JPH0524470B2

JPH0524470B2 -

Info

Publication number: JPH0524470B2
Application number: JP3069363A
Authority: JP
Inventors: Hooru Neizeru Jon; Kento Guriin Warutaa; Daiaru Yogishuwaa
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-02-14
Filing date: 1991-03-11
Publication date: 1993-04-07
Also published as: SE7801723L; DE2805568C2; ES466383A1; SE426525B; JPH0151790B2; US4103166A; DE2805568A1; JPS53112788A; IT1092691B; JPH021584A; JPH04218792A; JPH0348471B2; IT7820217A0

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
ばジー・アール・バーコス（G.R.Parkos）等の
米国特許第3565650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つ
て、たとえばエル・アール・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
ちフイツシヨンチエンバの場合、中性子受感物質
は中性子によつて核分裂可能なＵ−235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ツ化ホウ素のごと
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
量従つ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、電離箱を通つて流れ
る平均電流を測定することにより電離箱を通つて
流れる直流を表わす信号（通状は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
離箱を通つ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
よつ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、従つ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
低下によつ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性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、電離箱と接続ケー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ーブル内の気体圧力に応
じ、気体が電離箱からケーブル内へ流れたり、あ
るいはケー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つたものとな
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つて起り得るから、誤
つた読みが気付かれないこともある。その上、た
とえ誤つ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。従つて、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
線箱内の気体を電離し、それによつて電離箱内の
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、中性子照射によつ
て生じる部分の電流を測定することによつて電離
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、従つ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。従つて、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】本発明に従つて簡潔に述べれ
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、そしてその比がか
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つて探知される。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）になつ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
の比で割つ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、従つて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
の二乗で割つ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、従つて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
ら成つていて、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〓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によつて示されるごとく、燃料
集合体中を通つて冷却材（通常は水）は循環させ
ることによつて熱が取出される。保護管４を密閉
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
〓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が配置
されている。中性子束は存在下では、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〓１３に存在する気体
の電離を引起す。適当な電圧の電極１１および１
２間に接続されれば、イオン対はそれらの電極に
よつて捕集される。その結果、電離箱を通つて交
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V_MSV（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V_DC（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。
V_DCを比Ｒで割ればDC信号は電離箱内の気体密
度の変化に対して捕正される。また、V_MSVを比
Ｒの二乗で割ればAC信号は電離箱内の気体密度
の変化に対して捕正される。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
しくなることによつて探知される。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）になつた場合として定義されている。DC
信号が中性子束の測度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で割つ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S_DC′したがつ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の二乗で割つ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S_AC′従つ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】電離箱を通つ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】 _o＝r_o _o (1) ただし、_o ＝平均中性子由来電流。 r_o＝核分裂電離箱の中性子受感被膜中において起
る核分裂の時間速度。_o ＝中性子受感被膜中における１回の核分裂に
ついて核分裂電離箱の気体中に生じる１方の符号
を持つた平均電荷。同様に、電離箱を通つ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】〓＝r〓Q〓 (2) ただし、〓＝平均ガンマ線由来電流。 r〓＝核分裂電離箱内において起るガンマ線反応の
時間速度。〓＝１回のガンマ線反応について核分裂電離箱
の気体中に生じる１方の符号を持つた平均電荷。従つて、電離箱を通つて流れる全平均電流は次
式の通りである。

【0019】

【数３】＝r_o _o＋r〓〓 (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Ｖ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】 V_DC＝Ｇ（r_o _o＋r〓〓） (4) ただし、 V_DC＝増幅されたDC信号、あるいは単にDC信号。

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

【0022】

【数５】 V_DC＝Ｇ（_o＋〓） (5) 電離箱を通つ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】 ²＝ｋ（r_o _o ²＋r〓〓²） (6) ただし、² ＝単位周波数区間当りの平均二乗交流。ｋ＝周波数に依存する値を持つた定数。_o ² ＝中性子受感被膜中における１回の核分裂に
ついて核分裂電離箱の気体中に生じる１方の符号
を持つた平均二乗電荷。_r ² ＝１回のガンマ線反応について核分裂電離箱
の気体中に生じる１方の符号を持つた平均二乗電
荷。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次式が成立つこ
とが証明できる。

【0024】

【数７】 r_o _o ²≫r〓〓² (7) それ故、式(6)は次のように書直すことができ
る。

【0025】

【数８】 ²＝kr_o _o ² (8) そこで、電離箱を通つ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、帯域フイルタ、二乗回路および低域RCフイ
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V_MSV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】 V_MSV＝r_o _o ²A∫^∞ ₀ｋ［Ｈ］²df (9) ただし、 V_MSV＝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つて一様であり
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】 V_MSV＝Fr_o _o ² (10) ただし、Ｆ＝Ak∫^∞ ₀［Ｈ］²df (11) 従つて、AC信号とDC信号との比Ｒは次のよう
になる。

【0032】

【数11】Ｒ＝Fr_oQ_o ²／Ｇ（r_oQ_o＋r〓Q〓）(12) 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】Ｒ＝FQ_o ²／Ｇ（Q_o＋r〓／r_oQ〓） (13) 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】 r_o _o≫r〓〓 (14) 式(14)は次のように書直すことができる。

【0035】

【数14】 _o≫r〓／r_o〓 (15) 従つて、式(13)は次のように書直すことができ
る。

【0036】

【数15】 R₁＝FQ_o ²／GQ_o (16) 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】電離箱が使用によつて古くなるにつ
れ、中性子受感物質を消耗し、従つて中性子由来
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。従つて、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）になつ
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】 r_o _o＝Mr〓〓 (17) 式(17)は次のように書直すことができる。

【0039】

【数17】 r〓／_o〓＝１／Ｍ_o (18) 式(13)および(18)をまとめれば

【0040】

【数18】 R₂＝FQ_o ²／Ｇ（Q_o＋１／ＭQ_o）(19) 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】 R₂＝FQ_o ²／GQ_o（１＋１／Ｍ）Ｑ (20) 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つて探知され
ることになる。

【0044】次に、電離箱と接続ケーブルとの間の
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つて与えられる。

【0045】

【数20】 _o′＝D′／Ｄ_o （22）なお、ダツシユ（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つて与
えられる。

【0046】

【数21】〓′＝D′／Ｄ〓（23）

【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つて与えられる。

【数22】（_o′）²＝（D′／Ｄ）² _o ² （24）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つて与え
られる。

【0048】

【数23】 R′＝Fr_o（Q_o′）²／Ｇ（r_oQ_o′＋r〓Q〓′）（2
5）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】 R′＝Fr_o（D′／Ｄ）²Q_o ²／Ｇ［r_o（D′／Ｄ）Q_o＋r
〓（D′／Ｄ）Q〓］（26）式(12)および（26）をまとめると次のような結果に
なる。

【0050】 R′＝D′／ＤＲ（27）式（27）からわかる通り、封止部の破損後にお
けるAC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。従つて、比Ｒが比較的急速に（すなわち数分間
から数日間にわたつて）変化した場合には、封止
部の破損が起つ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、封止部と破損後
におけるそれの値は次式によつて与えられる。

【0052】

【数25】 V_DC′＝Ｇ（r_o _o′＋r〓〓′）（28）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】 V_DC′＝ＧD′／Ｄ（r_o _o＋r〓〓）（29）式(4)、（27）および（29）をまとめると次のよ
うな結果になる。

【0054】 V_DC（Ｒ／R′）V_DC′ （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、誤つた値にＲ／R′を掛ける
か、あるいは誤つた値をR′／Ｒで割ればよい。

【0055】さもなければ、式（30）は次のように
書直すことができる。

【0056】 V_DC／Ｒ＝V_DC′／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AC信号と
DC信号との比で割つた値は、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信号との比で割つた値に等しい。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
の値は次式によつて与えられる。

【0058】

【数27】 V_MSV′＝Fr_o（_o′）² （32）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】 V_MSV′＝Ｆ（D′／Ｄ）²r_oQ_o 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】 V_MSV＝（Ｒ／R′）²V_MSV′ （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、誤つた値に（Ｒ／R′）²を掛ける
か、あるいは誤つた値を（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】 V_MSV／R²＝V_MSV′／（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つた値は、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つた値に等し
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方の符号を持つた平均電荷は気
体密度に比例する。すなわち

【0064】

【数28】 _o＝k₁ρ （36）〓＝k₂ρ （37）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
号を持つた平均二乗電荷は気体密度の二乗に比例
する。すなわち

【0065】

【数29】 _o ²＝k₃ρ² （38）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】Ｒ＝Fk₃ρ²／Ｇ（k₁＋r〓k₂／r_o）ρ （39）この式は次のように書直すことができる。

【0067】Ｒ＝k₄ρ （40）ただし、

【0068】

【数31】 k₄＝Fk₃／Ｇ（k₁＋r〓／r_ok₂）（41）この最後の量k₄は、r〓／r_o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。従つて、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S_DC(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S_DC(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、r〓／r_o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。 S_DC(i)／S_DC(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、従つ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S_AC(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S_AC(j)とすれば、r〓／
r_o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。 S_AC(i)／S_AC(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、従つ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
ロツトすればよい。この結果、中性子束の直接の
速度として見た場合、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（42）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、直線性を持つた
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つ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つた中性子束の測定を必要
としない。

【0071】かかる方法は、r〓／r_o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】 S_DC(j)＝S_DC(i)・（Ｒ(j)／Ｒ(i)）（44）従つて、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、
標準較正技術によつ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）に従つて
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】 S_AC(j)＝S_AC(i)・（Ｒ(j)／Ｒ(i)）² （45）従つて、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、
標準較正技術によつ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）に従つて
計算すればよい。

【0075】次に、本発明方法を実施するための電
気回路のブロツク図を図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１
８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、中性子束によつて検出器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AC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の電離箱を通つて流れる
平均二乗交流に比例するV_MSVである。また、端
子２３の出力は電離箱を通つて流れる直流に比例
するV_DCである。V_MSVおよびV_DC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２
３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、アナログかデイジタルかを問わず
任意適宜の演算回路であつてよい。演算回路２９
は、AC信号およびDC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V_MSV／R²および
DC信号V_DC／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V_MSV／R²、端子３１の出力は１／
Ｒ、そして端子３２の出力はV_DC／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つぱら情報収
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
の信号の使用によつ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、従つ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１
９によつて囲まれた回路は、図２中にブロツクと
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によつて囲まれた
回路は、図２中にブロツ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４０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がフイルタとして使用さ
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エアチヤイルド
（Fairchild）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、帯域フイ
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。帯域フイルタ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。この帯域フイルタ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。帯域フイルタ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、従つ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、従つ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
適した帯域フイルタはたとえば、テイー・テイ
ー・エレクトロニクス社（T.T.Electronics、
Inc.）製のK8777−Ｂ型帯域フイルタであり、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４
２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２
３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。従つて、AC信号およびDC信
号は抵抗６４および６５を通つて除算回路６６の
ＸおよびＺ端子へ同時に送られる。抵抗６４およ
び６５はもつぱら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。除算回路６６は、Ｙ端子の電圧がＺ端子の電
圧をＸ端子の電圧で割つ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。従つて、
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２９を通して線路６
７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３４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AC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つて高
出力レベルにおけるDC感度およびAC感度が計算
され、従つて高出力レベルにおける検出器の比直
線度が決定される。

【0082】端子２７からのDC信号および線路６
７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はもつぱら信号を乗
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。従つて、Ｚ端子の電圧
はV_DC／Ｒとなる。V_DC／ＲはDC電圧計（または
自動記録計など）３５によつて表示される。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８２を通して二乗回路８１のＸ端子にも送られ
る。抵抗８２はもつぱら１／Ｒ信号を二乗回路８
１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。従つて、Ｚ端子の電圧は１／R²
に比例する。二乗回路８１からの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。従つ
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V_MSV／R²となる。こ
のV_MSV／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）デイ
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および第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′によつて囲まれ、また
デイジタル演算回路は点線２９′によつて囲まれ
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４
２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つて、図３お
よび図４に示されたアナログおよびデイジタル演
算回路と自由に組合わせて使用できる。

【0086】図４に示されたデイジタル演算回路２
９′には、アナログ−デイジタル交換器９５およ
び９６並びにプログラム制御可能なデイジタル計
算機９７が含まれている。アナログ−デイジタル
変換器９５には端子２６からのAC信号を受信し、
またアナログ−デイジタル変換器９６は端子２７
からのDC信号を受信する。アナログ−デイジタ
ル変換器９５および９６は、デイジタル計算機９
７への入力を可能にするため、それぞれAC信号
およびDC信号をデイジタル表現に変換する。デ
イジタル計算器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イジタル計算機
であり得る。端子２８，２９および３０にはそれ
ぞれV_MSV／R²、１／ＲおよびV_DC／Ｒが現われ
る。デイジタル計器３３，３４および３５を使用
すれば、それぞれV_MSV／R²、１／ＲおよびV_DC／
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のデイジタル出力を変
換するためのデイジタル−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−デイジタル変換器はた
とえばアナログ・デバイシズ社勢のADC−12QZ
型アナログ−デイ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イ
ジタル計算機はたとえばインテル社（Intel、
Inc.）製のSBC80／10型デイジタル計算機であ
り、また１０１として使用するのに適したデイジ
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型デイジタル−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、封止部の破損が起つた場合に
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V_DC／V_MSVすなわち１／
Ｒを表示する計器３４によつて示される。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の読みは誤まつたもの
となる。ところが、計器３３および３５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V_MSV／R²およ
びV_DC／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
ことによつて探知される。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、r〓／r_oが比較的一定である期間内ならば、
式（44）および（45）の使用によつて高出力レベ
ルにおける感度を計算し、従つて、検出器の非直
線度を決定することができる。通常、計器３３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つては、AC信
号とDC信号とを比の代りに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ツク図、

【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〓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

【特許請求の範囲】

【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V_MSVを作成し、
前記電離箱内の直流に比例するDC信号V_DCを作
成し、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つた後における前記AC
信号と前記DC信号との比R′を作成し、気体密度
の変化が起つた後に前記電離箱内に生じる直流に
比例する信号V_DC′を作成し、それから関係式 V_DC＝（Ｒ／R′）V_DC′ に従つてV_DC′を正しい値に補正する諸工程から
成る方法。
【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V_MSVを作成し、
前記電離箱内の直流に比例するDC信号V_DCを作
成し、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つた後における前記AC
信号と前記DC信号との比R′を作成し、気体密度
の変化が起つ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V_MSV′を作成し、それから
関係式 V_MSV＝（Ｒ／R′）²V_MSV′ に従つてV_MSV′を正しい値に補正する諸工程から
成る方法。
【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S_DC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S_DC(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 S_DC(j)＝（Ｒ(j)／Ｒ(i)）S_DC(i) に従つて前記高出力レベルにおける前記電離箱の
DC感度S_DC(j)を決定する諸工程から成る方法。
【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S_AC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S_AC(i)を決定
し、それよりも高出力レベルにおける前記AC信
号との前記DC信号との比Ｒ(j)を作成し、それか
ら関係式 S_AC(j)＝（Ｒ(j)／Ｒ(i)）²S_AC(i) に従つて前記高出力レベルにおける前記電離箱の
AC感度S_AC(j)を決定する諸工程から成る方法。