JPH02242197A

JPH02242197A - ボロン濃度自動分析装置

Info

Publication number: JPH02242197A
Application number: JP1063318A
Authority: JP
Inventors: Takashi Iguchi; 高志井口; Kanji Mizusaki; 水崎　寛治; Sanemitsu Miyauchi; 宮内　札三
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-03-15
Filing date: 1989-03-15
Publication date: 1990-09-26
Anticipated expiration: 2014-04-12
Also published as: JP2882807B2

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ｍグランドの反応度制御に用いられているボロ
ン濃度（はう素濃度）全自動分析・計測するＭロン濃度
自動分析装置に関する。

図において、中性子吸収方式のボロン検出器は、中性子
源１１とそこから統計的確立で発生する高速・中速中性
子を熱中性子まで減速する減速材（高密度ポリエチレン
等）１２と熱中性子を感度よく検出する中性子検出器′
１３からなる中性子束検出部１０と中性子検出信号全演
算処理する回路部２０と結果全表示する表示部３０より
成る。中性子源１１と中性子束検出器１３との間を被測
定プロセス流体を入れるが、ボロンは熱中性子吸収断面
積が大きいのでこの流体のほう素濃度により中性子束検
出器１３Ｖｃ到達できる中性子数は異なるのでこの関係
を周込ることによりボロン濃度を測定できる。厳密には
、ボロンの同位元素の内天然には１９．８０％の比率で
存在するＢ　が中性子の吸収断面積が大きいのでＢ　の
濃度を測定していること（なる。又、ボロンの熱中性子
吸収断面積は中性子のエネルギー・温度に逆比例する為
温度ドリフト’を生じるので温度補正回路を組み込んで
いる。

ｍの１次冷却材のボロン濃度はＯｐｐｍ〜５０００ｐｐ
ｍ程度と広いレンジに亘っている。

又メロン濃度はｍの主要な反応度制御手段であることよ
り自動分析・計測装置としてはこの広いレンジに亘り精
度／応答性よく計測でき、又、自動分析・計測装置の目
的の１つは省力化であることから校正頻度が少なく長期
間人手をかけず安定して計測できるものとする必要があ
る。

一方、現在正式データ用として用いられている手分析で
は、専門の操作・分析者を必要とするものの１５分程度
の所要時間で±５　ｐｐｍ程度の精度で測定できる。こ
れだけの精度を有するボロン濃度自動分析装置は従来存
在せずＰｗＲ１次冷却材のポロン濃度は手分析によって
測定・管理されていた。

ボロン濃度は隅の反応度制御の主要な手段であるので手
分析の為の分析員の負担は大きく、又将来実用化される
闇の負荷調整運転ではボロン濃度は短時間に大きく変化
するのでその計測を手分析で行なうことは分析員の負担
を増々大きくし、又ポロン濃度の自動制御化の為にも望
ましくなく、ボロン濃度の高精度自動分析計の登場が強
く要求されている。

〔発明が解決し・ようとする課題〕

手分析に代わって精度よく、応答性よくボロン濃度を計
測でき、又省力化の為に校正頻度が少なく長期間安定し
て計測できるボロン濃度自動分析装置を実現するためＫ
は以下の問題がある。

（１）誤差の要因とその程度が不明であり、それらを定
量的にとらえる必要がある。

（２）中性子源からの中性子放出は統計的であシ統計誤
差を有する。従来中性子源としてＡｍ　−Ｂ・（アメリ
シウム−ベリリウム）、中性子束検出器としてＢＦ３カ
ウンタを用いてシシこの組合せでのカウント率は１０　
　ｃｐｓ　（ｅｏｕｎｔｓ　ｐｅｒ　５ｅｃｏｎｄ　）
のオーダでありカウント数をふやして統計誤差を小さく
するには長時間を要し応答性が悪く又その間、状態を一
定に保たねばならないという問題がある。

（３）　　カウント率とボロン濃度（厳密にはＢ　濃度
）の関係は非線形であるが、これを２次関数で近似して
いる。計測レンジはθ〜５０００　ｐｐｍと広いのでこ
の関数近似の誤差は大きい。

（４）　　ポロンの中性子吸収断面積は中性子エネルギ
ー（温度）の関数であるので温度変動の影響を受ける。

この為温度補正回路を有しているが減速材の熱伝導率は
非常に悪く、温度変動誤差部の熱的非平衡状態は長く続
き温度補正は難かしく又完全には補正しきれない。

（５）又プロセス温度のみでなく、演算処理部の周囲温
度の変動によっても中性子束検出器への印Ｗ電圧が変化
しカウント率が変動する。ｒ線等の影響を除くため中性
子検出器のカウント出力信号のパルス形状から中性子に
よるパルスのみを抽出する弁別回路を有しているがこの
しきい値も温度変動によりドリフトしこれも又温度変動
誤差となる。

（６）　　ＰＷＲでは１次冷却材中のＢ　濃度は燃料核
分裂による中性子の吸収によ〕運転が進むにつれて減損
していき当初の１９．８０％からその存在比率は減少し
ていく・この為Ｂ　濃度を計測するのであれば問題ないがボロン
濃度を計測する場合は誤差要因となる。

以上のことｔ−まとめると第６図のようになる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るボロン濃度自動分析装置は中性子検出部１
１０と演算処理回路部１２０と表示部１３０からなるボ
ロン濃度分析装置において、前記中性子検出部１１０は
中性子源１１１と減速材１１２と中性子検出器１１３と
サンプラータンク１１４を具備するとともに中性子＠１
１１にはＡｍ　−ＢｅおよびＣｆのいずれかを用い、中
性子検出器１１３にはＨ＋ｅ’カウンターを使用し、中
性子検出器１１３の上流に温度制御器と流量制御器を設
け、中性子検出器１１３のカウント率とポロ／濃度の関
係をポロ／濃度の範囲０〜５０００ｐｐｍ５ｉｉ？複数
の小領域に分け、その領域で２次曲線近似し、前記演算
処理回路部１２０は増幅器１２１とＩＩパルス数ウンタ
１２２とコンピュータ１２３と補正処理部１２４ｔ−具
備し、前記コンピュータ１２３は、パルス数カウンタ１
２２の出力およびＢ　存在比設定器１２５の出力を入力
するとともに、中”ν 性子源１１１の温度信号１中性子検出器１１３の温度信
号２と演算処理回路部１２０の温度信号３を入力し、表
示部１３０に出力すること１に特徴とする。

〔作用〕

中性子＃にはＡｍ−ＢｅおよびＣｆのいずれかを用いて
中性子を発生させ、中性子吸収率のより高い中性子検出
器（・Ｈｅ　　カウンター）により計数する。

中性子検出器の上流に温度制御器と流量制御器を設ける
ことＫよりプロセスの温度変動及び流量変動を防ぐ。

中性子検出器のカウント率とポロ／濃度の関数式はボロ
ン濃度０〜ｓｏｏｏｐｐｍ範囲を複数の小領域に分けそ
の領域で２次曲線近似することにより、関数フィッテン
グの正確さを高める。

補正処理部により中性子源の温度と中性子検出器の温度
と演算処理部の温、度の影響を補正する。

〔実施例〕

先ず、誤差要因（第６図）とその問題を解決する之めの
ポイントにつき述べる。

（１）物理的考察、及び実験により誤差要因の抽出と各
要因の誤差に及ぼす程度を把掴し問題解決の項目を絞り
込む。これにより以下の（２）〜（６）の導出の足がか
りを得る。

（２）統計的誤差全減少させ、又応答性を向上する為に
中性子検出器でのカウント率を増加するよう中性子源と
検出器の配置を最適に選ぶ。又中性子発生数の多い中性
子源と中性子吸収率のより高い中性子検出器音用いる。

（３）　　中性子検出器のカウント率とポロ／濃度の関
数フィッティングをより正確に行なうためポロ／濃度の
範囲Ｏ〜５０００　ｐｐｍ　ｔ−複数の領域に分けその
小さいレンジで２次曲線近似とする。領域を更に小さく
分けて１次近似としてもよいし、又逆に領域メツシーを
粗くして３次以上の多項式近似としてもよい。

（４）　　プロセス温度変動は補正しきれないのでポロ
／濃度計の上流に温度一定制御装置を設ける。

又プロセス温度変動の要因となる流量変動を抑えるため
、流量一定制御装置を設置する。更に周囲温度の変動（
季節、昼夜等による）及びプロセス温度変動の影響を補
正する為に温度補正処理部１２４も用いる。温度補正処
理用温度検出器は従来の減速材部に加えてプロセス流体
部にも用いる方式にもできる。

（５）演算処理部の温度ドリフトの影響を補正する為演
算処理部温度の補正処理部１２４を設ける。

（６）　　Ｂ　１０の減損はゆるやかにおこるので、別
途求め九Ｂ　１０存在比をイングットしこの値により補
正できる補正処理部１２４を設ける。

次に本発明の実施例を第１図〜第４図に示す。

第１図は本発明の実施例の構成を示す。中性子源１１１
としてはアメリシウム−ベリリウム（飾−Ｂ・）又はカ
リホルニウム（Ｃｆ）ｋ用いる。

ａ＝中性子源からサンプラータンクまでの距離ｂ＝サン
グラータンクから中性子検出器までの距離とするとき、
ａ、ｂの距ｌ１ｌｌｌ！！は計算解析又は実験により最
適配置となるよう即ちカウント率が最も大きくなるよう
に設定する。

減速材１１２としてはポリエチレンを使用する。

中性子検出器１１３にはＨｅ３カウンターを使用する。

中性子検出器のカウント率Ｃとポロ／濃度下の関数フイ
ッテングをより正確に行なうためポロ／濃度の範囲Ｏ〜
５０００　ｐｐｆｆｌ複数の小さい領域に分け、その小
さいレンジで２次曲線近似する。プロセス温度変動を防
ぐため中性子検出器の上流に温度１定制御器１１８と流
量１定制御器（図示省略）を設ける。

中性子検出信号を演算処理する回路部１２０は増＠ｆ５
１２１とパルス数カウンタ１２２とコンビ、−夕１２３
を備える。

Ｂ１０存在比設定器１２５によりＢ　の存在比を設定し
コンピュータ１２３に入力し、その値により補正できる
補正処理部１２４ｔ−設ける。演算処理部の温度ドリフ
トの影響ｔ−補正するための補正も前記補正部１２４に
より行なう。

第２図は本発明の実施例のプラトー曲線を示す。

プラトー領域は数百？ルトあり通常この範囲に印加電圧
を定め電圧変動の影響を除いているが、最も特性のよい
ものでも１％／１００Ｖ程度のスロープを有し印加電圧
を安定に保つことが要求される。

第３図は本発明の実施例のパルス高さ分布曲線を示す。

ノクルス高さ分布密度は検出器の種類、形状等によって
異なる。第３図のＬの長さが大で斜線部の面種■の比率
が小さい程ノイズ弁別の精度がよくなシ、又温度変動等
によるパルス中変動の影響を受けない。

第４図は検出器カウント率Ｃとゴロ７１１１１度ＣＢと
の関係を実験的に求める場合の誤差を示す図である。

広いレンジに亘って２次曲線で近似すると誤差が大きく
なるので、小さいレンジに分けて２次近似する。

前記実施例により、第６図に示す誤差要因に対しては以
下のように対処する。

％（Ｆ：カウント率、ｔ：計測時間）に近似できるので
Ｆｔ−大きくするかｔを大きくすることにより減少でき
る。ｔｌ大きくすることでの対処することもできるがこ
の場合は応答時間が長くなるのでＦを大きくする方法を
採用し以下の如く対処する。

（急）　　中性子計数率増加策として ■　中性子源とカウンタの配置については、試験結果に
より最適の配置を求める。

■　中性子源は強度種類（Ｃｆ）に変更する。

■　カウンタの高効率化のためＢＦ、をＨ−に変更する
。Ｈｅ　の方がＢ　よシ中性子吸収断面積が大きく又Ｈ
ｅ　　では毒性がない陰４加圧できるので計数率は３〜
１０倍上昇し、誤差は〜２　ｐｐｍ以下になる。

伽）その他次のことにも注意する。

■　計数率は下流のＡｍｐ回路とのマツチングより定め
る。１０　〜１０　　ｅｐｍが現状のリミットである。

又パルス巾が小さくパイルアップ効果の小さいことが望
ましい。ノ臂イルアッグ効果が大きく、ノ４ルス巾が大
きいとカウント率の増大に伴って各ノＪ？ルスが重なり
数え落としの原因となるからである。

■　プラトー曲線の平坦化をはかる。又パルス巾分布曲
線より弁別設定の容易なものとする（図２．３）。

■　検出器場所での中性子束レベル以上を計測できるよ
う検出器の中性子束レンジを定める。

中性子源により検出器設置場所の中性子束レベルは異な
るからである。

■　上記■〜■を満足するように計算及び実験によって
Ｈ−封入圧、検出器の大きさを最適に定める。中性子源
１１ｃｌ（キュリー）とした場合Ｈｅ３検出器は５〜１
０ｋｇ／ｃＩｎ２の封入圧で外径１１有効長１０”程度
が最適となる。

（ＩＢとは１インチ長のことである。）（２）　　フィ
ッティング誤差上記（１）項により中性子源、検出器のタイプ及び配置
を選定後検出器カウント率対ゼロン濃度の関係を実験的
に求める。この関係式は２次曲線に近いが広いレンジに
亘って２次曲線で近似すると第４図（ａ）　、　（ｂ）
の如くエラーを生じる。

そこで問題点を解決するためのポイントの（３）項の処
置を行なう。これにより第４図（Ｃ）のようにフィッテ
ィング誤差は大きく低減できる。

（３）温度変動誤差プロセス温度変動及び周囲温度変動による検出器カウン
ト率対♂ロン濃度の関係式の変化量を実験により求める
。この時ボロン計各部の温度を同時に計測しておき、各
部の温度と上記変化量との関係式を求め、この関係式に
より温度補正処理を行なう。

但し温度変動を生じさせないことが一番有効であるので
温度一定制御器全設置する。温度制御操作端は応答性よ
り冷却水よりヒータによる温度上昇させて周囲温度以上
の一定値に保つ。

〔発明の効果〕

本発明は前述のように構成されているので本発明によれ
ば以下の効果を奏する。

（１）　　流体の温度と流量を一定にする制御器をそな
え、かつカウント数の増大手段の採用により統計的誤差
を縮少できる。

（２）　　カウント数とがロン濃度との関係を小領域に
分けて近似することにより広いレンジに亘って高精で計
測できる。

（３）　運転に伴なう自然ボロンの内のＢ　成分の減損
の影響を補正でき、又温度変動によるドリフトの補正機
能を有する中性子吸収方式の検出器（中性子源からの中
性子が中性子検出器へ到着する数がプロセス中のボロン
濃度の増加に応じて減少するという原理を用いた中性子
源と中性子検出器からなるもの）を組込んでいるため高
精度でボロン濃度を自動分析できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示す図、第２図は本発
明の実施例のプラトー曲線を示す図、第３図は本発明の実施例のパルス高さ分布曲線を示す図
、第４図は検出器カウント率対ボロン濃度の関係を実験的
に求める場合の誤差を示す図、第５図は従来装置の構成
を示す図、第６図は従来装置の誤差要因を示す図である。１０．１１０・・・中性子検出部、１１，１１１・・・
中性子源、１２，１１２・・・減速材、１３，１１３・
・・中性子検出器、１４．１１４・・・サンプラータン
ク、１５，１１５・・・配管（流入例）、１６　、１１
６・・・配管（流出例）、１７．１１７・・・配＆、１
１８・・・ヒータ、１１処理回路部、２・・・パルス数カウユータ、１２４比設定器、３０ンピュータ）。９・・・調節計、２０．１２０・・・演算１．１２１・
・・増幅器、２２　、１２２ンタ、２３，１２３・・・
μｍコンビ・・・補正処理部、１２５・・・β　存在、１３０・・
・表示部（指示計又はコ

Claims

【特許請求の範囲】

中性子検出部（１１０）と演算処理回路部（１２０）と
表示部（１３０）からなるボロン濃度分析装置において
、前記中性子検出部（１１０）は中性子源（１１１）と
減速材（１１２）と中性子検出器（１１３）とサンプラ
ータンク（１１４）を具備するとともに、中性子源（１
１１）にはＡｍ−ＢおよびＣｆのいずれかを用い、中性
子検出器（１１３）にはＨｅ＾３カウンタを使用し、中
性子検出器（１１３）の上流に温度制御器と流量制御器
を設け、中性子検出器（１１３）のカウント率とボロン
濃度の関係はボロン濃度の範囲０〜５０００ｐｐｍを複
数の小領域に分け、その領域で２次曲線近似し、前記演
算処理回路部（１２０）は増幅器（１２１）とパルス数
カウンタ（１２２）とコンピュータ（１２３）と補正処
理部（１２４）を具備し、前記コンピュータ（１２３）
は、パルス数カウンタ（１２２）の出力およびＢ＾１＾
０存在比設定器（１２５）の出力を入力するとともに、
中性子源（１１１）の温度信号（１）と中性子検出器（
１１３）の温度信号（２）と演算処理回路部（１２０）
の温度信号（３）を入力し、表示部（１３０）に出力す
ることを特徴とするボロン濃度自動分析装置。