JPH0285796A - 加圧水型原子炉の出力分布監視装置 - 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、加圧水型原子炉の出力分布監視装置に関する
。

（従来の技術） 一般に原子炉には、炉心がその健全性を保ちつつ必要な
性能を発揮しているか否かを監視することを目的として
、プロセス制御計算機が設置されている。このプロセス
制御計算機は、炉心の内外各所に配置された中性子束検
出器の計数値を使用して、原子炉安全性の主要なパラメ
ータの一つである出力分布を監視する。

通常加圧水型原子炉では、炉心外に配置された中性子束
検出器の計数値は、原子炉起動時等の炉心全体の出力レ
ベルの監視の他、出力分布の監視にも使用されるが、こ
の中性子束検出器は炉心外に配置されているため、その
計数値には炉心の詳細な出力分布に関する情報か含まれ
ておらず、炉心全体の軸方向の出力分布の監視のみに使
用される。したがって炉心の局所的な出力分布に関する
情報は、炉心内に配置された中性子束検出器の計数値よ
り得ることになる。

以下に炉心内に配置された中性子束検出器の計数値より
、どのように出力分布がプロセス制御計算機により算出
されるかを簡単に説明する。

炉心内中性子束検出器には固定式と移動式の二種類があ
る。移動式中性子束検出器は特定（通常数十水）の燃料
集合体内の案内管を移動し、炉心軸方向に中性子束を測
定するか、または取出し可能な複数個の検出器がこの案
内管に炉心軸方向に挿入され、中性子束を測定する。し
かしながら、この移動式中性子束検出器による中性子束
の測定は、常に行われているわけではなく、炉心状態が
安定している時に数週間に一度程度行われ、その計数値
は後述する固定式中性子束検出器の計数値の較正に使用
される。

移動式中性子束検出器による中性子束測定は、前述のよ
うに特定の燃料集合体に対してのみ行われるので、プロ
セス制御計算機は予め内蔵された係数を使用し、その計
数値を内／外挿して炉心内の全燃料集合体の計数値を算
出する。さらにプロセス制御計算機は、やはり予め内蔵
されけた係数を使用し本計数値を出力値に換算し出力分
布を算出する。

固定式中性子束検出器は、同様に特定の燃料集合体（た
だし通常移動式検出器の案内管を含む集合体よりその数
は少ない）内の案内管に炉心軸方向に固定配置されてお
り、中性子束を測定する。

その計数値は、移動式中性子束検出器による中性子束測
定が行われた時点で、その固定式中性子束検出器の監視
ゾーン中の移動式中性子束検出器の；１数値の最大値に
等しくなるように、較正されている。プロセス制御計算
機は本計数値を同様に予め内蔵された係数を使用し出力
値に換算する。従ってこの値は各固定式中性子束検出器
の監視ゾーン中の最大出力値を表していることになり、
これを監視することにより炉心の健全性を監視すること
が可能となる。

（発明が解決しようとする課Ｗｉ） しかしながら、上記説明の従来の炉心監視方法には以下
のような問題がある。

すなわち、加圧水型原子炉の出力制御はボロン水の注入
および制御棒の移動により自動的に行われる。ボロン水
の注入による出力分布の変化は炉心全体にわたるもので
あるが、制御棒が移動すると局所的に出力分布が変化す
る。このような場合上記の炉心監視法は必ずしも精度良
い出力分布の監視を行っているとはいいがたい。その理
由は固定式中性子束検出器の計数値は移動式中性子束検
出器の計数値による較正時にはその監視ゾーン中の最大
値を表してはいるが、較正時から出力分布が変化した場
合、これは保証されないからである。

換言すれば、現状の炉心監視方法は、移動式中性子束検
出器による中性子束分布の）１定時から大きく出力分布
が変化しない場合のみ有効である。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、その目的は、移動式中性子束検出器による中性子束分
布のＡｌｌ定時から大きく出力分布が変化した場合にお
いても、従来に較べて精度良い出力分布の監視を行うこ
とのできる加圧水型原子炉の出力分布監視装置を提供す
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、本発明の加圧水型原子炉の出力分布監視装置
は、少なくとも炉心データＤＩ定器と移動式中性子束検
出器の計数値を入力するデータサンプラーと、このデー
タサンプラーから前記炉心データａｌ定器の計数値を入
力し予め内蔵された物理モデルに基づき中性子束分布を
算出する中性子束分布計算装置と、前記データサンプラ
ーから前記移動式中性子束検出器の中性子束計数値を入
力して出力分布を算出するとともに、前記中性子束分布
計算装置から前記中性子束分布を入力し、この中性子束
分布を補正するための補正係数を前記中性子束計数値に
基づいて算出、記憶し、前記移動式中性子束検出器によ
るａノ定が行われない時点では、前記中性子束分布計算
装置からの中性子束分布と前記補正係数とを用いて出力
分布を算出する出力分糸計算装置とを備えたことを特徴
とする特（作　用） 上記構成の本発明の加圧水型原子炉の出力分布監視装置
では、移動式中性子束検出器による中性子束分布の測定
時から大きく出力分布が変化した場合においても、従来
に較べて精度良い出力分布の監視を行うことができる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を、一実施例について図面を参照し
て説明する。

第１図は本発明の一実施例の加圧水型原子炉の出力分布
監視装置の構成を示すもので、加圧水型原子炉１内には
炉心２が収納されており、この炉心２内には固定式中性
子束検出器３および移動式中性子束検出器４が配置され
ている。また原子炉１内には炉心データすなわち炉心冷
却材流量、炉心圧力、炉心出入口冷却材温度、制御棒位
置等を、０１定する各種の炉心データ測定器５が配置さ
れており、移動式中性子束検出器４および炉心データ測
定器５の測定信号は出力分布監視装置６に入力される。

出力分布監視装置６は、データサンプラー７と、中性子
束分布計算装置８と、出力分布計算装置９と、入出力装
置１０とにより構成されている。この出力分布監視装置
６は、移動式中性子束検出器４により中性子束の測定が
行われるか、入出力装置１０を通して運転員の要求があ
るか、または予め定められた範囲を越えて制御棒が移動
するかのいずれかの時点で起動する。

データサンプラー７は、炉心データｌ１ｌ１１定器５の
信号を中性子束分布計算装置８へ伝送すると共に、移動
式中性子束検出器４の信号を出力分布計算装置９へ伝送
する。

中性子束分布計算装置８は、データサンプラー７から伝
送された炉心データ測定器５の信号を入力し、その内蔵
する物理モデルによって中性子束分布を算出する。この
ような計算に用いられる物理モデルとしては、装置全体
の即応性を高めるため多少計算精度が悪くても計算時間
が短くて済む、例えばいわゆる−群・粗格子点拡散モデ
ルを使用するのが望ましい。このような−群・粗格子点
拡散モデルを使用して中性子束分布を算出する場合には
、燃料集合体を空間的に多数の接点（ノード）の集合で
あられし、各ノードにおける中性子束が以下の方程式■
を満足するものとする。

Ｌ・φｃ＋Ｂ２・φｃ　−０・・・・・・・・・■ここ
で、 Ｌ　ニラプラス演算子を有限階差近似した、ノードの総
数に等しい行・列数の正方行列 φＣ：各ノードにおける中性子束の全体を要素とする、
ノードの総数に等しい次元のベクトルＢ２．各ノードの
物質バックリングを対角要素とする、ノードの総数に等
しい行・列数の正方行列 である。さらに、原子炉炉心を三次元直角座標系で記述
し、炉心軸方向をＺ軸、炉心径方向をＸ軸、Ｙ軸でおの
おの表し、Ｚ方向でに番目、Ｘ方向でｉ番目、Ｘ方向で
ｊ番目に存在するノードを添字Ｉｃ、ｉＳ　ｊで示すこ
とにし、φＣの要素たるノードの中性子束をφｃ　（ｋ
、Ｉ、ｊ）と書くことにする。

上記方程式■に基づいて、中性子束分布計算装置８は周
知の方法、例えばｒ　Ｍ、Ｔｓｕｉｋｌ、ｅｔ　ａｌ：
”Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ａｃｃｅｌｅｒａ
ｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｖｏｉｄ　１ｔｅｒａＬｉｏｎｓ　ｉ
ｎ　１３ｏｉ１ｉｎｇ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅａｃｔｏｒ　
Ｃｏｒｅ　Ｃａ１ｃｕｌａｔｔｏｎｓ”、Ｎｕｃｌ、Ｓ
ｃｉ、Ｅｎｇ、、６４，７２４−７３２（１９７７）Ｊ
に記載されている方法等により中性子束分布を算出し、
この中性子束分布を出力分布計算装置９へ送る。

出力分布計算装置９は、データサンプラー７からの移動
式中性子束検出器４の計数値、および中性子束分布計算
装置８からの中性子束分布を人力として１、以下の二通
りの処理を行う。

すなわち、出力分布監視６が、移動式中性子束検出器４
による中性子束の測定が行われた時点で起動された場合
には、プロセス制御計算機に内蔵されている係数と同様
な係数を用いて、移動式中性子束検出器４の計数値を炉
心内の全燃料集合体に内／外挿するとともに、以下の方
程式■により、移動式中性子束検出器４の計数値に基づ
く内／外挿値αｔ　（ｋ、Ｉ、ｊ）と、中性子束分布計
算装置８がら伝送された中性子束φｃ　（ｋ、ｉ、ｊ）
の比を計算す−る　。

Ｒｔ　　（ｋ、Ｉ、ｊ） −ａ　　ｔ　（ｋ、ｉ、ｊ）　　／φ　ｃ　（ｋ、ｉ、
ｊ）　　・・’　”’　”’■中中性子分分布計算装置
８より計算された中性子束分布には、その内蔵されてい
る物理モデルを通して炉心状！！３（例えば炉心冷却材
流量、炉心圧力、炉心出入口冷却材温度、制御棒位置等
）が考慮されているため、■式で計算される比は、前述
した即応性を高めるために生じる物理モデルの計算誤差
といえるものである。この比は出力分布計算装置９内に
補正係数として記憶され、この補正係数は、移動式中性
子束検出器４により中性子束の測定が行われた時点で、
出力分布監視装置６が起動される度に更新される。

一方、出力分布監視装置６が、入出力装置１０を通して
運転員の要求があるか、または予め定められた範囲を越
えて制御棒が移動するかの、いずれかの時点で起動され
た場合には、以下の方程式■により中性子束分布φｔ　
（ｋ、ｉ、ｊ）を計算する。

φｔ　（ｋ、ｉ、ｊ） 一φｃ　（ｋ、Ｉ、ｊ）　　・Ｒｔ　（ｋ、ｉ、ｊ）　
　−−・＝−■上記方程式■で計算された中性子束分布
は、出力分布監視装置６の起動時点での炉心状態、およ
び物理モデルの計算誤差をも考慮されているので、精度
の良い中性子束分布である。

最後に出力分布計算装置９は、出力分布を以下の方程式
■および■により計算し、入出力装置１０を通して運転
員に表示する。

Ｐ　（ｋ、ｉ、ｊ） −ｆ　（ｋ、ｉ、ｊ）　　・αｔ　（ｋ、ｉ、ｊ）　　
　・・・・・・・・・・・・■（移動式中性子束検出器
４による中性子束の測定が行われる時点で起動された場
合） Ｐ　（ｋ、ｉ、ｊ） −ｆ　（ｋ、ｉ、ｊ）　　・φｔ　（ｋ、１．ｊ）　　
　・・・・・・・・・・・・■（入出力装置１０を通し
て運転員の要求があるか、または予め定められた範囲を
越えて制御棒が移動するかの、いずれかの時点で起動さ
れた場合）ここでｆ　（ｋ、１．ｊ）は予め出力分布計
算装置９に内蔵されている係数で、プロセス制御計算機
に内蔵されている係数と同等のものである。

すなわち、上記説明のこの実施例の出力監視装置６では
、移動式中性子束検出器４による中性子束の測定が行わ
れる時点で起動された場合は、測定された中性子束分布
そのものに基づいて出力分布を算出するので、この出力
分布は当然のことながら正確である。また、入出力装置
１０を通して運転員の要求があるか、または予め定めら
れた範囲を越えて制御棒が移動するかの、いずれかの時
点で起動された場合においても、算出された出力分布に
は、起動時点での炉心状態および物理モデルの計算誤差
が考慮されているため、極めて高精度である。

なお、上記実施例では固定式中性子束検出器３の計数値
は全く使用されていないが、この計数値を使用すること
により、さらに精度を高めることが可能である。

この場合は、第２図に示すように、データサンプラー７
を介して、固定式中性子束検出器３の計数値が、出力分
布計算装置９に伝送されるようにし、出力分布計算装置
９において以下のような計算を行うよう構成する。

すなわち、移動式中性子束検出器４による中性子束の測
定が行われる時点では、出力分布計算装置９により固定
式中性子束検出器３の計数値を、各検出器の位置と等し
い位置での移動式中性子束検出器４の内／外挿値に等し
くなるように較正する。

そして、入出力装置１０を通して運転員の要求があるか
、または予め定められた範囲を越えて制御棒が移動する
かのいずれかにより、出力監視装置６が起動された場合
、以下の方程式■により、固定式中性子束検出器３の計
数値と方程式■により計算される中性子束との比を、各
固定式中性子束検出器位置３について計算する。

Ｒビ（ｋｏ、ｉ’、ｊ’） 一αド（ｋ　’　、　ｉｏ、ｊ’）／φｔ　（ｋ’、ｉ
’、ｊｏ）　　・・・・・・・・・■ここで、αｌ’（
ｋ’、ｉ’、ｊ’）は、固定式中性子束検出器３の計数
値であり、添字は各検出器の位置を表している。次に出
力監視装置６は上記方程式■で計算された比を炉心の全
燃料集合体に内／外挿し、以下の方程式■により中性子
束分布φｌ　（ｋ、ｉ、ｊ）を得る。

φｌ　（ｋ、ｉ、ｊ） −Ｒｌ　（ｋ、１．ｊ）　　・φｔ　（ｋ、ｌ、ｊ）　
　・・・・・・・・・■ここで、 Ｒ１：内／外挿された固定式中性子束検出器３の計数値
と■式により計算される修正された中性子束との比 である。

上記方程式■で計算された中性子束分布は、物理モデル
の計算誤差を、出力監視装置６が起動された時点で再評
価しているという意味でさらに高精度であるといえる。

出力分布は前述の方程式■と同様に以下の方程式■で計
算される。

Ｐ　（ｋ、ｉ、ｊ）　−ｆ　（ｋ、Ｉ、ｊ）　　・φｌ
　（ｋ、ｉ、ｊ）・・・・・・・・■［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の加圧水型原子炉の出力分
布監視装置によれば、移動式中性子束検出器による中性
子束分布のＤ１定時から大きく出力分布が変化した場合
においても、従来に較べて精度、良い出力分布の監視を
行うことができるので、原子炉の運転マージンを減少さ
せ、原子炉の運用を安全かつ効率的に向上させることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の加圧水型原子炉の出力分布
監視装置の構成を示すブロック図、第２図は第１図の変
形例の構成を示すブロック図である。 １・・・・・・・・・加圧水型原子炉 ２・・・・・・・・・炉心 ３・・・・・・・・・固定式中性子束小器４・・・・・
・・・・移動式中性子束出器５・・・・・・・・・炉心
データ測定器６・・・・・・・・・出力分布監視装置７
・・・・・・・・・データサンプラー８・・・・・・・
・・中性子束分布計算装置９・・・・・・・・・出力分
布計算装置１０・・・・・・入出力装置 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　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも炉心データ測定器と移動式中性子束検
   出器の計数値を入力するデータサンプラーと、このデー
   タサンプラーから前記炉心データ測定器の計数値を入力
   し予め内蔵された物理モデルに基づき中性子束分布を算
   出する中性子束分布計算装置と、前記データサンプラー
   から前記移動式中性子束検出器の中性子束計数値を入力
   して出力分布を算出するとともに、前記中性子束分布計
   算装置から前記中性子束分布を入力し、この中性子束分
   布を補正するための補正係数を前記中性子束計数値に基
   づいて算出、記憶し、前記移動式中性子束検出器による
   測定が行われない時点では、前記中性子束分布計算装置
   からの中性子束分布と前記補正係数とを用いて出力分布
   を算出する出力分布計算装置とを備えたことを特徴とす
   る加圧水型原子炉の出力分布監視装置。