃
料棒被覆と燃料ペレットとの間の化学相互作用を考慮し
て別なパラメータを使用する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、典型的な原子炉の炉心の水平断面部分図にお
ける、制御棒の分布を示す図であり；第２図は、実施例
による、ｌサイクル中の炉心に挿入される負反応度のグ
ラフであり；第３Ａ、３Ｂ１および３０図は、炉心に挿
入される負反応度に応じて、各々、軸方向偏心、エンタ
ルピー増加因ＦΔＨ１および、第１図に示す原子炉の六
角セクタのうちの一セクタにおける制御棒の位置の、変
動の例を示す図であり；第４図は、第３ｃ図に示すのと
は異なる、各反応度に応じた制御棒の可能な分布を示す
図であり；第５図は、ΔＨに応じて、セクタの熱集合体
における、エンタルピー増加ファクタＦ△Ｈ（すべての
チャネルのエンタルピーの平均値に対する、熱チャネル
におけるエンタルピーの増加の割合）のカーブを示すも
のであり；第６図は、本方法を実施するための一般的な
フローチャートであり；第７図は、第６図と同様、実施
変形例をしめすものであり；第８図は、半径方向の不均
衡を減らす、他の変形例を示す図である。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉の通常運転時の炉心の反応度ゆらぎ、およ
   び通常運転温度に於て炉心を臨界点以下に保持すべき事
   象に対して全挿入状態で炉心を制御することが可能なだ
   けの負の反応度を有し、また、選択的にかつ独立に炉心
   内で位置決めされて炉心の反応度を制御することができ
   る複数の制御棒を有する加圧水型軽水炉の制御方法であ
   って、（ａ）炉心の出力と、制御棒の現在位置と、炉心
   内の軸方向出力分布とを表す運転パラメータを決定する
   ステップと、 （ｂ）前記の運転パラメータと予め設定した値との偏差
   が所定の許容範囲を越えた場合、あるいは軸方向の出力
   分布が参照値を越えた場合に炉心反応度の修正量を算出
   するステップと、 （ｃ）前記軸方向の出力分布を参照値以下にとどめ、か
   つ炉心のエンタルピーファクタの増加を最小限にとどめ
   ながら運転パラメータを許容範囲内に戻すために移動さ
   せるべき制御棒とその移動距離とを原子炉の模擬解析に
   基づいて決定するステップと、 （ｄ）前記移動すべき制御棒を、移動すべき距離だけ移
   動させるステップとを含む加圧水型軽水炉の制御方法。
2. （２）原子炉の通常運転時の炉心の反応度ゆらぎ、およ
   び通常運転温度に於て炉心を臨界点以下に保持すべき事
   象に対して全挿入状態で炉心を制御可能なだけの負の反
   応度を有し、また、選択的にかつ独立に炉心内で位置決
   めされて炉心の反応度を制御する複数の制御棒を有する
   加圧水型軽水炉の制御方法であって、 （ａ）炉心の出力と、制御棒の現在位置と、炉心内の軸
   方向出力分布とを表す運転パラメータを決定するステッ
   プと、 （ｂ）前記の運転パラメータと予め設定した値との偏差
   が所定の許容範囲を越えた場合、炉心反応度の修正値と
   前記偏差をゼロにするために必要な負の反応度とを算出
   するステップと、 （ｃ）炉心あるいは炉心の特定の領域内の制御棒をラン
   ダムに選択し、累積的には必要な負の反応度が与えられ
   るような複数の制御棒の移動量およびそれぞれの移動量
   に対する負の反応度の変化を予測するステップと、 （ｄ）前記それぞれの移動量に対する軸方向の出力分布
   を算出し、それぞれの出力分布が参照値以下であるか否
   かを決定するステップと、 （ｅ）軸方向の出力分布が参照値を越えた場合には該出
   力分布が参照値以下になるまで前記ステップ（ｃ）およ
   び（ｄ）を繰り返すステップと、（ｆ）前記移動量によ
   ってもたらされるエンタルピーファクタの変化量を算出
   するステップと、（ｇ）制御棒の前記移動量によってエ
   ンタルピーファクタが減少する場合には該移動量を記憶
   し、エンタルピーファクタが増加する場合には変化の確
   率と共に該移動量を記憶するステップと、（ｈ）制御棒
   の移動量に基づく負の反応度の累積値と必要な負の反応
   度との偏差が所定の値以下になるまで前記（ｂ）ないし
   （ｇ）のステップを繰り返すステップと、 （ｉ）前記の制御棒を前記の記憶された移動量だけ移動
   させるステップ、 とを含む加圧水型軽水炉の制御方法。
3. （３）軸方向の出力分布の偏差は、前記少なくとも一本
   の制御棒、および、少なくとも一つの変位量が得られた
   後に計算されることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   に記載の加圧水型原子炉の制御方法。
4. （４）前記確率は、 Ｐ＝ｅｘｐ［−Δ（ＦΔＨ）／ｋＴ］ （ＦΔＨ）はエンタルピー増加ファクタ、ｋＴは少なく
   ともΔ（ＦΔＨ）の最大値より一桁大きい定数、で計算
   されることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
   加圧水型原子炉の制御方法。
5. （５）ｋＴは、確率が１に近い値になる初期値を有する
   ものであり、確率が予め定められた値より高い平均値を
   維持するのに必要な時間と同じくらいの時間で、漸進的
   に減少することを特徴とする特許請求の範囲第４項に記
   載の加圧水型原子炉の制御方法。
6. （６）加圧水型原子炉の制御方法は、炉心を同一の中心
   角を有する、複数のセクタに分割し、全セクタにおいて
   同配置を有する制御棒を、同時に同程度移動することを
   特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の加圧水型原子
   炉の制御方法。
7. （７）前記各セクタにおいて同配置を有する制御棒は、
   同程度移動することを特徴とする特許請求の範囲第６項
   に記載の加圧水型原子炉の制御方法。
8. （８）前記各セクタにおいて同配置を有する前記制御棒
   の移動量はそれぞれ異なり、その移動量は、半径方向の
   偏差を補償するよう平均値を修正して得られることを特
   徴とする特許請求の範囲第６項に記載の加圧水型原子炉
   の制御方法。
9. （９）制御棒の概略２倍の中性子吸収能力を有する補助
   的炉停止棒によってシャットダウン後の原子炉が臨界点
   いかに保持されることを特徴とする前記第２の請求項に
   記載の加圧水型原子炉の制御方法。
10. （１０）さらに、炉心から、可燃性毒物を含有する棒を
    漸進的に離すことにより、中性子エネルギースペクトル
    を変形させる工程からなることを特徴とする特許請求の
    範囲第２項に記載の加圧水型原子炉の制御方法。
11. （１１）前記制御棒が一対に配されており、同対の２本
    の棒は炉心の同配置にあることを特徴とする特許請求の
    範囲第２項に記載の加圧水型原子炉の制御方法。