JPH04218792A - 中性子検出器の監視法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電離箱型中性子検出器の
出力を監視する方法に関するものである。

【０００２】詳しく言えば、本発明は原子炉の炉心内に
おいて中性子束を測定するために使用される電離箱型中
性子検出器の出力を監視する方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】原子炉の炉心内において中性子束を測定
監視するための炉心内検出装置はたとえばジ―・ア―ル
・パ―コス（Ｇ．Ｒ．Ｐａｒｋｏｓ）等の米国特許第３
５６５６５０号明細書中に記載されているが、これは本
発明を適用し得る装置の一例を成すものである。

【０００４】電離箱型中性子検出器は公知であって、た
とえばエル・ア―ル・ボイド（Ｌ．Ｒ．Ｂｏｙｄ）等の
米国特許第３０４３９５４号明細書中に記載されている
。かかる電離箱は、通例、互いに離隔して配置されかつ
電気的に絶縁された１対の電極並びにそれらの間に配置
された中性子受感物質および電離性気体から成る。たと
えば核分裂電離箱すなわちフィッションチェンバの場合
、中性子受感物質は中性子によって核分裂可能なＵ−２
３５のごとき物質である。入射した中性子が電離箱内の
ウランの核分裂を誘発したために生じた核分裂生成物は
、電離箱内における中性子束の大きさに比例して気体を
電離する。また、別の種類の中性子受感電離箱において
は気体状の三フッ化ホウ素のごとき中性子受感物質が使
用される。これらの電離箱の電極間に直流電圧が印加さ
れた場合には、電離量従って電離箱内の中性子束に比例
した出力電流が生じる。

【０００５】ところで核分裂電離箱内の中性子束を求め
るためには、公知のごとく、電離箱を通って流れる平均
電流を測定することにより電離箱を通って流れる直流を
表わす信号（通常はＤＣ信号と呼ぶ）を得るか、あるい
は適当な周波数範囲内において電離箱内の平均二乗交流
を測定することにより電離箱を通って流れる交流を表わ
す信号（通常はＡＣ信号と呼ぶ）を得ればよい。いずれ
の方法によって得られた信号も電離箱内の中性子束の測
度として使用される。現在、沸騰水型原子炉においては
、原子炉の出力領域における中性子束の測度としてＤＣ
信号が使用され、またそれより低い出力レベルにおける
中性子束の測度としてＡＣ信号が使用されている。

【０００６】中性子検出器としての核分裂電離箱は、感
度が良く、寿命が十分に長く、かつ中性子束の変化に対
する応答が早いという利点を有している。しかしながら
、その応答は非直線的であることが多く、従って中性子
束に対する出力電流を個々の電離箱について正確に予測
することはできない。更にまた、中性子受感物質の燃焼
あるいは電離箱内の電離性気体の密度変化に原因する感
度低下のため、使用中の電離箱をかなり頻繁に較正し直
さなければならない。一般に、かかる核分裂電離箱の動
作は損われ易い上、色々な種類の機能低下によって感度
変化の生じることがあるが、それの存在および程度は較
正をやり直すまで検出されないままに終る可能性がある
。

【０００７】核分裂電離箱の最も弱い部分の１つは、電
離箱と接続ケ―ブルとの間の封止部である。この封止部
は気体を電離箱内に封じ込め、そして電離箱内に一定の
気体密度を維持するのに役立つ。この封止部が破損した
場合には、破損時における電離箱内およびケ―ブル内の
気体圧力に応じ、気体が電離箱からケ―ブル内へ流れた
り、あるいはケ―ブルから電離箱内へ流れたりすること
がある。いずれの場合にせよ、電離箱の感度は変化する
から、電離箱から得られるＡＣ信号およびＤＣ信号は中
性子束の測度として誤ったものとなる。このような気体
密度の変化は破損の程度に応じ数分間から数日間にわた
って起り得るから、誤った読みが気付かれないこともあ
る。その上、たとえ誤った読みに気付いたとしても、核
分裂電離箱を較正し直す以外に誤差の大きさを決定する
方法はない。従って、電離箱内における気体密度の変化
を探知して誤差の大きさを決定することにより電離箱の
出力を自動的に補正することのできる装置が要望されて
いる。

【０００８】核分裂電離箱型の中性子検出器に関して見
られるもう１つの問題は、ガンマ線もまた電離箱内の気
体を電離し、それによって電離箱内のガンマ線に比例す
るＤＣ信号を与えるという点である。電離箱から得られ
たＤＣ信号の中性子由来部分とガンマ線由来部分とを識
別する方法はない。そこで、沸騰水型原子炉の出力領域
において現在使用されているようにＤＣ信号を中性子束
の測度として使用する場合には、中性子由来電流が電離
箱の全電流中の所定比率を下回れば電離箱の寿命が終了
したと見なされる。しかしながら、原子炉の炉心内の検
出器付近におけるガンマ線照射率は未知でありかつ正確
な測定も不可能であるから、上記の寿命終了を探知する
方法は目下のところ存在しない。それ故、ＤＣ信号が中
性子束の測度として使用される場合には、中性子照射に
よって生じる部分の電流を測定することによって電離箱
の寿命終了を予測することのできる装置が要望されてい
る。

【０００９】核分裂電離箱型の中性子検出器に関して見
られるもう１つの問題は、電離箱の応答が非直線性を示
すという点である。すなわち、検出器の出力電流は電離
箱内の中性子束に正しく比例しないのである。このよう
な非直線性の原因は、原子炉の出力に応じて検出器の温
度が変動し、そのため検出器の有効容積内の気体密度が
出力に応じて変動することにある。その結果、検出器の
感度は出力に依存し、従って検出器の応答は非直線的と
なる。原子炉の炉心内の検出器付近における中性子束を
正確に測定することは不可能であるから、電離箱を使用
すべき中性子束領域内において中性子束に対する電離箱
の出力を測定するという従来方法の場合には非直線度を
決定して補正を行うことはできない。ところが、最新の
高出力密度原子炉の運転を可能にする最高出力レベルは
炉心内検出器の非直線度の関数であるから、検出器の非
直線度を決定することは重要である。従って、様々な出
力レベルにおける電離箱型中性子検出器の非直線度を決
定するような装置も要望されている。

【００１０】

【本発明の目的】本発明に従って簡潔に述べれば、核分
裂電離箱から得られたＡＣ信号とＤＣ信号との比を使用
することにより、電離箱内の気体密度の変化を探知し、
気体密度の変化に対して補正し、ＤＣ信号が中性子束の
測度として使用される場合には検出器の寿命終了を予測
し、しかも様々な出力レベルにおける検出器の非直線度
を決定するような中性子検出器の出力監視する方法を提
供する。

【００１１】

【本発明の構成】電離箱内の平均二乗交流に比例する電
圧（通常はＡＣ信号と呼ばれる）が作成され、電離箱内
の直流に比例する電圧（通常はＤＣ信号と呼ばれる）が
作成され、かかるＡＣ信号とＤＣ信号との比が作成され
、そしてその比が監視される。この比の急速な変化は気
体の漏れすなわち電離箱内の気体密度の変化を表わす。 この比でＤＣ信号を割れば、電離箱内の気体密度に関係
なく電離箱内の中性子束に比例する信号が得られる。ま
た、この比を二乗した値でＡＣ信号で割れば、検出器か
ら得られたＡＣ信号が補正される。ＤＣ信号が中性子束
の測度として使用される場合、電離箱の寿命終了はこの
比が初期値のＭ／（Ｍ＋１）倍に等しくなることによっ
て探知される。ここでは、電離箱の寿命終了は電離箱内
の中性子由来電流がガンマ線由来電流のＭ倍（ただしＭ
は所定の倍数である）になった場合として定義されてい
る。高出力レベルにおけるＡＣ信号とＤＣ信号との比を
低出力レベルにおけるＡＣ信号とＤＣ信号との比で割っ
た商を低出力レベルにおける既知のＤＣ感度に掛ければ
、高出力レベルにおける電離箱のＤＣ感度、従ってＤＣ
信号を使用した場合における電離箱の非直線度が決定さ
れる。また、高出力レベルにおけるＡＣ信号とＤＣ信号
との比の二乗を低出力レベルにおけるＡＣ信号とＤＣ信
号との比の二乗で割った商を低出力レベルにおける既知
のＡＣ感度に掛ければ、高出力レベルにおける電離箱の
ＡＣ感度、従ってＡＣ信号を使用した場合における電離
箱の非直線度が決定される。

【００１２】

【本発明の詳しい説明】以下、添付の図面を参照しなが
ら本発明を一層詳しく説明しよう。

【００１３】先ず図１を見れば、中性子束を監視するた
め原子炉の炉心２内に配置された複数の検出器１が示さ
れている。公知の通り、かかる炉心は互いに離隔して配
置された多数の燃料集合体３から成っていて、その各々
にはＵ−２３５のごとき核分裂性物質を含有する複数の
燃料要素すなわち燃料棒が含まれている。燃料集合体３
同士の間隙には、検出器１を収容するための保護管４が
配置されている。矢印５によって示されるごとく、燃料
集合体中を通って冷却材（通常は水）を循環させること
によって熱が取出される。保護管４は密閉することもで
きるし、また図示のごとくに開放して検出器の周囲に冷
却材を流すこともできる。実際には、各保護管４内の相
異なる水準に若干の検出器が配置されることも含め、炉
心内に一定数の検出器が所定の方式で配置される結果、
炉心内の中性子束の大きさおよび分布が正確に表示され
る。なお、その詳細は前述の米国特許第３５６５７６０
号明細書中に図示されかつ記載されている。

【００１４】

【実施例】本発明と共に使用し得る種類の検出器を図２
に略示する。電離箱型の検出器１は互いに離隔して配置
された２個の導電性電極１１および１２を有している。 電極１１および１２間の空隙１３は密封され、かつ貴ガ
ス（たとえばアルゴン）のごとき電離性気体で満たされ
ている。電極１１および１２の一方または両方の表面上
には、中性子による放射化の可能な物質（たとえば核分
裂性ウラン）の薄膜、薄層または被膜１４が設置されて
いる。中性子束の存在下では、被膜１４の物質が中性子
束に比例した速度で核分裂反応を受ける。こうして生じ
た核分裂生成物は、核分裂の数に比例して、電極間の空
隙１３に存在する気体の電離を引起す。適当な電圧の電
源が電極１１および１２間に接続されれば、イオン対は
それらの電極によって捕集される。その結果、電離箱を
通って交流および直流が流されるが、これらはいずれも
電離箱内の中性子束の測度を成す。

【００１５】本発明方法に従えば、電離箱内の平均二乗
交流に比例する信号ＶＭＳＶ　（通常はＡＣ信号と呼ぶ
）が作成され、また電離箱内の平均電流に比例する信号
ＶＤＣ（通常はＤＣ信号と呼ぶ）が作成される。これら
のＤＣ信号およびＡＣ信号はいずれも電離箱内の中性子
束に正比例する。そこで、ＡＣ信号とＤＣ信号との比Ｒ
が作成され、そしてこの比Ｒが監視される。Ｒの急速な
変化は気体の漏れすなわち電離箱内の気体密度の変化を
表わす。ＶＤＣを比Ｒで割ればＤＣ信号は電離箱内の気
体密度の変化に対して補正される。また、ＶＭＳＶ　を
比Ｒの二乗で割ればＡＣ信号は電離箱内の気体密度の変
化に対して補正される。補正済みのＤＣ信号およびＡＣ
信号はいずれも電離箱内の気体密度に関係なく電離箱内
の中性子束を表わす。ＤＣ信号が中性子束の測度として
使用される場合、電離箱の寿命終了はＲが初期値のＭ／
（Ｍ＋１）倍に等しくなることによって探知される。こ
こでは、電離箱の寿命終了は電離箱内の中性子由来電流
がガンマ線由来電流のＭ倍（ただしＭは所定の倍数であ
る）になった場合として定義されている。ＤＣ信号が中
性子束の測度として使用される場合には、高出力レベル
におけるＲを低出力レベルにおけるＲで割った商を低出
力レベルにおける既知のＤＣ感度に掛ければ、高出力レ
ベルにおける電離箱のＤＣ感度ＳＤＣ、したがって高出
力レベルにおける電離箱の非直線度が決定される。また
ＡＣ信号が中性子束の測度として使用される場合には、
高出力レベルにおけるＲの二乗を低出力レベルにおける
Ｒの二乗で割った商を低出力レベルにおける既知のＡＣ
感度に掛ければ、高出力レベルにおける電離箱のＡＣ感
度ＳＡＣ、従って高出力レベルにおける電離箱の非直線
度が決定される。ところで、本発明方法は以下のような
数学的表現を用いれば最も良く記述される。

【００１６】電離箱を通って流れる平均中性子由来電流
は次式で表わされる。

【００１７】

【数１】 同様に、電離箱を通って流れる平均ガンマ線由来電流は
次式で表わされる。

【００１８】

【数２】 従って、電離箱を通って流れる全平均電流は次式の通り
である。

【００１９】

【数３】 適当な標準増幅回路により、この電流が電離箱内のＤＣ
電流に比例した電圧ＶＤＣに変換される。かかる回路の
出力は次式で表わされる。

【００２０】

【数４】 ただし、ＶＤＣ＝増幅されたＤＣ信号、あるいは単にＤ
Ｃ信号。

【００２１】Ｇ＝電子回路の低周波数伝達インピ―ダン
ス。式（４）は次のように書直すことができる。

【００２２】

【数５】 電離箱を通って流れる単位周波数区間当りの平均二乗交
流は次式で表わされる。

【００２３】

【数６】 ところで、実際の核分裂電離箱は中性子由来平均二乗交
流がガンマ線由来平均二乗交流よりも遥かに大きくなる
ように設計されている。すなわち、実際の核分裂電離箱
については次式が成立つことが証明できる。

【００２４】

【数７】 それ故、式（６）は次のように書直すことができる。

【００２５】

【数８】 そこで、電離箱を通って流れる平均二乗交流を表わすも
のとしてはこの式（８）が使用される。増幅器、帯域フ
ィルタ、二乗回路および低域ＲＣフィルタから成る適当
な標準増幅回路により、この電流が電圧ＶＭＳＶ　に変
換される。かかる回路の出力は次式で表わされる。

【００２６】

【数９】 ただし、ＶＭＳＶ　＝増幅されたＭＳＶ信号、あるいは
単にＡＣ信号。

【００２７】Ａ＝二乗回路の低周波数伝達関数。

【００２８】［Ｈ］＝電子回路の線形部分の伝達関数の
絶対値。

【００２９】ｆ＝周波数。

【００３０】かかる回路の線形部分の通過帯域は、定数
ｋの値が通過帯域全体にわたって一様でありかつ封止部
が破損しても変化しないように設定することができる。 なお、式（９）は次のように書直すことができる。

【００３１】

【数１０】 従って、ＡＣ信号とＤＣ信号との比Ｒは次のようになる
。

【００３２】

【数１１】 さて、ＤＣ信号が中性子束の測度として使用される場合
、比Ｒは電離箱の寿命終了を探知するために使用される
。かかる目的のためには、式（１２）が次のように書直
される。

【００３３】

【数１２】 電離箱が新しい時、中性子由来電流はガンマ線由来電流
よりも遥かに大きい。すなわち

【００３４】

【数１３】 式（１４）は次のように書直すことができる。

【００３５】

【数１４】 従って、式（１３）は次のように書直すことができる。

【００３６】

【数１５】 ただし、Ｒ１　＝電離箱が新しい時におけるＡＣ信号と
ＤＣ信号との比。

【００３７】電離箱が使用によって古くなるにつれ、中
性子受感物質は消耗し、従って中性子由来電流はガンマ
線由来電流に比べて減少する。結局、中性子由来電流が
電離箱の全出力中で占める比率がある程度まで小さくな
れば、電離箱の出力はもはや中性子束の測度として役に
立たなくなる。従って、中性子束由来電流がガンマ線由
来電流のＭ倍（ただしＭは所定の倍数である）になった
時に電離箱の寿命は終了したと見なされる。すなわち、
その時には次式が成立つ。

【００３８】

【数１６】 式（１７）は次のように書直すことができる。

【００３９】

【数１７】 式（１３）および（１８）をまとめれば

【００４０】

【数１８】 ただし、Ｒ２　＝電離箱の寿命終了時におけるＡＣ信号
とＤＣ信号との比。

【００４１】式（１９）は次のように書直すことができ
る。

【００４２】

【数１９】 そこで、式（１６）および（２０）をまとめると次式が
得られる。

【００４３】 　　　　　　　　Ｒ２　＝（Ｍ／Ｍ＋１）Ｒ１　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（２１）式（２１）からわかる通り、ＤＣ信号
が中性子束の測度として使用される場合、電離箱の寿命
終了はＡＣ信号とＤＣ信号との比Ｒ２　が初期値Ｒ１の
Ｍ／（Ｍ＋１）倍に等しくなることによって探知される
ことになる。

【００４４】次に、電離箱と接続ケ―ブルとの間の封止
部が破損し、そのため電離箱の有効容積内の気体密度が
ＤからＤ′に変化した場合を考える（ただしＤおよびＤ
′は単位体積当りの原子数または分子数である）。その
場合、１回の中性子反応についての平均電荷は次式によ
って与えられる。

【００４５】

【数２０】 なお、ダッシュ（７は封止部の破損後における値を表わ
すために使用される。同様に、１回のガンマ線反応につ
いての平均電荷は次式によって与えられる。

【００４６】

【数２１】

【００４７】また、１回の中性子反応についての平均二
乗電荷は次式によって与えられる。

【数２２】 ここで式（１２）を使用すれば、封止部の破損後におけ
るＡＣ信号とＤＣ信号との比は次式によって与えられる
。

【００４８】

【数２３】 式（２２）、（２３）および（２４）を式（２５）中に
代入すれば次式が得られる。

【００４９】

【数２４】 式（１２）および（２６）をまとめると次のような結果
になる。

【００５０】　　Ｄ′ 　　　　　　　　Ｒ′＝　　　　Ｄ　　　　Ｒ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（２７） 式（２７）からわかる通り、封止部の破損後におけるＡ
Ｃ信号とＤＣ信号との比Ｒ′は封止部の破損前後におけ
る気体密度ＤおよびＤ′の比の一次関数である。従って
、比Ｒが比較的急速に（すなわち数分間から数日間にわ
たって）変化した場合には、封止部の破損が起ったこと
が探知される。

【００５１】沸騰水型原子炉の出力領域において現在使
用されている方法に従い、ＤＣ信号が中性子束の測度と
して使用される場合、封止部の破損後におけるそれの値
は次式によって与えられる。

【００５２】

【数２５】 式（２２）および（２３）を使用すれば、この式は次の
ように書直すことができる。

【００５３】

【数２６】 式（４）、（２７）および（２９）をまとめると次のよ
うな結果になる。

【００５４】 　　　　　　　　ＶＤＣ（Ｒ／Ｒ′）ＶＤＣ′　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（３０）式（３０）からわかる通り、ＤＣ信
号を正しい値に補正するためには、誤った値にＲ／Ｒ′
を掛けるか、あるいは誤った値をＲ′／Ｒで割ればよい
。

【００５５】さもなければ、式（３０）を次のように書
直すことができる。

【００５６】 　　　　　　　　ＶＤＣ／Ｒ＝ＶＤＣ′／Ｒ′　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（３１）式（３１）からわかる通り、封止部
の破損後におけるＤＣ信号を封止部の破損後におけるＡ
Ｃ信号とＤＣ信号との比で割った値は、封止部の破損前
におけるＤＣ信号を封止部の破損前におけるＡＣ信号と
ＤＣ信号との比で割った値に等しい。それ故、ＤＣ信号
をＡＣ信号とＤＣ信号との比で常に割り、そしてその値
を電離箱内の気体密度に関係しない中性子束の測度とし
て使用することが好ましい場合もある。

【００５７】他方、ＡＣ信号が中性子束の測度として使
用される場合、封止部の破損後におけるそれの値は次式
によって与えられる。

【００５８】

【数２７】 式（２４）を使用すれば、この式は次のように書直すこ
とができる。

【００５９】 　　　　　　　　ＶＭＳＶ　′＝Ｆ（Ｄ′／Ｄ）２　ｒ
ｎ　Ｑｎ　２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（３３）式（１０）および（２７）を式（３３）中
に代入すれば次式が得られる。

【００６０】 　　　　　　　　ＶＭＳＶ　＝（Ｒ／Ｒ′）２　ＶＭＳ
Ｖ　′　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（３４）それ故、増幅されたＡＣ信号を正しい
値に補正するためには、誤った値に（Ｒ／Ｒ′）２　を
掛けるか、あるいは誤った値を（Ｒ′／Ｒ）２　で割れ
ばよい。

【００６１】さもなければ、式（３４）を次のように書
直すことができる。

【００６２】 　　　　　　　　ＶＭＳＶ　／Ｒ２　＝ＶＭＳＶ　′／
（Ｒ′）２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（３５）式（３５）からわかる通り、封止部の破
損後におけるＡＣ信号を封止部の破損後におけるＡＣ信
号とＤＣ信号との比の二乗で割った値は、封止部の破損
前におけるＡＣ信号を封止部の破損前におけるＡＣ信号
とＤＣ信号との比の二乗で割った値に等しい。それ故、
ＡＣ信号をＡＣ信号とＤＣ信号との比で常に割ることに
より、電離箱内の気体密度に関係なく中性子束に比例す
る信号を得ることが好ましい場合もある。

【００６３】核分裂電離箱の有効容積内の気体密度の変
化が小さい場合、中性子受感被膜中における１回の核分
裂または１回のガンマ線反応について気体中に生じる１
方の符号を持った平均電荷は気体密度に比例する。すな
わち

【００６４】

【数２８】 ただし、ｋ１　およびｋ２　は比例定数、そしてρは電
離箱の有効容積内の気体密度である。同様に、１回の中
性子反応について気体中に生じる１方の符号を持った平
均二乗電荷は気体密度の二乗に比例する。すなわち

【０
０６５】

【数２９】 ただし、ｋ３　は比例定数である。式（３６）、（３７
）および（３８）を式（１３）と共にまとめると次式が
得られる。

【００６６】

【数３０】 この式は次のように書直すことができる。

【００６７】 　　　　　　　　　　Ｒ＝ｋ４　ρ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　（４０）ただし、

【００６８】

【数３１】 この最後の量ｋ４　は、ｒγ／ｒｎ　がほとんど変化し
ない期間内においては一定である。それ故、このような
期間内においてＲが変化したとすれば、それは電離箱の
有効容積内の気体密度の変化に原因するものである。従
って、Ｒの値は電離箱の有効容積内の気体密度の変化に
原因する検出器の非直線性の測度として使用することが
できる。第１の出力レベルにおける検出器のＤＣ感度を
ＳＤＣ（ｉ）、電離箱の有効容積内の気体密度をρ（ｉ
）、かつＡＣ信号とＤＣ信号との比をＲ（ｉ）とし、ま
た第２の出力レベルにおける検出器のＤＣ感度をＳＤＣ
（ｊ）、電離箱の有効容積内の気体密度をρ（ｊ）、か
つＡＣ信号とＤＣ信号との比をＲ（ｊ）とすれば、ｒγ
／ｒｎ　が一定である期間内においては、これらのＤＣ
感度、気体密度および比の間に次のような関係が成立つ
。 ＳＤＣ（ｉ）／ＳＤＣ（ｊ）＝ρ（ｉ）／ρ（ｊ）＝Ｒ
（ｉ）／Ｒ（ｊ）　　（４２）式（４２） を用いれば、様々な出力レベルにおけるＤＣ感度、従っ
て様々な出力レベルにおける検出器の非直線度を決定す
る方法が得られることになる。

【００６９】同様に、第１の出力レベルにおける検出器
ＡＣ感度をＳＡＣ（ｉ）とし、また第２の出力レベルに
おける検出器のＡＣ感度をＳＡＣ（ｊ）とすれば、ｒγ
／ｒｎ　が一定である期間内においては、これらのＡＣ
感度、気体密度および比の間に次のような関係が成立つ
。 ＳＡＣ（ｉ）／ＳＡＣ（ｊ）＝（ρ（ｉ）／ρ（ｊ））
２　＝（Ｒ（ｉ）／Ｒ（ｊ）２　（４３） 式（４３）を用いれば、様々な出力レベルにおけるＡＣ
感度、従って様々な出力レベルにおける検出器の非直線
度を決定する方法が得られることになる。

【００７０】非直線度を決定するためには、ＲをＤＣ信
号またはＡＣ信号の関数として第一近似でプロットすれ
ばよい。この結果、中性子束の直接の測度として見た場
合、ＤＣ信号およびＡＣ信号は検出器の非直線性の程度
に応じて不正確であることがわかろう。そこで、式（４
２）または（４３）を用いながら検出器の非直線度に対
してＤＣ信号またはＡＣ信号を繰返し補正すれば、直線
性を持った正確な推定量を得ることができる。この方法
は小さな系統的非直線性を持った検出器に良く適合する
ものであり、しかも従来の非直線度決定方法における主
要な難点であった中性子束の測定を必要としない。

【００７１】かかる方法は、ｒγ／ｒｎ　がほとんど変
化しない期間内に原子炉を様々な出力レベルで運転する
場合に実施するのがよい。このような期間は原子炉の正
常な運転開始時に実現される。ところで、式（４２）は
次のように書直すことができる。

【００７２】 　　　　　　　　ＳＤＣ（ｊ）＝ＳＤＣ（ｉ）・（Ｒ（
ｊ）／Ｒ（ｉ））　　　　　　　　　　（４４）従って
、高出力レベルにおける検出器のＤＣ感度を決定するた
めには、各出力レベルにおけるＡＣ信号とＤＣ信号との
比が記録される。次いで、標準較正技術によって得られ
た初期出力レベルにおける既知のＤＣ感度を使用しなが
ら、以後の各出力レベルにおけるＤＣ感度を式（４４）
に従って繰返し計算すればよい。

【００７３】また、式（４３）は次のように書直すこと
ができる。

【００７４】 　　　　　　　　ＳＡＣ（ｊ）＝ＳＡＣ（ｉ）・（Ｒ（
ｊ）／Ｒ（ｉ））２　　　　　　　　　（４５）従って
、高出力レベルにおける検出器のＡＣ感度を決定するた
めには、各出力レベルにおけるＡＣ信号とＤＣ信号との
比が記録される。次いで、標準較正技術によって得られ
た初期出力レベルにおける既知のＡＣ感度を使用しなが
ら、以後の各出力レベルにおけるＡＣ感度を式（４５）
に従って計算すればよい。

【００７５】次に、本発明方法を実施するための電気回
路のブロック図を図２に示す。検出器１の電極１１およ
び１２は、線路２０および２１により、電源兼信号調節
回路１９の端子１７および１８にそれぞれ接続されてい
る。線路２１はまた大地にも接続されている。電源兼信
号調節回路１９には、検出器１に所要電圧を供給するた
めの直流電圧源、中性子束によって検出器１内に生じた
ＡＣ信号とＤＣ信号とを分離するための回路、並びにＡ
Ｃ信号およびＤＣ信号用の適当な増幅調節回路が含まれ
ている。分離されかつ増幅されたＡＣ信号およびＤＣ信
号は電源兼信号調節回路１９の出力端子２２および２３
にそれぞれ現われる。端子２２の出力は、検出器１の電
離箱を通って流れる平均二乗交流に比例するＶＭＳＶ　
である。また、端子２３の出力は電離箱を通って流れる
直流に比例するＶＤＣである。ＶＭＳＶ　およびＶＤＣ
の視覚表示（または記録）を得るためには、電圧計（ま
たは自動記録計など）２４および２５を端子２２および
２３にそれぞれ接続すればよい。

【００７６】端子２２および２３はまた、演算回路２９
の端子２６および２７にもそれぞれ接続されている。演
算回路２９は、本発明方法の演算を実行し得るものであ
れば、アナログかディジタルかを問わず任意適宜の演算
回路であってよい。演算回路２９は、ＡＣ信号およびＤ
Ｃ信号を受信し、ＡＣ信号とＤＣ信号との比Ｒを計算し
、比の二乗Ｒ２　を計算し、そして補正済みのＡＣ信号
ＶＭＳＶ　／Ｒ２　およびＤＣ信号ＶＤＣ／Ｒを計算す
る。演算回路２９の出力は端子３０、３１および３２に
現われる。端子３０の出力はＶＭＳＶ　／Ｒ２　、端子
３１の出力は１／Ｒ、そして端子３２の出力はＶＤＣ／
Ｒである。それぞれの出力を表示（または記録）するた
め、電圧計（または自動記録計など）３３、３４および
３５が端子３０、３１および３２にそれぞれ接続されて
いる。なお、電圧計２４および２５上に現われる信号は
それぞれ未補正のＡＣ信号およびＤＣ信号を表わす。こ
れらの電圧計はもっぱら情報収集用であるから、本発明
の一部の実施例では削除されることもある。電圧計３４
上に現われる信号はＡＣ信号とＤＣ信号との比Ｒを表わ
すもので、この信号の使用によって電離箱の漏れが示さ
れ、ＤＣ信号が中性子束の測度として使用される場合に
は検出器の寿命終了が予測され、かつ検出器の非直線度
が決定される。電圧計３３および３５上に現われる信号
はそれぞれ補正済みのＡＣ信号およびＤＣ信号を表わす
。これらの信号は電離箱内の気体密度に関係せず、従っ
て通常は検出器内の中性子束の測度として使用される。

【００７７】次に図３を見ると、本発明方法を実施する
ための回路の実例が略示されている。点線１９によって
囲まれた回路は、図２中にブロックとして示された電源
兼信号調節回路１９の機能を果すものである。また、点
線２９によって囲まれた回路は、図２中にブロックとし
て示された演算回路２９の機能を果すアナログ演算回路
である。なお、図２および図３中に示された同一要素に
は同じ参照番号が付けられている。

【００７８】図３中に示された信号調節回路には、検出
器への印加電圧を供給する電源４０が含まれている。か
かる電源はここでは電池として図示されているが、一般
には非接地方式で動作し得る通常の電源装置が使用され
る。ＡＣ信号調節回路の第１の増幅段は差動増幅器４１
から成り、またＤＣ信号調節回路の第１の増幅段は電流
増幅器４２から成る。差動増幅器４１の入力は検出器１
の接地電極と非接地電極との間に接続されている。印加
電圧供給源すなわち電源４０は検出器１の非接地電極と
電流増幅器４２の入力との間に接続されている。電源４
０と検出器１の非接地電極との間には適当な値の安定抵
抗４３が接続されている。ＤＣ信号調節回路をＡＣ信号
調節回路から分離するため、差動増幅器４１の入力側に
は適当な値のコンデンサ４４および４５がフィルタとし
て使用されている。適当な値のコンデンサ４６はＡＣ信
号を電源４０およびＤＣ信号調節回路に流さないために
役立つ。なお、差動増幅器４１として使用するのに適し
た増幅器はたとえばフェアチャイルド（Ｆａｉｒｃｈｉ
ｌｄ　）ＵＡ７４９Ｃ型増幅器であり、また電流増幅器
４２として使用するのに適した増幅器はたとえばアナロ
グ・デバイシズ社（Ａｎａｌｏｇｕｅ　Ｄｅｖｉｃｅｓ
，Ｉｎｃ．　）製の５０６Ｌ型増幅器である。

【００７９】ＡＣ信号調節回路にはまた、帯域フィルタ
５０電圧増幅器５１、二乗回路５２、並びに抵抗５３、
５４およびコンデンサ５５から成るＲＣ回路が含まれて
いる。帯域フィルタ５０は差動増幅器４１の出力と電圧
増幅器５１の入力との間に直列接続されている。この帯
域フィルタ５０は所定の周波数範囲内の信号を通すよう
に選ばれる。ある周波数範囲内のＡＣ信号が最高の信頼
度を与えることは公知であるから、通過周波数周囲は適
宜に選べばよい。帯域フィルタ５０の出力は電圧増幅器
５１に送られるが、これは電圧増幅器として接続されて
いる点を別にすれば差動増幅器４１と同種の増幅器であ
る。電圧増幅器５１の出力は二乗回路５２に送られる。 二乗回路５２の出力はＲＣ回路に送られるが、これは信
号を安定化しかつ平滑化するのに役立つ。かかるＲＣ回
路が使用される理由は、中性子束測定用の回路は雑音が
多くかつ変動を受け易いことにある。ＲＣ回路の時定数
は監視装置の使用目的に応じて選ばれる。監視装置が主
として検出器の非直線度を決定するために使用され、従
って読みの正確さが特に重要である場合には、時定数の
大きいＲＣ回路が選ばれる。監視装置が原子炉出力を計
算するために使用され、従って中性子束の迅速な表示が
所望される場合には、それよりも時定数の小さいＲＣ回
路が望ましい。なお、５０として使用するのに適した帯
域フィルタはたとえば、ティ―・ティ―・エレクトロニ
クス社（Ｔ．Ｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．）
製のＫ８７７７−Ｂ型帯域フィルタであり、また５２と
して使用するのに適した二乗回路はたとえばアナログ・
デバイシズ社製の４２９Ｂ型乗算回路である。

【００８０】ＤＣ信号調節回路には、電流増幅器４２並
びに抵抗６０、６１およびコンデンサ６２から成るＲＣ
回路が含まれている。電流増幅器４２の入力は電源４０
および大地に接続されている。電流増幅器４２の出力は
ＤＣ信号調節回路中のＲＣ回路に接続されている。ＤＣ
信号調節回路中のＲＣ回路の時定数は上記の場合と同様
にして選ばれる。とは言え、ひとたび時定数を選んだな
らば、いずれのＲＣ回路にも同じ時定数が与えられる。 なぜなら、ＡＣ信号およびＤＣ信号は同一時点における
検出器内の中性子束を表わすことが必要だからである。

【００８１】信号調節回路１９の端子２２および２３は
演算回路２９の端子２６および２７にそれぞれ接続され
ている。従って、ＡＣ信号およびＤＣ信号は抵抗６４お
よび６５を通って除算回路６６のＸおよびＺ端子へ同時
に送られる。抵抗６４および６５はもっぱらＡＣ信号お
よびＤＣ信号を除算回路６６の入力レベルに整合させる
ためのものである。除算回路６６は、Ｙ端子の電圧がＺ
端子の電圧をＸ端子の電圧で割った商に比例するような
ものであれば任意適宜の回路であり得る。従って、Ｙ端
子に接続された線路６７上に現われる電圧は１／Ｒ（た
だしＲは検出器１から得られるＡＣ信号とＤＣ信号との
比である）に等しくなる。この１／Ｒ信号を表示するた
め、ＤＣ電圧計（または自動記録計など）３４が端子２
９を通して線路６７に接続されている。ＤＣ信号が中性
子束の測度として使用される場合、電圧計３４の読みが
徐々に増大して初期値の（Ｍ＋１）／Ｍ倍になれば、検
出器の寿命が終了したことが示される。また、電圧計３
４の表示する信号が急激に変化した場合には、通例は封
止部の漏れに原因する電離箱内の気体密度の変化が示さ
れる。低出力レベルにおける検出器のＤＣ感度およびＡ
Ｃ感度が既知であれば、電圧計３４の表示する信号の使
用によって高出力レベルにおけるＤＣ感度およびＡＣ感
度が計算され、従って高出力レベルにおける検出器の非
直線度が決定される。

【００８２】端子２７からのＤＣ信号および線路６７か
らの１／Ｒ信号は、抵抗７０および７１を通して乗算回
路７２のＹおよびＸ端子にそれぞれ送られる。抵抗７０
および７１はもっぱら信号を乗算回路の入力レベルに整
合させるためのものである。乗算回路７２は、Ｚ端子の
電圧がＸおよびＹ端子の電圧の積に比例するようなもの
であれば任意適宜の回路であり得る。従って、Ｚ端子の
電圧はＶＤＣ／Ｒとなる。ＶＤＣ／ＲはＤＣ電圧計（ま
たは自動記録計など）３５によって表示される。この信
号は電離箱内の気体密度に関係なく電離箱内の中性子束
を表わすものである。

【００８３】線路６７からの１／Ｒ信号はまた、抵抗８
２を通して二乗回路８１のＸ端子にも送られる。抵抗８
２はもっぱら１／Ｒ信号を二乗回路８１の入力レベルに
整合させるためのものである。二乗回路８１は、Ｚ端子
の電圧がＸ端子の電圧の二乗に比例するようなものであ
れば任意適宜の回路であり得る。従って、Ｚ端子の電圧
は１／Ｒ２　に比例する。二乗回路８１から１／Ｒ２　
信号および端子２６からのＡＣ信号は乗算回路８３に送
られる。二乗回路８１のＺ端子は乗算回路８３のＸ端子
に接続されている。端子２６からのＡＣ信号は、それを
乗算回路８３の入力レベルに整合させるように選ばれた
抵抗８４を通して乗算回路のＹ端子に送られる。乗算回
路８３は、Ｚ端子の電圧がＸおよびＹ端子の電圧の積に
比例するようなものであれば任意適宜の回路であり得る
。従って、ＤＣ電圧計（または自動記録計など）３３上
に表示される端子の電圧はＶＭＳＶ　／Ｒ２　となる。 このＶＭＳＶ　／Ｒ２　信号は電離箱内の気体密度に関
係なく電離箱内の中性子束を表わすものである。

【００８４】除算回路６６として使用するのに適した回
路はたとえばアナログ・デバイシズ社製の４３６Ｂ型除
算器であり、また乗算回路７２、二乗回路８１および乗
算回路８３として使用するのに適した回路はたとえばア
ナログ・デバイシス社製の４３５Ｋ型乗算器である。

【００８５】次に図４を見れば、変形された信号調節回
路および（アナログ演算回路ではなく）ディジタル演算
回路を使用した本発明の別の実施例が示されている。な
お、図３および図４中に示された同一要素には同じ参照
番号が付けられている。信号調節回路は点線１９′によ
って囲まれ、またディジタル演算回路は点線２９′によ
って囲まれている。図４の信号調節回路が図３のものと
異なるのは、検出器１の非接地電極と電源４０との間に
接続された非接地増幅器９０が図３の増幅器４２の代り
に使用されている点である。この場合には電源４０が接
地されている。このような構成は監視装置を複数の検出
器の間で切換えて使用する場合に特に適している。なお
、図３の信号調節回路は監視装置をただ１つの検出器に
対して使用する場合に好適である。図３および図４に示
された信号調節回路は互いに交換可能であって、図３お
よび図４に示されたアナログおよびディジタル演算回路
と自由に組合わせて使用できる。

【００８６】図４に示されたディジタル演算回路２９′
には、アナログ−ディジタル交換器９５および９６並び
にプログラム制御可能なディジタル計算機９７が含まれ
ている。アナログ−ディジタル変換器９５は端子２６か
らのＡＣ信号を受信し、またアナログ−ディジタル変換
器９６は端子２７からのＤＣ信号を受信する。アナログ
−ディジタル変換器９５および９６は、ディジタル計算
機９７への入力を可能にするため、それぞれＡＣ信号お
よびＤＣ信号をディジタル表現に変換する。ディジタル
計算器９７は、本発明方法の演算を実行できるものであ
れば任意適宜のディジタル計算機であり得る。端子２８
、２９および３０にはそれぞれＶＭＳＶ　／Ｒ２　、１
／ＲおよびＶＤＣ／Ｒが現われる。ディジタル計器３３
、３４および３５を使用すれば、それぞれＶＭＳＶ　／
Ｒ２　、１／ＲおよびＶＤＣ／Ｒの視覚表示が得られる
。これらの値のいずれか１つを永久的に記録することが
所望されるならば、１００として示されたような自動記
録計が接続される。その場合には、自動記録計１００の
入力条件に合わせ計算機９７のディジタル出力を変換す
るためのディジタル−アナログ変換器１０１が併用され
る。なお、９５および９６として使用するのに適したア
ナログ−ディジタル変換器はたとえばアナログ・デバイ
シズ社製のＡＤＣ−１２ＱＺ型アナログ−ディジタル変
換器であり、９７として使用するのに適したプログラム
制御可能なディジタル計算機はたとえばインテル社（Ｉ
ｎｔｅｌ，Ｉｎｃ．）製のＳＢＣ８０／１０型ディジタ
ル計算機であり、また１０１として使用するのに適した
ディジタル−アナログ変換器はたとえばアナログ・デバ
イシズ社製のＤＡＣ−１２ＱＭ型ディジタル−アナログ
変換器である。

【００８７】図３および図４に示された実施例のいずれ
においても、封止部の破損が起った場合には、ＡＣ信号
とＤＣ信号との比がかなり急速に変化する。このような
変化はＶＤＣ／ＶＭＳＶ　すなわち１／Ｒを表示する計
器３４によって示される。ひとたび封止部の破損が起れ
ば、検出器の感度が変化するため計器２４および２５の
読みは誤ったものとなる。ところが、計器３３および３
５上に表示される電圧は変化しない。なぜなら、それら
の値は電離箱内の気体密度に関係なくＶＭＳＶ　／Ｒ２
　およびＶＤＣ／Ｒにそれぞれ比例するからである。計
器３４はまた、ＤＣ信号が中性子束の測度として使用さ
れる場合に検出器の寿命終了を探知するためにも使用さ
れる。検出器の寿命終了は、計器３４の読みが初期値の
（Ｍ＋１）／Ｍ倍に等しくなることによって探知される
。低出力レベルにおける検出器のＡＣ感度およびＤＣ感
度が既知である場合には、ｒγ／ｒｎ　が比較的一定で
ある期間内ならば、式（４４）および（４５）の使用に
よって高出力レベルにおける感度を計算し、従って、検
出器の非直線度を決定することができる。通常、計器３
３および３５に表示される値は電離箱内の気体密度に関
係しない電離箱内の中性子束の測度として使用される。 その際、計器３３上の補正されたＡＣ信号は原子炉の低
出力レベルにおいて使用され、また計器３５上の補正さ
れたＤＣ信号は原子炉の出力領域において使用されるの
が普通である。 なお、計器２４および２５は一般的な情報収集用として
役立つものである。

【００８８】上記のごとき演算に当っては、ＡＣ信号と
ＤＣ信号との比の代りにＤＣ信号とＡＣ信号との比を使
用してもよいことに注意すべきである。その場合、結果
の数学的表現は異なるが原理は全く同じである。

【図面の簡単な説明】

【図１】内部に中性子検出器の装備された原子炉の炉心
を示す略図、

【図２】本発明に基づく電気回路のブロック図、

【図３
】本発明の一実施例を示す略回路図、

【図４】本発明の
別の実施例を示す略回路図である。

【符号の説明】

１　　中性子検出器 １１，１２　　電極 １３　　空隙 １４　　中性子受感物質の被膜 １９　　電源兼信号調節回路 ２９　　演算回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電離箱内の中性子束を共に表わす交流
   および直流を発生する電離性気体入りの電離箱を含むよ
   うな中性子検出器の出力を気体の漏れに対して補正する
   方法において、前記電離箱内の平均二乗交流に比例する
   ＡＣ信号ＶＭＳＶ　を作成し、前記電離箱内の直流に比
   例するＤＣ信号ＶＤＣを作成し、前記ＡＣ信号と前記Ｄ
   Ｃ信号との比Ｒを作成し、気体密度の変化が起った後に
   おける前記ＡＣ信号と前記ＤＣ信号との比Ｒ′を作成し
   、気体密度の変化が起った後に前記電離箱内に生じる直
   流に比例する信号ＶＤＣ′を作成し、それから関係式Ｖ
   ＤＣ＝（Ｒ／Ｒ′）ＶＤＣ′ に従ってＶＤＣ′を正しい値に補正する諸工程から成る
   方法。
2. 【請求項２】　　電離箱内の中性子束を共に表わす交流
   および直流を発生する電離性気体入りの電離箱を含むよ
   うな中性子検出器の出力を気体の漏れに対して補正する
   方法において、前記電離箱内の平均二乗交流に比例する
   ＡＣ信号ＶＭＳＶ　を作成し、前記電離箱内の直流に比
   例するＤＣ信号ＶＤＣを作成し、前記ＡＣ信号と前記Ｄ
   Ｃ信号との比Ｒを作成し、気体密度の変化が起った後に
   おける前記ＡＣ信号と前記ＤＣ信号との比Ｒ′を作成し
   、気体密度の変化が起った後に前記電離箱内に生じる平
   均二乗交流に比例する信号ＶＭＳＶ　′を作成し、それ
   から関係式ＶＭＳＶ　＝（Ｒ／Ｒ′）２　ＶＭＳＶ　′
   に従ってＶＭＳＶ　′を正しい値に補正する諸工程から
   成る方法。
3. 【請求項３】　　電離箱内の中性子束を共に表わす交流
   および直流を発生する電離性気体入りの電離箱を含むよ
   うな中性子検出器のＤＣ感度ＳＤＣを決定して様々な出
   力レベルにおける前記中性子検出器の非直線性について
   の補正を行う方法において、前記電離箱内の平均二乗交
   流に比例するＡＣ信号を作成し、前記電離箱内の直流に
   比例するＤＣ信号を作成し、低出力レベルにおける前記
   ＡＣ信号と前記ＤＣ信号との比Ｒ（ｉ）　を作成し、前
   記低出力レベルにおける前記電離箱のＤＣ感度ＳＤＣ（
   ｉ）　を決定し、それよりも高出力レベルにおける前記
   ＡＣ信号と前記ＤＣ信号との比Ｒ（ｊ）　を作成し、そ
   れから関係式ＳＤＣ（ｊ）＝　（Ｒ（ｊ）／Ｒ（ｉ））
   ＳＤＣ（ｉ）に従って前記高出力レベルにおける前記電
   離箱のＤＣ感度ＳＤＣ（ｊ）を決定する諸工程から成る
   方法。
4. 【請求項４】　　電離箱内の中性子束を共に表わす交流
   および直流を発生する電離性気体入りの電離箱を含むよ
   うな中性子検出器のＡＣ感度ＳＡＣを決定して様々な出
   力レベルにおける前記中性子検出器の非直線性について
   の補正を行う方法において、前記電離箱内の平均二乗交
   流に比例するＡＣ信号を作成し、前記電離箱内の直流に
   比例するＤＣ信号を作成し、低出力レベルにおける前記
   ＡＣ信号と前記ＤＣ信号との比Ｒ（ｉ）　を作成し、前
   記低出力レベルにおける前記電離箱のＡＣ感度ＳＡＣ（
   ｉ）　を決定し、それよりも高出力レベルにおける前記
   ＡＣ信号と前記ＤＣ信号との比Ｒ（ｊ）　を作成し、そ
   れから関係式ＳＡＣ（ｊ）＝　（Ｒ（ｊ）／Ｒ（ｉ））
   ２　ＳＡＣ（ｉ）に従って前記高出力レベルにおける前
   記電離箱のＡＣ感度ＳＡＣ（ｊ）を決定する諸工程から
   成る方法。