JPH0575359B2

JPH0575359B2 -

Info

Publication number: JPH0575359B2
Application number: JP24547487A
Authority: JP
Inventors: Toshibumi Sato; Toshiki Fukushima
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-09-29
Filing date: 1987-09-29
Publication date: 1993-10-20
Also published as: JPS6488179A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、BWR（沸騰水型）発電プラントに
おける原子炉の運転起動時において原子炉運転状
態の監視および制御を行ない安全性を維持するた
めに、１つの中性子検出器より中性子源領域から
中間出力領域までの原子炉出力（約10桁）を監視
する広域中性子監視装置に関する。

（従来の技術）原子炉の起動運転時に原子炉出力を監視するモ
ニタ装置としては、従来、中性子束レベルが低い
中性子源領域で中性子源監視装置（以下SRMと
略称る）が使用され、中性子束レベルが高い中間
領域監視装置（以下IRMと略称する）が使用さ
れるのが一般的であつた。

第８図は従来のパルス計数法によるSRMのブ
ロツ構成図である。同図において１は電離箱形の
中性子検出器、２は検出器用のバイアス電源、３
は検出器１からの微少電流信号を電圧信号に変換
する前置増幅器、４は前置増幅器３らの電圧信号
を増幅する増幅器、５は増幅器４の出力信号から
所定レベル以上のエネルギーを有するパルス信号
を取出ことにより、低エネルギーのα線、γ線等
によつて生じたパルスを除去し、中性子によるパ
ルスのみを抽出する波高弁別回路、６は波高弁別
回路５から出力されるパルス数の時間的割合いわ
ゆる計数率を測定して電圧に変換するダイオード
ポンプ、７はダイオードポンプ６からの電圧信号
を処理して原子炉出力としてメータあるいはレコ
ーダなどの外部機器へ出力する信号処理回路であ
る。すなわち、SRMは中性子検出器１からのパ
ルス信号の計数率から入射中性子数を計測して原
子炉出力と対応させることにより監視を行なうも
のであり、このSRMにおけるレコーダ出力の一
例を第１０図に示す。

第９図は従来のキヤンベル法によるIRMのブ
ロツク構成図である。同図において１は電離箱形
の中性子検出器、２は検出器用のバイアス電源、
３は前置増幅器、８は前置増幅器３からの電圧信
号を利得切換器９により手動で切換選択される利
得に応じて増幅する増幅器、１０は増幅器８の出
力出力の二乗平均（以下MSVと略称する）値を
測定して電圧に変換するMSV回路、１１はMSV
回路１０から電圧信号を処理して原子炉出力とし
てメータあるいはレコーダなどの外部機器へ出力
する信号処理回路である。すなわち、URMは
“中性子検出信号における脈動成分のMSV値が中
性子束に比例する”というキヤンベル法に基い
て、中性子検出器１からの出力信号の脈動成分か
ら入射中性子数を計測して原子炉出力と対応させ
ることにより監視を行なうものであり、この
IRMにおけるレコーダ出力の一例を第１１図に
示す。

ところが、SRMおよびIRMは別個の装置であ
るため、メータやレコーダなどへの出力が各装置
で異なる上、調整が校正、トリツプ時のアラーム
設定等も装置毎に行なう必要があり、実用する上
で大変煩雑であつた。また、各装置毎に高価な中
性子検出器や特殊ケーブルが必要となり、コスト
高を招いていた。さらに、IRMでは原子炉出力
に応じて監視員が増幅器８の利得を手動で切換え
る必要があり、面倒であつた。

そこで、これらの問題を解決したモニタ装置と
して、SRMで用いたパルス計数法とIRMで用い
たキヤンベル法とを組合わせて単一出力を取出す
ようにすることにより、１個の中性子検出器で中
性子源領域から中間出力領域までの広域にわたつ
て約10桁の原子炉出力を監視する広域中性子監視
装置（特公昭48−18436号公報）がある。この装
置のブロツク構成を第１２図に示し、レコーダ出
力の一例を第１３図に示す。第１２図において、
中性子検出器１の検出信号は前置増幅器３により
電圧信号に変換された後、パルス計数系の増幅器
４とキヤンベル系の増幅器１２に与えられて増幅
される。ここで、中性子束レベルの低い中性子源
領域では自動切換回路１３によりパルス計数系出
力手段が選択されており、増幅器４の出力信号が
波高弁別回路５によりパルス信号に変換され、ダ
イオードポンプ６によりパルス計数率に対応する
電圧信号が出力されて自動切換回路１３を介して
信号処理回路１４に与えられ、原子炉出力とな
る。これに対し、パルス計数率が所定値以上とな
りパルス計数法での測定が困難になると（中間出
力領域）、自動切換回路１３が切換わつてキヤン
ベル系出力手段が選択される。そうすると、増幅
器１２の出力信号のMSV値がMSV回路１０によ
り求められ、さらに対数変換回路１５により対数
変換された後、電圧信号として自動切換回路１３
を介して信号処理回路１４に与えられ、原子炉出
力となる。

ところで、前述したように従来のIRMにおい
ては、MSV回路１０への入力電圧が一定範囲に
保持されその精度を十分に発揮できるように、オ
ペレータが原子炉出力を確認しながら手動で利得
切換器９を操作して増幅器８の利得を切換える必
要があつた。そこで、従来の広域中性子監視装置
においては、信号処理回路１４にて得られた原子
炉出力に基いてキヤンベル系増幅器１２の利得を
切換える自動利得切換回路１５を設け、この機能
の自動化をはかつている。但しこの場合、MSV
回路１０の出力に基いて増幅器１２の利得を切換
えるか否かを判定していることになるので、利得
を切換えたことによつてMSV回路自身の出力が
変化するため不安定になり易く、特に従来の
IRMの場合のように12段もの利得に対応させる
ことは技術的に困難であつた。このため、上記広
域中性子監視装置においては増幅器１２の利得を
高／低の２段について切換可能な自動利得切換回
路１５を設け、MSV出力の対数変換をとること
により出力の精度を確保していた。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、このようにしても利得の自動切換によ
つてMSV回路出力が変化するので不安定になる
ことは否めず、また、キヤンベル系とパルス計数
系との切換点で出力にずれが生じることもあり、
監視装置として精度が悪く信頼性に乏しかつた。

そこで本発明は、原子炉の起動運転時における
監視を１個の中性子検出器により広域にわたつて
自動的に行なえるものにおいて、原子炉出力に対
する精度向上をはかり得、信頼性をより高め得る
広域中性子監視装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本願第１の発明は、中性子検出器の出力信号か
らパルス信号を取出して単位時間ごとのパルス数
を計数することにより中性子源領域における原子
炉出力を得るパルス系出力手段と、中性子検出器
の出力信号における脈動成分の二乗平均値を測定
することにより中間出力領域における原子炉出力
を得るキヤンベル系出力手段と、これら両出力手
段により得られた原子炉出力のいずれか一方を自
動選択する系出力選択手段とからなり、前記キヤ
ンベル系出力手段として、中性子検出器の出力信
号をそれぞれ異なる利得で増幅する複数の増幅器
と、これら増幅器により増幅された各出力信号の
脈動成分の二乗平均値をそれぞれ測定する複数に
二乗平均回路と、これら二乗平均回路の出力から
いずれか１つを自動選択してキヤンベル系出力と
する二乗平均値選択手段とを備えたものである。

本願第２の発明は、上記第１の発明に加えて、
系出力選択手段として、原子炉出力上昇による系
切換点ではキヤンベル系出力に、下降による系切
換点でパルス計数系出力にそれぞれ所定の係数を
乗算する補正手段を備えたものである。

（作用）第１の発明を講じた広域中性子監視装置であれ
ば、それぞれ異なる利得で増幅された中性子検出
器出力信号の脈動成分に対するMSV値のなかか
らいずれか１つが選択されてキヤンベル系出力と
なるので、利得の自動切換によつてMSV回路の
出力が変化して原子炉出力が不安定となることは
ない。

さらに、第２の発明を講じた広域中性子監視装
置であれば、原子炉出力上昇時の系切換点におい
てはキヤンベル系出力がパルス計数系出力に一致
するように補正され、下降時の系切換点において
はパルス計数系出力がキヤンベル系出力に一致す
るように補正されて切換点でのずれがなくなり、
なめらかな単一出力が得られる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク構成
図であつて、本実施例が第１２図に示す従来装置
と異なる点はキヤンベル系出力手段の構成と、パ
ルス計数系出力手段とキヤンベル系出力手段とを
切換える系出力切換手段として自動切換補正回路
２０を用いた点であり、それ以外は第１２図のも
のと同様であるので、同一符号を付して詳しい説
明は省略する。

先ず、パルス計数系出力手段では、前置増幅器
３にて電圧信号に変換された中性子検出器１の検
出器信号を増幅器４にて増幅後、波高弁別回路５
により所定値以上のエネルギーをもつパルスを取
出し、パルス計率Ｃ（cps）をダイオードポンプ６
により求めて電圧信号V_Cとして出力する。この
とき、原子炉出力Ｐ（％）は中性子束に比例する
のでＰ∝Ｃが成立ち、また、 V_C＝k₁×Ｃ（k₁は比例定数）となるので、パルス計数系出力手段において原子
炉出力P_C（％）は次の(1)式で求められる。

P_C＝k_C×V_C （k_Cは比例定数） ……(1) 一方、キヤンベル系出力手段は、前置増幅器３
にて電圧信号に変換された中性子検出器１の出力
信号をそれぞれ異なる利得で増幅する３個の増幅
器２１，２２，２３と、これら増幅器２１，２
２，２３にそれぞれ対応して設けられたMSV回
路２４，２５，２６と、各MSV回路２４，２５，
２６にて求められたMSV値に対応する電圧を比
較して最適なMSV値を選択する電圧比較選択回
路２７とから構成されている。また、各増幅器２
１，２２，２３の利得Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の間に次
の関係が成立しているものとする。

G1：G2＝１：R2 G2：G3＝１：R3 そして、第２図に示す如く、前置増幅器３の出
力信号V_Irmsを各利得Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３で増幅し
た信号Ｖ１rms，Ｖ２rms，Ｖ３rmsのMSV値を
それぞれＶ１_D，Ｖ２_DＶ，３_Dとした場合、電圧
比較選択回路２７では次の(2)〜(4)式にしたがつて
最適なMSV値V_Iを選択する。

V1_D≧vmax／R2 ならば V_I＝V1_D／G1 ……(2) V1_D＜Vmax／R2、 V2_D≧Vmax／R3 ならば V_I＝V2_D／G2 ……(3) V2_D＜Vmax／R3 ならば V_I＝V3_D／G3 ……(4) ただし、Vmaxは各MSV回路２４，２５，２
６の精度を保てる最大振幅（rms）が入力したと
きのMSV回路出力電圧（Ｖ）である。

このとき、原子炉出力Ｐ（％）はキヤンベル法
によりＰ∝（V_I／R_I・G_P）² が成立し、これによりＰ＝k_MV_I ² （k_Mは定数）となるので、キヤンベル系出力手段において原子
炉出力P_Mは次の(5)〜(7)式により求められる。す
なわち、MVD回路出力が(2)式の場合には P_M＝k_M（V1_D／G1）² ……(5) となり、(3)式の場合には P_M＝k_M（V2_D／G2）² ……(6) となり、(4)式の場合には P_M＝k_M（V3_D／G3）² ……(7) となる。なお、前記R_Iは前置増幅器３の入力イ
ンピーダンス、G_Pは前置増幅器３の利得をして
いる。

さて、このようなキヤンベル系出力手段におい
て、各増幅器２１，２２，２３の利得比Ｇ１：Ｇ
２：Ｇ３を小さくすると各MSV回路２４，２５，
２６の出力電圧範囲が狭くなるので精度を向上で
きるが、この場合、測定可能な原子炉出力P_M
（％）のレンジからも狭くなつてしまう。例えば、
Ｇ１：Ｇ２：Ｇ３＝１：２：４とし、Vmax＝10
(V)とすると、前記(2)〜(4)式により各MSV回路２
４，２５，２６の出力電圧範囲は５〜10(V)となつ
て精度良く測定できるが、前記(5)〜(7)式により各
MSV回路２４，２５，２６でカバーできるレン
ジがそれぞれ0.6桁と狭く、約６桁をカバーする
必要のあるキヤンベル系には実用的でない。

これに対し、利得比Ｇ１：Ｇ２：Ｇ３を１：
10：1000と大きくすると、各MSV回路２４，２
５，２６でカバーできるレンジがそれぞれ４桁に
なる出力電圧範囲が0.1〜10(V)となり、0.1(V)の小
さい出力では測定精度の劣化が避けられない。ま
た、前記(2)〜(7)式から明らかなように、原子炉出
力を求めるにはＧおよびG²の割算が必要となる
ため、Ｇが10の倍数であると都合がよい。したが
つて、以上の理由からG1：G2：G3＝１：10：
100とすることがMSV回路２４，２５２６にとつ
て最適であり、この場合、１つのMSV回路で２
桁の原子炉出力領域をカバーできるので６桁をカ
バーするためには３個の増幅器とMSV回路を用
いればよく、実用的である。

第３図に増幅器２１，２２，２３の利得を
G1：G2：G3＝１：10：100とした場合のMSV回
路出力に対応する原子炉出力P_M（％）の一例を示
す。同図においてＨは利得Ｇ３（大）の増幅器２
３に対応するMSV回路２６の出力であり、Ｍは
利得Ｇ２（中）の増幅器２２に対応するMSV回
路２５の出力であり、Ｌは利得Ｇ１（小）の増幅
器２１に対応するMSV回路２４の出力である。
同図から明らかなように各MSV回路の出力は１
〜10(V)の範囲内であり、測定精度の点でも十分実
用的な範囲に収まつている。

次に、系出力切換手段としての自動切換補正回
路２０について第４図を参照しながら説明する。
第４図において、Ａはパルス計数系出力によつて
原子炉出力Ｐ（％）をカバーする領域を示し、Ｈ
はキヤンベル系出力である利得Ｇ３の増幅器２３
に対応するMSV回路出力によつて原子炉出力Ｐ
（％）をカバーする領域を示し、Ｍは利得Ｇ２の
増幅器２２に対応するMSV回路出力によつて原
子炉出力Ｐ（％）をカバーする領を示し、Ｌ利得
Ｇ１の増幅器２１に対応するMSV回路出力によ
つて原子炉出力Ｐ（％）をカバーする領域を示し
ている。同図に示すように、パルス計数系出力に
よりカバーする領域とキヤンベル系出力である
MSV回路２６の出力によりカバーする領域とは
約１桁のオーバーラツプが存在しており、その中
心の計数率をC_C（＝５×10⁵cps）とする。

自動切換補正回路２０は、原子炉立ち上げ時に
はパルス計数率がC_c？cps）に達するまでパルス
系出力手段を選択し、これにより原子炉出力Ｐは
パルス系出力手段によつて出力される電圧信号
V_Cに対応する原子炉出力P_C（＝k_CV_C）となる。そ
の後、自動切換補正回路２０はパルス計数率がC_c
を越えるとキヤンベル系出力手段に切換える。こ
れにより原子炉出力Ｐは利得の最も大きい増幅器
２３（Ｇ３＝100）のMSV回路２６から電圧信号
Ｖ３_Dに対応する原子炉出力P_M「＝k_M（V3_D／
100）²」となる。

ところで、パルス計数系もキヤンベル系も同一
の中性子束を測定しているので系の切換点では出
力が一致しなければならないが、定数k_Cおよび
k_Mは中性子検出器１の効率や劣化の程度、増幅
器の利得、バンド帯等から算出される値であり、
上述した系の自動切換によつて原子炉出力P_Cと
P_Mとがずれを生じるおそれがある。そこで、本
自動切換補正回路２０では、パルス計数率C_c付近
における両系の原子炉出力P_CとP_Mとが一致する
ように、すなわち k_CV_C＝k_M′（Ｖ３3D／100）² k_M′＝αkMc ……(8) が成立するよう、定数k_Mに任意定数α（≒１）また、逆に原子炉出力が低下る場合には通常出
力の10％付近でMSV回路の校正を行なつてある
ので定数k_Mは正しいと判定できる。そこで、キ
ヤンベル系出力手段におけるMSV回路２６の出
力が選択された状態で、この出力に対応する原子
炉出力P_Mが切換点付近となり、パルス計数率が
C_Cに達したときにキヤンベル系からパルス計数
系に切換えるが、このとき出力のずれをなくすた
めに、 k_C′V_C＝k_M（Ｖ３_D／100）² k_C′＝βk_C ……(9) が成立するように定数k_Cに任意計数βを乗算して
前記(1)式を補正する。

このように、本実施例によれば、キヤンベル系
出力手段として利得比が10倍ずつの３個の増幅器
２１，２２，２３と、これら増幅器に対応する３
個のMSV回路２４，２５，２６とを設けて各パ
ルス２４，２５，２６で２桁分の原子炉出力範囲
をカバーおあすることにより、MSV回路の出力
に影響を与える増幅器の自動利得切換を不要とし
たので、常に安定したキヤンベル系出力が得られ
る。また、パルス計数系により求めた原子炉出力
とキヤンベル系出力により求めた原子炉出力視装
置とが系切換点にてずれないように出力に補正を
加えている。したがつて、中性子源領域から中間
出力領域の広域にわたつて常になめらかな安定し
た単一出力が得られるので、精度の高い測定を高
信頼度で行なうことができる。

なお、前記実施例において、電圧比較選択回炉
２７と自動切換補正回路２０とをマイクロコンピ
ユータ（以下マイコンと省略する）３０によりソ
フトウエア的に処理るようにしてもよい。このマ
イコン３０を用いた一実施例の構成を第５図に示
す。同図において、３１は波高弁別回路５からの
パルス計数率を測定してデイジタル値に変換する
計数率測定カウンタ、３２〜３４は各MSV回路
２４〜２６の出力電圧をデイジタル値に変換する
アナログ・デイジタルコンバータ（以下Ａ／Ｄの
略称する）である。

しかして、マイコン３０は第６図に示す流れ図
を実行するようにプログラム構成されている。す
なわち、まずステツプST１として計数率測定カ
ウンタ３１から計数率を読込むとともにＡ／Ｄ３
２〜３４から各MSV回路２４〜２６の出力電圧
を読込む。次いで、ST２として収集データに対
して前記実施例で説明した電圧比較選択回路２７
と自動切換補正回路２０とでそれぞれ行なわれる
演算処理と同様の演算を実行し、MSV回路出力
の選択処理およびパルス計数系とキヤンベル系と
の選択補正処理を行ない、ST３として原子炉出
力Ｐ（％）を選択する。その後、ST４として異常
判定、レコーダなどへの出力処理を行ない、その
後データ収集処理に戻る。

このようにマイコン３０を用いた装置であれ
ば、レコーダ出力時にソフトウエア的にレベル判
定を行なつてレコーダのレンジを自動切換するこ
とにより、第７図に示す如く従来のIRMの場合
と同様のリニア出力が得られるようにすることが
可能となる。また、この場合、パルス計数系出力
と各キヤンベル系出力とを同時に取込んで処して
いるで、いずれか１つの系に異常が生じても充分
に対処できる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本願第１、第２の発明に
よれば、原子炉の起動運転時における監視を１個
の中性子検出器により広域にわたつて自動的に行
なえるものにおいて、原子炉出力に対する精度向
上をはかり得、信頼性をより高め得る広域中性子
監視装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示す
図であつて、第１図は全体のブロツク構成図、第
２図はキヤンベル系出力手段の作用説明図、第３
図はキヤンベル系出力手段による原子炉出力の一
例を示す図、第４図は系出力自動切換手段の作用
説明図、第５図ないし第７図は本発明にマイコン
を適用した実施例を示す図、第５図はブロツク構
成図、第６図はマイコンの動作を示す流れ図、第
７図は一出力例を示す図、第８図ないし第１３図
は従来例を示す図であつて、第８図はSRMのブ
ロツク構成図、第９図はIRMのブロツク構成図、
第１０図はSRMにおける一出力例を示す図、第
１１図はIRMにおける一出力例を示す図、第１
２図は従来の広域中性子監視装置のブロツク構成
図、第１３図は従来装置の一出力例を示す図であ
る。１……中性子検出器、３……前置増幅器、４，
２１，２２，２３……増幅器、５……波高弁別回
路、６……ダイオードポンプ、２０……自動切換
補正回路、２４，２５，２６……MSV（二乗平
均）回路、２７……電圧比較選択回路、３０……
マイコン（マイクロコンピユータ）。

Claims

【特許請求の範囲】１中性子検出器の出力信号からパルス信号を取
出して単位時間ごとのパルス数を計数することに
より中性子源領域におる原子炉出力を得るパルス
系出力手段と、前記中性子検出器の出力信号にお
ける脈動成分の二乗平均値を測定することにより
中間出力領域における原子炉出力を得るキヤンベ
ル系出力手段と、これら両出力手段により得られ
た原子炉出力のいずれか一方を自動選択する系出
力選択手段とを具備し、前記キヤンベル系出力手
段は、前記中性子検出器の出力信号をそれぞれ異
なる利得で増幅する複数の増幅器と、これら増幅
器により増幅された各出力信号の脈動成分の二乗
平均値をそれぞれ測定する複数に二乗平均回路
と、これら二乗平均回路の出力からいずれか１つ
を自動選択してキヤンベル系出力とする二乗平均
値選択手段とを備えたことを特徴とする広域中性
子監視装置。２前記複数の増幅器は、それぞれ利得比が10倍
ずつ異なるものであることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の広域中性子監視装置。３中性子検出器の出力信号からパルス信号を取
出して単位時間ごとのパルス数を計数することに
より中性子源領域における原子炉出力を得るパル
ス系出力手段と、前記中性子検出器の出力信号に
おける脈動成分の二乗平均値を測定することによ
り中間出力領域における原子炉出力を得るキヤン
ベル系出力手段と、これら両出力手段により得ら
れた原子炉出力のいずれか一方を自動選択する系
出力選択手段とを具備し、前記キヤンベル系出力
手段は、前記中性子検出器の出力信号をそれぞれ
異なる利得で増幅する複数の増幅器と、これら増
幅器により増幅された各出力信号の脈動成分の二
乗平均値をそれぞれ測定する複数に二乗平均回路
と、これら二乗平均回路の出力からいずれか１つ
を自動選択してキヤンベル系出力とする二乗平均
値選択手段とを備え、前記系出力選択手段は、原
子炉出力上昇による系切換点ではキヤンベル系出
力に、下降による系切換点ではパルス計数系出力
にそれぞれ所定の係数を乗算する補正手段を備え
たことを特徴とする広域中性子監視装置。