JPH0810265B2

JPH0810265B2 - 原子炉反応度監視方法および装置

Info

Publication number: JPH0810265B2
Application number: JP61071442A
Authority: JP
Inventors: 仁佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-03-29
Filing date: 1986-03-29
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPS62228199A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明は、原子炉炉内検出器の出力信号を用いた原子
炉反応度監視方法および装置に関する。

［発明の技術的背景及びその問題点］沸騰水型原子炉では中性子束レベルを計測する核計装
系として炉内検出器が用いられており、レベルに応じて
中性子源領域モニタ、中間領域モニタ及び出力領域モニ
タが使い分けられているが、炉心の臨界に関しては中性
子源領域モニタの出力の時間変化に基づいて運転員が経
験的に判定していた。

反応度ρは出力の時間変化から炉ペリオドＴを測定す
ることにより、次式で求められる。

ここで、βは全遅発中性子生成率、βｉは第ｉ群の遅
発中性子生成率、λｉは第ｉ群の遅発中性子先行核寿
命、ｌは中性子寿命であり、ρ／βはβを単位としたド
ル反応度である。原子炉の運転にあたっては、通常Ｔと
ρ／βの換算表を予め作成しておいてこれを用いる。

第11図は従来の原子炉炉心の反応度監視装置を示すも
ので、図中、符号１は制御棒100によって炉心２の反応
度制御が行なわれる原子炉である。この炉心２の中性子
束レベルは中性子源領域モニタの炉内検出器３によって
検出され、そのパルス信号は増幅器８を経た後、対数変
換回路９により対数計数率信号20に変換されて中性子源
領域モニタの指示計101、記録計102、及びCRT画面７に
表示される。また、対数計数率信号20は微分回路103に
より炉ペリオド信号として出力され、ペリオド指示計10
4及びCRT画面７に表示される。このような従来の装置に
おいては炉ペリオドは中性子源領域モニタの計数率の倍
増時間の1.44倍として測定可能であるが、制御棒100の
操作を中断した後の計数率の時間変化は、臨界超過時で
は第12図に示すように、制御棒引抜き操作中断後80秒以
上経過しないと上昇率が一定にならず、炉ペリオドの測
定には数分を要した。また、未臨界時では対応する炉ペ
リオドは負となるはずであるが、対数計数率が減少する
前に第13図に示すように、外部中性子源によって定まる
一定の計数率に出力が落着くために炉ペリオドの測定は
不可能であった。

このように従来の反応度計算法では、必要となる炉ペ
リオドが正の場合についてのみ測定可能であり、また正
の炉ペリオドでも計測に時間を要し、反応度をすぐに求
めることはできなかった。さらにまた、通常中性子源領
域モニタからの計数率信号にはゆらぎが含まれており、
炉ペリオドの測定には不確実な面があった。

［発明の目的］本発明はかかる点に対処してなされたもので、炉ペリ
オドを測定しないで、炉心に制御棒が全挿入されている
時の大きな負の反応度から臨界超過の正の反応度までに
わたって、炉心の反応度を実時間で運転員に提示できる
原子炉反応度監視方法および装置を提供しようとするも
のである。

［発明の概要］すなわち本発明は、中性子束レベルを計測する複数の
原子炉炉内検出器からの出力信号をサンプリングし検出
器がバイパス中または動作不良であるチャンネルの出力
信号と検出器が全挿入位置にないチャンネルの出力信号
及び特に偏差の大きい出力信号を除いて平均化処理して
平均中性子密度信号を出力する中性子密度測定装置と、
この中性子密度測定装置からの最新の一定時間の平均中
性子密度信号を時系列データとして記録する時系列デー
タ記録装置と、この時系列データ記録装置から中性子密
度信号のデータ群を入力して最新の中性子密度信号の最
確値を関数近似により算出するとともに、外部中性子源
値を炉心計算による固有値から導いた炉心反応度と前記
関数近似により修正された中性子密度信号を一点炉近似
動特性方程式に用いて得られる反応度とが一致するよう
にして求め、この中性子源値と前記関数近似により修正
された中性子密度信号を一点炉近似動特性方程式に適用
することにより、制御棒全挿入時から臨界超過にわたる
広範囲の炉心の反応度を実時間で算出する反応度計算装
置とから成ることを特徴とする原子炉反応度監視装置で
ある。

また本発明は、中性子束レベルを計測する複数の原子
炉内検出器からの出力信号を検出器がバイパス中または
動作不良であるチャンネルの出力信号と検出器が全挿入
位置にないチャンネルの出力信号及び特に偏差の大きい
出力信号を除いて平均化処理して平均中性子密度信号を
算出する平均化処理工程と、周期的に算出される前記平
均中性子密度信号を時系列データとして蓄積するデータ
蓄積工程と、この蓄積された平均中性子密度信号の時系
列データから最新の中性子密度信号の最確値を関数近似
により算出する中性子密度修正工程と、原子炉が未臨界
定常状態時に、拡散方程式に基づく炉心計算により求ま
る固有値から現状の炉心状態の反応度を算出し、この算
出された反応度および中性子密度修正工程で修正された
最新の中性子密度信号を一点炉近似動特性方程式に適用
して固定の外部中性子源値を算出する外部中性子源算出
工程と、この外部中性子源算出工程により算出された固
定の外部中性子源値を一点炉近似動特性方程式に適用し
て中性子密度修正工程で修正された最新の中性子密度信
号から炉心の反応度を実時間で算出する反応度算出工程
とを有することを特徴とする原子炉反応度監視方法であ
る。

［発明の実施例］以下、図面に示す実施例について本発明を詳細に説明
する。

第１図に中性子源領域モニタに接続した本発明の一実
施例を示す。本発明の原子炉反応度監視装置は主として
原子炉１の炉心２に設置された複数の炉内検出器３と、
炉内検出器３の出力信号を入力して平均中性子密度信号
を出力する中性子密度測定装置４と、中性子密度測定装
置４からの最新の一定時間の中性子密度信号を時系列デ
ータとして記録する時系列データ記録装置５と、時系列
データ記録装置５から中性子密度信号のデータ群を入力
して炉心の反応度を実時間で算出する反応度計算装置６
と、CRT画面７等の表示装置とから構成される。

図中、符号3A、3B、3C、3Dは中性子源領域モニタの４
体の炉内検出器で、それぞれ炉心２の異なった位置に設
置されている。これらの各検出器からの出力信号は独立
な４系統の処理が行なわれ、各々チャンネルＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄの信号と呼ばれる。炉内検出器3A、3B、3C、3Dか
らの検出信号は増幅器8A、8B、8C、8Dを経て対数変換回
路9A、9B、9C、9Dに入力され、ここで対数計算率信号20
A、20B、20C、20Dに変換される。中性子密度測定装置４
はサンプリング処理機構10と平均化処理機構11で構成さ
れ、サンプリング処理機構10には対数計数率信号20A、2
0B、20C、20Dが入力されるとともに、サンプリング周期
信号21が入力され、ここでこのサンプリング周期信号21
に基づいて一定周期でサンプリングされてもとの計数率
に変換される。サンプリング周期信号21は後述する理由
によって１ないし10秒周期の範囲で定められる。サンプ
リング処理機構10からの出力信号22A、22B、22C、22Dは
バイパス信号23A、23B、23C、23D及び炉内検出器挿入状
態信号24A、24B、24C、24Dとともに平均化処理機構11に
入力され、処理されて平均中性子密度信号25となり、時
刻信号26とともに時系列データ記録装置５に入力され
る。反応度計算装置６はこの時系列データ記録装置５に
より順次最新のデータを入力し、このデータをもとに炉
心の反応度を実時間で算出して、CRT7等の表示装置に出
力する。

以上のように構成された原子炉反応度監視装置の動作
について次に説明する。炉心２のそれぞれの位置での中
性子束レベルを検出する炉内検出器3A、3B、3C、3Dの検
出信号は増幅器8A、8B、8C、8Dにおいて増幅され、つづ
いて対数変換回路9A、9B、9C、9Dにおいて対数計数率信
号20A、20B、20C、20Dに変換された後、サンプリング処
理機構10によりデジタル処理するために一定周期でサン
プリングされ、もとの計数率に変換される。ついで平均
化処理機構11において、サンプリング処理機構10から出
力された中性子密度信号22A、22B、22C、22Dからバイパ
ス信号23A、23B、23C、23Dに基づいてバイパス中のチャ
ンネルが除外され、次に炉内検出器挿入状態信号24A、2
4B、24C、24Dに基づいて全挿入位置にないチャンネルが
除外され、最後に残りのチャンネルの中性子密度信号22
の中に特に偏差の大きいものがあればこれを除外して中
性子密度信号の平均化が行なわれる。このように処理さ
れた平均中性子密度信号25は時刻信号26とともに中性子
密度信号の時系列データとして時系列データ記録装置５
に記録される。

反応度計算装置６は時系列データ記録装置５中のデー
タが関数近似に必要な数だけ蓄積したところで反応度の
周期計算を開始する。第２図及び第３図に反応度周期計
算のフローチャートを示す。始めに最新の中性子密度信
号の最確値を関数近似により求める。炉心が臨界又は臨
界超過となった場合には中性子密度信号は指数関数に従
って増加するので、近似関数としては１次指数関数が適
している。最新中性子密度信号の時刻を０として関数を
最小自乗フィッティングにより求めると、次式で表わさ
れる。

Ｎ（ｔ）＝exp（ａ＋bt）ここで、ａ、ｂは最小自乗フィッティングにより得ら
れる定数項及び１次の係数、ｔは単位秒の時刻、Ｎ
（ｔ）は時刻ｔの中性子密度信号の最確値である。これ
より、最新の中性子密度信号Ｎ及び時間変化率の最確値
は次式で得られる。

Ｎ＝exp（ａ） dN/dt＝ｂ・exp（ａ）ただし、中性子密度信号の関数近似に関しては、対象
時間が短かすぎるとデジタルデータ点数が少なくなるか
あるいは中性子密度信号の時間変化の誤差が大きくな
り、逆に時間が長過ぎると中性子密度信号の時間変化が
近似関数からはずれるため、最新データから５秒ないし
１分前のデータまでを対象とすべきである。以下の計算
には最新の中性子密度信号Ｎとして上記の関数近似によ
り修正された値を用い、中性子密度信号のゆらぎ成分を
除く。

次に、修正された中性子密度信号Ｎを次の一点炉近似
動特性方程式に適用して、炉心の反応度ρを算出する。

dCi/dt＝Ｎβi/l−λiCi ……（II）ここで、Ci（ｉ＝１〜６）は第ｉ群の遅発中性子先行
核密度、Ｓは外部中性子源である。中性子密度信号Ｎか
ら反応度ρを算出するためには、遅発中性子先行核密度
Ciと外部中性子源Ｓが必要となる。

反応度計算が対象となる炉心について以前に行なわれ
ていた場合には外部中性子源Ｓは確定しているが、始め
て反応度計算を行なう場合や炉心の燃焼がさらに進んだ
場合など外部中性子源Ｓが未確定の場合は、第２図に示
すように現状の炉心状態について拡散計算による炉心計
算を行なわなければならない。

外部中性子源Ｓを精度よく計算するためには、炉心は
大きな負の反応度ρを持った未臨界状態であることが望
ましい。通常は制御棒全挿入時の炉心について計算すれ
ばこの条件は満たされる。炉心計算として３次元粗メッ
シュ拡散計算を計算機で行なえば、１分程度で固有値Ke
ffを求めることができ、この固有値Keffより反応度ρを
次式によって求めることができる。

ρ＝（Keff−１）/Keff ……（III）従って、未臨界の定常状態では、（Ｉ）及び（II）式
より外部中性子源Ｓは次式によって算出することができ
る。

Ｓ＝−Ｎρ/l ……（IV）また、同時に遅発中性子先行核密度Ciの初期値も次式
に従って算出することができる。

Ci＝Ｎβi/（λｉ・ｌ） ……（Ｖ）外部中性子源Ｓが既に計算されている場合でも、反応
度周期計算開始時には（Ｖ）式により遅発中性子先行核
密度Ciの初期値を求める必要がある。

外部中性子源Ｓを計算する方法としては、この他に第
３図に示すような方法もある。すなわち、炉心状態の変
数として原子炉炉水温度と炉心平均制御棒密度と炉心平
均ゼノン濃度と炉心平均燃焼度を変化させて予め拡散計
算による炉心計算を行なって固有値テーブルを作成して
おき、この固有値テーブルより現状の炉心状態を表わす
原子炉炉水温度、炉心平均制御棒密度、炉心平均ゼノン
濃度及び炉心平均燃焼度に対応する固有値Keffを内外挿
より求め、この固有値Keffから（III）式により反応度
ρを算出し、次いで（IV）式により外部中性子源Ｓを算
出する。

次に、外部中性子源Ｓ及び遅発中性子先行核密度Ciの
初期値を算出した後、（Ｉ）及び（II）式の一点炉近似
動特性方程式を時間について差分近似で解いて、遅発中
性子先行核密度Ciの計算を行う。時刻ｔについて中性子
密度信号Ｎが得られた時、時刻（ｔ＋△ｔ）における遅
発中性子先行核密度Ciは次式で求められる。

Ci(t＋△t)＝[(1＋λi△t/2)] ×[N△tβi/l＋(1−λi△t/2)Ci(△t)] ……（VI）ここで、（VI）式の計算精度を高めるためには△ｔを
なるべく小さくする必要があり、λｉの最大値が約３
（1/秒）であることから△ｔは0.5秒以下であることが
望ましい。この値はサンプリング周期信号21に比べて小
さくなる傾向にあるので、サンプリング周期を△ｔの整
数倍となるようにすることが望ましい。ただし、サンプ
リング周期の整数分の１で△ｔを定めた場合、サンプリ
ング周期が変わると計算精度が急に悪くなる可能性があ
り、また△ｔをあまり小さくすると計算量が増加するの
で、△ｔを0.2秒又は0.25秒などの１秒の整数分の１に
定めておき、サンプリング周期21は１秒単位にして、
（VI）式の反復回数を反応度周期計算毎に計算するよう
にする。このようにすればサンプリング周期信号21は必
ずしも一定にする必要はない。しかしながら、サンプリ
ング周期が長くなり過ぎると関数近似の精度が悪くなる
ので、サンプリング周期は１ないし10秒の範囲で定める
べきである。

遅発中性子先行核密度Ciが（VI）式により求まれば、
（Ｉ）式は次式となるので、反応度ρは次式に従って算
出することができる。

このようにして、反応度計算装置６において反応度の
周期計算が行なわれるが、この計算を要する時間は１秒
未満であるので、ほぼ実時間で炉心の反応度を算出する
ことができる。

この計算結果は、CRT画面７等の表示装置に表示され
るが、運転員にとってはβを単位としたドル反応度のほ
うが情報としてわかりやすいので、ρ／βとしてCRT画
面にデジタル表示あるいはトレンド表示される。

以上のように中性子源領域モニタの出力信号を入力と
して運転員に実時間で炉心の反応度が提示されるので、
運転員は炉心の核的安全性を常時監視することができ、
制御棒の操作による反応度の操作を円滑に行なうことが
できる。このことは特に原子炉起動時の臨界に至るまで
の制御棒操作に関して運転員の作業効率を大幅に向上す
る。原子炉起動時の臨界達成に至るまでに本発明が運転
員に与える情報とこれを利用した運転員の制御棒操作例
を第４図（ａ）及び（ｂ）に示す。運転員は制御棒操作
量と反応度変化から、例えば制御棒１本当たりの反応度
に対する寄与（制御棒価値という）が約0.2ドルから0.3
ドル程度であるという情報を得たとすると、運転員は臨
界までに１ドル以上の余裕があれば、何も制限を気にせ
ずに次々と制御棒の引抜きを行なうことができる。臨界
に近づく様子は反応度の変化で知ることができるので、
臨界付近で操作量を減少すればよく、臨界を確認するま
で引抜操作を中断する必要がない。これに対して、従来
の計数率信号の変化にたよって臨界近接を行なった場合
には、第５図に示すように運転員は計数率信号の増加率
が減少するのを確認するまで制御棒操作を中断しなけれ
ばならず、そのため単位時間当たりの制御棒操作量は本
発明を利用した場合と比較して小さくなり、臨界達成ま
での時間はそれだけ長くかかる。また運転員にかかる負
担も大きい。

尚、反応度計算において、外部中性子源の確定に固有
値テーブルを用いる方法を例示したが、この固有値テー
ブルの代わりに反応度ρをテーブルにして反応度計算す
ることも可能である。

次に中間領域モニタの出力を利用した本発明の一実施
例を第６図に基づいて説明する。図中、第１図と同一部
分については同一符号を付記してある。原子炉１の炉心
２には中間領域モニタとしての８体の炉内検出器3a、3
b、3c、3d、3e、3f、3g、3hが異なる位置に設置されて
おり、それぞれの出力信号は独立な８系統の処理が行な
われ、各々チャンネルａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ
の信号と呼ばれる。炉内検出器3a、3b、3c、3d、3e、3
f、3g、3hの出力信号は増幅器8a、8b、8c、8d、8e、8
f、8g、8hを経た後、レンジ信号27a、27b、27c、27d、2
7e、27f、27g、27hとともにゲイン調整器12a、12b、12
c、12d、12e、12f、12g、12hでレベル調整され、ついで
レベル調整された出力信号は二分されて、一方はそのま
ま自乗平均回路13a、13b、13c、13d、13e、13f、13g、1
3hに、他方は位相反転器14a、14b、14c、14d、14e、14
f、14g、14hで処理された後自乗平均回路13a、13b、13
c、13d、13e、13f、13g、13hに入力される。これらの自
乗平均回路13a、13b、13c、13d、13e、13f、13g、13hか
ら出力された中間領域モニタ出力信号28a、28b、28c、2
8d、28e、28f、28g、28hはレンジ信号27a、27b、27c、2
7d、27e、27f、27g、27hとともにCRT画面７等の表示装
置に表示される一方、中性子密度測定装置４に入力され
る。中間領域モニタ出力信号28a、28b、28c、28d、28
e、28f、28g、28hはレンジ信号27a、27b、27c、27d、27
e、27f、27g、27hに応じて出力信号のゲインが調整され
ているので、そのまま中性子密度信号として用いること
ができない。そのため、中性子密度測定装置４はサンプ
リング処理機構10及び平均化処理機構11の他に中性子密
度信号換算処理機構15を有する。

中性子密度信号換算処理機構15においては、中性子源
領域モニタと中間領域モニタがオーバーラップして使用
可能な中性子束レベルの時に、中性子源領域モニタの対
数計数率信号20A、20B、20C、20Dから作成された平均中
性子密度信号25が、中間領域モニタによる出力信号の中
性子密度信号調整用に用いられる。すなわち、サンプリ
ング処理機構10は中性子源領域モニタの対数計数率信号
20A、20B、20C、20Dと中間領域モニタ出力信号28a、28
b、28c、28d、28e、28f、28g、28hをサンプリング周期
信号21によってサンプリングし、中性子源領域モニタに
よる中性子密度信号22A、22B、22C、22Dを平均化処理機
構11へ出力する一方、中間領域モニタ指示信号29a、29
b、29c、29d、29e、29f、29g、29hを中性子密度信号換
算処理機構15へ出力する。中性子密度信号換算処理機構
15は、中間領域モニタ指示信号29a、29b、29c、29d、29
e、29f、29g、29hとともに、レンジ信号27a、27b、27
c、27d、27e、27f、27g、27hと、バイパス信号23a、23
b、23c、23d、23e、23f、23g、23hと、炉内検出器挿入
状態信号24a、24b、24c、24d、24e、24f、24g、24hと、
平均化処理機構11からの平均中性子密度信号25とを入力
して換算中性子密度信号30を出力する。時系列データ記
録装置５には、中性子源領域モニタの使用上限となるま
では平均化処理機構11からの平均中性子密度信号25が中
性子密度信号選択機構16によって選択されて、時刻信号
26とともに入力されるが、中性子源領域モニタの使用上
限となって中間領域モニタの使用範囲では、換算中性子
密度信号30が選択されて時刻信号26とともに入力され、
記録される。反応度計算装置６は、この時系列データ記
録装置５より順次最新のデータを入力して炉心の反応度
を算出し、この結果をCRT画面７等の表示装置に表示す
る。

次に上記構成の反応度監視装置の動作について説明す
る。中間領域モニタの炉内検出器3a、3b、3c、3d、3e、
3f、3g、3hからの出力信号は増幅されレベル調整された
後、自乗平均回路13a、13b、13c、13d、13e、13f、13
g、13hより中間領域モニタ出力信号28a、28b、28c、28
d、28e、28f、28g、28hとしてサンプリング処理機構10
に出力される。サンプリング処理機構10では中間領域モ
ニタ出力信号28a、28b、28c、28d、28e、28f、28g、28h
を一定周期でサンプリングし、中間領域指示信号29a、2
9b、29c、29d、29e、29f、29g、29hとして中性子密度信
号換算処理機構15へ出力するとともに、中性子源領域モ
ニタの使用上限までは中性子源領域モニタからの対数計
数率信号20A、20B、20C、20Dも一定周期でサンプリング
し、中性子密度信号22A、22B、22C、22Dとして平均化処
理機構11に出力する。

中性子密度信号換算処理機構15においては、第７図に
フローチャートで示すように、入力された中間領域モニ
タ指示信号29a、29b、29c、29d、29e、29f、29g、29hか
らバイパス信号23a、23b、23c、23d、23e、23f、23g、2
3hに基づいてバイパス中のチャンネルが除外され、つづ
いて炉内検出器挿入状態信号24a、24b、24c、24d、24
e、24f、24g、24hに基づいて全挿入位置にないチャンネ
ルが除外された後、残りのチャンネルの中間領域指示信
号にレンジ信号に応じて補正係数が乗ぜられる。補正係
数Ｃは、例えばレンジｎの指示信号をレンジｍの指示信
号に変換する場合は次式で得られるものを用いる。

Cm←ｎ＝10^{（ｎ−ｍ）/2} ここでレンジｎは１から10までの値として、レンジｍ
は通常１として計算を行なうものとする。次に、レンジ
１相当に変換した中間領域モニタ指示信号のうち偏差の
大きなチャンネルがあればこれを除外し、残りのチャン
ネルについて平均化が行なわれる。このようにして得ら
れた平均中間領域モニタ指示信号を中性子密度信号に換
算するための換算係数は、中性子源領域モニタの使用範
囲と中間領域モニタの使用範囲がオーバーラップしてい
るときの平均中性子密度信号25と上記平均中間領域モニ
タ指示信号の比として求められる。換算係数が算出され
た後は、この係数を平均中間領域モニタ指示信号の乗じ
ることにより換算中性子密度信号30が求められる。

炉心の出力が上昇して中性子源領域モニタの使用上限
に至り、炉内検出器4A、4B、4C、4Dが引抜かれた場合に
は、中性子密度信号選択機構16により換算中性子密度信
号30が平均中性子密度信号25の代わりに選択され、時系
列データとして記録装置５に時刻とともに記録される。
反応度計算装置６はこの時系列データ記録装置５より順
次最新の換算中性子密度信号を入力し、中性子源領域モ
ニタの出力を利用した時と同様にして炉心の反応度を実
時間で算出し、この結果をCRT画面７等の表示装置に表
示する。

次に、炉心の出力がさらに上昇して中間領域モニタの
使用上限に至った場合の、炉心外に引抜いた中性子源領
域モニタの検出器の出力を利用した本発明の一実施例を
第８図を基に説明する。図中、第１図及び第６図と同一
部分については同一符号を付記してある。構成は第１図
とほぼ同じであるので次に動作について説明する。

中性子源領域モニタの炉内検出器3A、3B、3C、3Dは炉
心の出力が上昇して中性子源領域モニタの使用上限に至
ると、原子炉１の炉心２から全引抜きされ、炉心下端か
ら約60cmの位置に設置されるが、中間領域モニタの使用
上限付近では炉心の出力が原子炉定格出力の約10％にな
っており、全挿入位置にある中性子源領域モニタの使用
上限出力の約10⁵倍に相当するため、炉心から離れるに
従って減衰する中性子束を計測することが可能となる。
このように炉心外に設置された中性子源モニタの検出器
3A、3B、3C、3Dからの出力信号は、増幅器8A、8B、8C、
8Dを経て対数変換回路9A、9B、9C、9Dにより対数係数率
信号20A、20B、20C、20Dに変換され、サンプリング処理
機構10に入力される。サンプリング処理機構10において
はサンプリング周期信号21に応じて一定周期でサンプリ
ングされ、もとの計数率の中性子密度信号22A、22B、22
C、22Dになって出力される。平均化処理機構11では中性
子密度信号が入力されるとともに、バイパス信号23A、2
3B、23C、23Dと、炉内検出器挿入状態信号24A、24B、24
C、24Dと、中性子密度換算処理機構15からの換算中性子
密度信号30が入力され、第９図にフローチャートで示す
ように処理がなされて、補正中性子密度信号31が出力さ
れる。すなわち、中性子密度信号22A、22B、22C、22Dよ
りバイパス信号に基づいてバイパス中のチャンネルが計
算対象から除外され、次に炉内検出器挿入状態信号24
A、24B、24C、24Dによって残ったチャンネルの検出器が
全て全引抜位置にあるかの確認がなされ、全引抜装置に
ないチャンネルは全引抜位置に設置される。ついで中性
子密度信号の中で偏差の特に大きいものが除外されて、
平均中性子密度信号が算出される。しかしながら、この
平均中性子密度信号は検出器が全引抜装置での値である
ため、全挿入時での中性子密度信号に補正する必要があ
る。減衰補正係数は、中間領域モニタの使用範囲内の出
力での換算中性子密度信号30と上記補正前の平均中性子
密度信号の比として得られるので、この係数を補正前の
平均中性子密度信号に乗ずることにより補正中性子密度
信号31が求められる。

中間領域モニタの使用範囲に原子炉出力がある時に
は、中性子密度信号選択機構16によって換算中性子密度
信号30が選択されるが、中間領域モニタの使用上限以上
に原子炉出力が上昇した時には補正中性子密度信号31が
選択されて、時刻信号26とともに時系列データ記録装置
５に時系列データとして記録される。反応度計算装置６
はこの時系列データ記録装置５より順次最新の中性子密
度信号を入力して反応度を実時間で算出し、これをCRT
画面７等の表示装置に表示する。

この実施例で用いられる補正中性子密度信号31は原子
炉定格出力においても計算可能であるので、第10図に示
すように、制御棒全挿入時の中性子源領域から中間領域
を経て出力領域にわたる任意の中性子束レベルに対して
中性子密度を測定することができる。

すなわち、制御棒が炉心に全挿入されている状態から
臨界達成までの間は、全挿入位置にある中性子源領域モ
ニタの炉内検出器3A、3B、3C、3Dからの出力信号が用い
られ、この出力信号に基づいた平均中性子密度信号25が
反応度計算装置６に入力される。原子炉出力が上昇して
中性子源領域モニタの使用上限に至ると、中間領域モニ
タの炉内検出器3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g、3hからの
出力信号に基づいた換算中性子密度信号30が中性子密度
信号選択機構16によって選択され、反応度計算に用いら
れる。更に出力が上昇して中間領域モニタの使用上限に
至ると、中性子源領域モニタが全引抜位置において計測
可能となるので、これより求められた補正中性子密度信
号31が換算中性子密度信号30に代わって反応度計算に用
いられる。得られる中性子密度信号は全て中性子源領域
モニタの計数率相当となっているので、連続して反応度
監視を行なうことができる。

尚、中間出力モニタの使用上限以上では全引抜位置に
ある中性子源領域モニタの出力を用いる代わりに、出力
領域モニタの出力を利用することもできる。

［発明の効果］以上の説明からも明らかなように、本発明の反応度監
視方法および装置は原子炉炉内検出器からの出力信号を
利用して、炉心に制御棒が全挿入されている時の大きな
負の反応度から原子炉が出力運転している時の反応度ま
での広範囲の出力レベルにわたって反応度を実時間で運
転員に提示することができる。従って、原子炉の核的安
全性を監視する上で運転員の労力を大幅に軽減すること
ができるとともに、制御棒操作を迅速かつ容易に行なう
ことができる。

また、本発明ではサンプリングし平均化処理した原子
炉炉内からの中性子密度信号を時系列データとして記録
するので、原子炉内の中性子レベル信号の計測機構と、
中性子密度信号の予測処理及び反応度を推定する処理を
行う機構とを分離することができる。したがって、原子
炉の反応度監視を分散・非同期で処理することができ、
中性子密度信号を予測する処理と反応度を推定する処理
の方法やシステム構成を自由に選択できる。また、複数
地点での監視がを可能になり、さらに原子炉反応度監視
装置の保守作業、試験及び更新が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、中性子源モニタの出力を利用した本発明の一
実施例を示すブロック図、第２図及び第３図は本発明の
反応度計算装置で行なわれる反応度計算のプロセスの実
施例を示すフローチャート、第４図（ａ）及び（ｂ）は
本発明により得られる原子炉起動時における臨界近接で
の反応度の時間変化と、これに対応する制御棒操作例を
示すグラフ、第５図は従来の炉心反応度監視による臨界
近接時の制御棒操作例を示すグラフ、第６図は中間領域
モニタの出力を利用した本発明の一実施例を示すブロッ
ク図、第７図は本発明の中性子密度信号換算機構におけ
る換算処理例を示すフローチャート、第８図は炉心外に
引抜かれた中性子源領域モニタの出力を利用した本発明
の一実施例を示すブロック図、第９図は本発明の平均化
処理機構における補正中性子密度信号を得るプロセスの
実施例を示すフローチャート、第10図は原子炉出力と本
発明で利用する領域モニタとの関係を示すグラフ、第11
図は従来の反応度監視装置の一実施例を示すブロック
図、第12図は臨界超過時の中性子源モニタによる対数計
数率の制御棒引抜操作中断後の時間変化を示すグラフ、
第13図は未臨界時の中性子源モニタによる対数計数率の
制御棒引抜操作中断後の時間変化を示すグラフである。１……原子炉２……炉心３……炉内検出器４……中性子密度測定装置５……時系列データ記録装置６……反応度計算装置７……CRT画面８……増幅器９……対数変換回路 10……サンプリング処理機構 11……平均化処理機構 12……ゲイン調整器 13……自乗平均回路 14……位相反転器 15……中性子密度信号換算処理機構 16……中性子密度信号選択機構 20……対数計数率信号 21……サンプリング周期信号 22……中性子密度信号 23……バイパス信号 24……炉内検出器挿入状態信号 25……平均中性子密度信号 26……時刻信号 27……レンジ信号 28……中間領域モニタ出力信号 29……中間領域モニタ指示信号 30……換算中性子密度信号 31……補正中性子密度信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中性子束レベルを計測する複数の原子炉内
検出器からの出力信号をサンプリングし平均化処理して
平均中性子密度信号を出力する中性子密度測定装置と、
この中性子密度測定装置からの最新の一定時間の平均中
性子密度信号を時系列データとして記録する時系列デー
タ記録装置と、この時系列データ記録装置から中性子密
度信号のデータ群を入力して最新の中性子密度信号の最
確値を関数近似により算出し、外部中性子源値を求め
て、この外部中性子源値と関数近似により修正された前
記中性子密度信号を一点炉近似動特性方程式に適用して
炉心の反応度を実時間で算出する反応度計算装置とから
成ることを特徴とする原子炉反応度監視装置。
【請求項２】外部中性子源値は、原子炉が未臨界定常状
態時に拡散方程式に基づく炉心計算の固有値から求めた
炉心反応度と、前記関数近似により修正された中性子密
度信号を一点炉近似動特性方程式に用いて得られる反応
度とが一致するようにして求められる特許請求の範囲第
１項記載の原子炉反応度監視装置。
【請求項３】外部中性子源値は、炉心状態の変数として
原子炉の炉水温度と炉心平均制御棒密度と炉心平均ゼノ
ン濃度と炉心平均燃焼度を変化させて予め拡散方程式に
基づく炉心計算を行なって得た固有値のテーブルから、
現状の原子炉炉水温度、炉心平均制御棒密度、炉心平均
ゼノン濃度及び炉心平均燃焼度に対応する固有値を内外
挿により求め、これより得られる炉心反応度と前記関数
近似により修正された中性子密度信号を一点炉近似動特
性方程式に用いて得られる反応度とが一致するようにし
て求められる特許請求の範囲第１項記載の原子炉反応度
監視装置。
【請求項４】中性子束レベルを計測する複数の原子炉内
検出器からの出力信号を平均化処理して平均中性子密度
信号を算出する平均化処理工程と、周期的に算出される
前記平均中性子密度信号を時系列データとして蓄積する
データ蓄積工程と、この蓄積された平均中性子密度信号
の時系列データから最新の中性子密度信号の最確値を関
数近似により算出する中性子密度修正工程と、原子炉が
未臨界定常状態時に、拡散方程式に基づく炉心計算によ
り求まる固有値から現状の炉心状態の反応度を算出し、
この算出された反応度および前記中性子密度修正工程で
修正された最新の中性子密度信号を一点炉近似動特性方
程式に適用して固定の外部中性子源値を算出する外部中
性子源算出工程と、この外部中性子源算出工程により算
出された固定の外部中性子源値を前記一点炉近似動特性
方程式に適用して前記中性子密度修正工程で修正された
最新の中性子密度信号から炉心の反応度を実時間で算出
する反応度算出工程とを有することを特徴とする原子炉
反応度監視方法。