JPS5834799B2

JPS5834799B2 - 原子炉

Info

Publication number: JPS5834799B2
Application number: JP52152851A
Authority: JP
Inventors: 信夫上杉
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-12-21
Filing date: 1977-12-21
Publication date: 1983-07-28
Also published as: JPS5486091A

Description

【発明の詳細な説明】この発明はたとえば高速炉の炉心部内核燃料集合体の上
端面と炉上部機構とのギャップを検出する超音波装置を
具備した原子炉に関する。

高速炉においては、炉運転中に炉心部内燃料集合体が浮
き上がったり、あるいは、炉停止時に制御棒が駆動装置
から完全に切り離されない可能性がある。

この二つの原因によって炉心部と炉上部機構が機械的に
つながったままである可能性がある。

一方、燃料交換時には、燃料交換機を炉心上部で使用す
るために、炉心上部機構を移す必要がある。

この時、上記二つの原因によって炉心上部機構が炉心部
とつながっていると、燃料集合体や制御棒あるいは炉上
部機構下端部の計測センサを破損する事故が生じる。

そのため、炉心部と炉上部機構の間にすき間（ギャップ
）のあることを検出する必要がある。

従来は、冷却材として使用される液体ナトリウム中の超
音波の伝ばんを利用した方法が提案されている。

第１図にこの種の原子炉の構成を示す。１は、炉容器で
あり、この炉容器１の開口部は回転フラグ２によって気
密に閉塞されている。

炉容器１内には複数本の核燃料集合体が植列配置されて
構成された炉心部３と、制御棒を操作する時に供される
炉上部機構４とが設けられている。

炉心部３は、炉心５とそれを取りまくブランケット部６
とから構成されている。

また炉容器１内は液体ナトリウムで代表される冷却材７
が炉容器の下部から上部へ図中実線矢印Ａ、Ｂで示す
ように流通するようになっている。

なお図中８は浮き上がった燃料集合体のハンドリングヘ
ッド部を示している。

そして、前記炉心部３の斜上方位置には超音波の送信と
受信を行なう超音波トランスジューサ１０と音響反別体
９とが設けである。

この反別体、９は第２図Ａに示したように片面に直角３
角形状の溝■〜■が設けられた板状体であって、炉容器
１の内面に沿い超音波トランスジューサ１０に片面を傾
けて対向配列されている。

このような構成において、炉心部３と炉上部機構との間
のギャップ検出法の原理は以下のとおりである。

すなわち、発信装置１１によって超音波トランスジュー
サ１０は励振され、超音波パルス１７を冷却材７中へ放
躬する。

超音波１７はギヤツブＧ中を伝ばんして音響反則体９に
達し、反則されてトランスジューサ１０へもどってくる
。

この時キ゛ヤップＧ中に浮き上がった燃料集合体８があ
ると、反則体９からのエコーは弱くなり、トランスジュ
ーサ１０の出力電圧は小さくなる。

この関係を利用して、トランスジューサの出力電圧の値
からギャップＧの大きさを検出するものである。

トランスジューサ１０は、駆動装置１４の回転軸１６に
設置さへ制御装置１５によって、水平面内で回転される
。

そして、トランスジューサ１０からの出力電圧と、駆動
装置１４からのトランスジューサ回転位置信号とを信号
処理装置１２で信号処理し、表示装置１３に導ひいて、
炉心部全体のギャップ値が検出できるようになっている
。

このような装置において、反則体９には、片面に例えば
第２図Ａに示したように直角三角形断面の溝ないしは半
球面状断面の溝を有する板体が多数が用いられている。

鏡面反則板を使用しないで、たとえば第２図Ａに示すよ
うに超音波の入射方向に対して角度θ傾けて反則板９を
用いるのは、反則体９の設定誤差が大きく設定されても
支障なくできる利点を有するからである。

しかしながら以上の装置においてトランスジューサより
バースト波の超音波を放躬し、反則板からのエコーを受
信し、このピーク値を唯単に検出してギャップ値を求め
ていたので、燃料集合体の浮上に関係しないエコーもピ
ーク値として検出してしまい検出ギャップの最小値は大
きく、例えば正常なギャップが５０ｍｍの場合には最小
のギャップは３０ｍｍにもなる。

したがって、この検出ギャップの最小値を下げることが
強く要望されている。

この発明の目的は、上記の要望を満たすためになされた
もので上記装置の信号処理方式を改善することによって
、上記目的を遠戚した安全な原子炉を提供することにあ
る。

すなわち、この発明は炉容器内に収納された炉心と、こ
の炉心の上端部近傍に設けられ炉心の上方を横断する超
音波信号を送出する超音波送受信器と、この超音波送受
信器を所定角度回転させる手段と、前記炉心の上端部近
傍でかつ前記超音波送受信器に対向した位置に設けられ
た反則体と、前記超音波送受信器を電気的に付勢する手
段と、反則体からの受信信号のエネルギーに比例した出
力信号を得るための手段と、この出力信号を前記超音波
送受波器の走査スパンと同期して表示する手段とを具備
し、特に、前記反則体からの受信信号のエネルギーに比
例した信号と、基準状態における反則体からの受信信号
のエネルギーに比例した信号との差に比例した出力信号
を得る手段と、この出力信号を前記超音波送受波器の回
転角度位置と同期して表示する手段とを具備したことを
特徴とする原子炉である。

以下この発明に係る原子炉の１実施例を第２図から第４
図を参照しながら説明する。

第３図はこの発明の要部であるトランスジューサ１０お
よび駆動装置から発信された信号を処理する信号処理装
置１２をブロック図的に示すもので、図中、２２はアン
プ、２３はＡＭ検波器、２４は積分器、２５はカウンタ
、２６はＤ／Ａ変換器である。

この信号処理装置１２ではトランスジューサ１０からの
信号は、ＭＨｚオーダの周波数をキャリヤとするバース
ト波形であるが、これをアンプ２２で増幅し、その後エ
ンベロープ波形にＡＭ検出器で変換し、これを積分して
表示装置１３へ導く。

一方、トランスジューサ１０の位置信号は、駆動装置１
４からディジタル信号として送られ、カウンタ２５でカ
ウントしてカウント数に応じたアナログ信号にＤ／Ａ変
換器２６で変換し、表示装置１３へ導くようになってい
る。

さて、トランスジューサ１０より、バースト波の超音波
を放躬し、反則板９からのエコーを受信し、ＡＭ検波す
ると検波後のエコーは第２図りで示すパルス波形のよう
になる。

第２図は本発明に係る原子炉の反則板と反則波と対応関
係を示すもので、図中Ａは原子炉容器内壁に設けられた
反則板のユニットを示す横断面図、Ｂは浮き上った核燃
料集合体の概略を示す横断面図、Ｃは超音波ビームの振
幅分布図、Ｄは核燃料集合体が正常に配列されている場
合を示す反則板からのエコーを示す図で、Ｓｌは溝のに
、Ｓ２は溝Ｉに、Ｓ３は溝多に、Ｓ４は溝ａにそれぞれ
対応したエコーを示している。

Ｅは燃料集合体が浮き上った場合の反別板からのエコー
を示している。

第２図から明らかなように反則板９は超音波ビーム１８
の進行方向に対して垂直な位置から角度θをもって設置
し、直角三角溝■〜■の互いに隣接する直角三角溝の距
離差を超音波のパルス長の１／２以上とれるように傾け
る。

そうすると第２図りに示すようにビーム１８に対する反
射板９の台溝■〜■に対応するエコーＳ１１、Ｓ２１、
Ｓ３１、Ｓ４１、が得られる。

第２図りは燃料集合体が浮き上がっていない時の受信信
号であるが燃料集合体が浮き上がると、反射板９の溝■
、■は、影になるため、第２図Ｅに示すようにエコーレ
ベルはエコーＳ２２、Ｓ１２のように減少する。

なお、従来のピーク検出値によって燃料集合体の浮き上
がり（あるいは、ギャップ）を測定するものにおいては
単にピーク値のみに着目している為第２図Ｅに示す状態
では、エコー８３のレベルが８３２二８３１を検出して
しまい、浮き上がった燃料集合体には無関係な信号から
ギャップ値を求めることになる。

即ち従来のピーク検出法では第２図り、Ｅに示すよう
にトランスジューサで多数のパルス状の信号が受信され
るが、そのうちで最もレベルカ塙いエコーでギャップ値
を検出しており、この為燃料集合体の浮き上がりがない
時ピークレベルを示したエコーＳ１は浮き上がりが発生
すると浮き上がり量（またはギャップ値）に比例してそ
のレベルＳ、２が減少を示す。

さらに浮上が進み、燃料集合体の浮き上がりに無関係な
エコーのうちレベルが最高のエコーＳ３のレベルＳ３２
よりもエコーＳ１のレベルＳ１２が小さくなると浮き上
がり量に無関係なピーク値であるエコーＳ３のレベルＳ
３２を検出することになる。

このように浮き上がり量を検出するエコーレベルのピー
ク値は初めは浮き上がり量に比例して減少を示す力＼途
中から第４図に点線で示すピーク検出法のエコーレベル
のように一定値（この場合はエコーＳ３のレベル）に漸
近することになって、エコーＳ３のレベルＳ３２で最小
検出ギャップ値が規定されてしまうこととなっていた。

これを第４図に示す。すなわち、ピーク検出法では、浮
き上がり量Ｕ力＼ｕｌｌＪ上では、受信信号レベルは低
下しないため最小検出ギャップ値ｇにＧ−１１となる。

この値は、正常ギャップ値Ｇ＝５０ｍｍに対し、ｇ
ｔ＝３０ｍｍにもなる。

しかしてこの発明は、この最小検出ギャップの値を小さ
くすることにありその原理は燃料集合体などギャップに
障害物がない時のエコーＳ１・・・Ｓ４のエネルギーの
和は一定であることを利用している。

すなわち、である。

今、第２図りおよびＥのエコーに対して積分値の差△■
を求めるとこれを、ギャップｇと浮き上がり量Ｕ（第１図）を用い
て書くと、となる。

この式は燃料集合体が浮き上がったことによりエコーの
エネルギの一部がトランスジューサにもどってこす、こ
のもどってとないエネルギ量を求めているものであり、
左辺は「浮き上がっていない時のエコーＳ１のエネルギ
／Ｓ□ｌｄｔと浮き上がった時のエコー８１のエネルギ
ｆ８１２ｄｔとの差」を求めている。

右辺は「浮き上がりがなくギャップがＧである時のエコ
ー８１のエネルギのうち、浮き上がりによってマスクさ
れるエネルギがそのうちの浮き上がり量Ｕ分に相当する
ものであり、これが、はぼ比例するものとして近似」さ
せて求めている。

即ち、エコー８１の全エネルギｆＳ１１ｄｔの・うちの
ｕ／Ｇ＝ｕ／ｇ＋ｕがエコーとして検
出されない分として右辺は成立している。

またエコーＳ２゜Ｓ３．Ｓ４についても、反則板構■、
■、■、■とトランスジューサと燃料集合体の位置関係
によって、燃料集合体での音波の回折現象のエコーレベ
ルへの寄与の程度が異なることにより、エコーＳ１で成
立する上式がそのまま同一の関係で成立するものではな
いが、上記回折現象については無精可能な為、Ｓ２．Ｓ
３．Ｓ４でエコーのエネルギ減少は浮き上がりによると
して近似すれは、次式が成立する。

ｇ＋ｕ＝Ｇ、積分値は一定であるから△■は浮き上がり
量Ｕに比例することになる。

積分値■はＩ＝Ｉ −△Ｉ＝ＩｏＫｕここでｋは、一定値で比例係数である。

これを第４図に示すと実線（積分法）となり、■／■ｏ
の値は、ギャップ値と完全に対応し、最小検出ギャップ
値はＯとなる。

また、△■で示せば二点鎖線のようになり、最小検出ギ
ャップはＯとなる。

以上述べたようにこの発明によれば積分法による積分回
路を設けて信号処理することにより、炉上部機構の下端
面と浮き上った核燃料集合体のハンドリングヘッドの上
端面とのギャップを最少限界幅まで検出でき、したがっ
て、 ■ 最小検出ギャップ値が小さくなったので一原子炉の
稼動率がよくなる。

■ 原子炉の保守、点検が、安全かつ迅速に行なえるな
どの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの種原子炉を概略的に説明するための構成国
、第２図は、この発明に係る原子炉の反射板と反射波と
の対応関係を説明するための断面図および分布図、第３
図はこの発明の信号処理装置を示すブロック図、第４図
はこの発明とピーク値検出法における超音波エコーレベ
ルと燃料集合体の浮き上り量との関係を比較して示すグ
ラフである。１・・・炉容器、２・・・回転プラグ、３・・・炉心台
に４・・・炉上部機構、５・・・炉心、６・・・ブラン
ケット部、７・・・冷却材、８・・・浮き上がった燃料
集合体、９・・・音響反剖体、１０・・・超音波トラン
スジューサ、１１・・・発信送置、１２・・・信号処理
装置、１３・・・表示装置、１４・・・駆動装置、１５
・・・制御装置、１６・・・回転軸、１７・・・超音波
、１８・・・超音波ビームのエンベロープ、２２・・・
アンプ、２３・・・振幅検波、２４・・・積分器、２５
・・・カウンタ、２６・・・Ｄ／Ａ変換器。

Claims

【特許請求の範囲】

１炉容器内に収納された炉心と、この炉心の上端部近
傍に設けられ炉心の上方を横断する超音波送受信器と、
この超音波送受信器を所定角度回転させる手段と、前記
炉心の上端部近傍でかつ前記超音波送受信器に対向した
位置に設けられた反別体と、前記超音波送受信器を電気
的に付勢する手段と、反別体からの受信信号を処理して
出力信号を得る信号処理手段と、この出力信号を前記超
音波送受信器の走査スパンと同期して表示する表示手段
とを具備した原子炉において、前記信号処理手段が前記
反別体からの受信信号のエネルギーに比例した信号と、
基準状態における反別体からの受信信号のエネルギーに
比例した信号との差に比例した出力信号を得るための積
分回路を有し、前記表示手段が前記出力信号を前記超音
波送受波器の回転角度位置と同期して表示する手段であ
ることを特徴とする原子炉。