JPS5892994A - 照射燃料の増倍率測定法 - 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】 発明の技術分野 本発明は、燃料集合体、特に原子炉内で使用され中性子
照射を受け、燃料の組成が正確にはわからな（なってい
る照射燃料集合体の中性子増倍率測定法に係る。

発明の技術的背景とその問題点 照射燃料集合体は原子炉から取出した後、燃料貯蔵プー
ル内の燃料貯蔵ラックに収納して貯蔵される。燃料交換
時や貯蔵ラックにおける未臨界性は、安全性確保の点で
きわめて重要であるため、十分余裕を持った未臨界性が
得られるようにしなければならない。

ところが、照射燃料集合体の燃料組成は、未使用燃料集
合体のそれとは大きく異っており、実際にはどのような
組成、核特性となっているかは不明である。核特性につ
いて核設計計算によって理論値は与えられるものの、そ
れがどの程度実際の核特性に合致するか否かも不明であ
る。

従って、従来は核特性の理論値による未臨界性に対し過
分の未臨界性を確保していた。そのため、燃料貯蔵ラッ
クの燃料貯蔵数は、理論的に貯蔵し得る数よりかなり少
い数に定められていた。

上記のような状態であるから、照射燃料集合体の中性子
増倍率を実測し得、これにより設計コードの信頼性を評
価できることが望まれる。

ところが、照射燃料集合体の中性子増倍率の測定法につ
き、従来から種々提案されているものの、それらは作業
性が悪かったり、測定精度が低かったりで実用化の見通
しは立っていない。

発明の目的 本発明は上記の事情に基きなされたもので、作業性よく
しかも高精度で測定し得る照射燃料集合体の中性子増倍
率測定法を得ることを目的としている。

発明の概要 本発明においては、水中に配置された照射燃料集合体を
はさんで、一方の側に中性子源を他方の側に中性子検出
器を配置して中性子を検出計測して中性子束φ８を求め
、ｋｅｆｆ既知の少くとも２種の校正用集合体、すなわ
ちｋｅｆｆの大巾に異る２種の未照射燃料集合体、また
はｋｅｆｆ既知の未照射燃料集合体とダミーロッドを水
と共にチャンネルボックス内に収容し中性子移動面積を
模擬した模擬燃料集合体について、前記と同様の測定を
行い、得られた測定値と１から増倍率ｋｅｆｆを差引い
た値すなわち（’　　”ｅｆｆ　）が双曲線関係にある
ことを利用して、比例係数α、βを決定し、次式から、
ｋｅｆｆを求める如くして前記目的を達成している。

発明の実施例 以下、本発明を実施例につき説明する。第１図において
水中に配置された照射燃料集合体Ｆの断面中心を通り、
燃料集合体の側面に平行な直線上に位置して、燃料集合
体Ｆの一側には中性子源Ｓを、他側には中性子検出器り
をそれぞれ配置する。

それらの燃料集合体Ｆ側面からの距離は、理論計算によ
れば３〜６ｃｍに定めるのを可とする。

中性子検出器りの１１位置における中性子束φは、中性
子源Ｓが存在しない場合に燃料集合体Ｆ内部の内部中性
子源によって形成される中性子束φ。

と、外部中性子源Ｓによって形成される中性子束φ８と
の和であり、 φ＝φ０＋φ８　・・・・・・・・・・１旧・・・・・
旧旧・・（１）となる。

而して、 ただし、 Ｓｏ　・・・内部中性子源強度（自発中性子放出率） ｋｅｆｆ・・・（実効）増倍率 γ・・・比例係数 また、 ただし、 Ｓ・・・外部中性子源強度 α、β・・・比例係数 である。

なお、式（８）中、右辺第１項は外部中性子源が燃料集
合体Ｆ内に分散しているのではなく、外部に局在してい
ることによって生じる補正項である。

第２項は、外部中性子源Ｓからの中性子が燃料集合体Ｆ
内に入り、内部中性子源からの中性子と同様の挙動によ
って増倍にあやかり、あるいはもれ出したり、無駄に吸
収されて削減したりする結果形成される中性子束である
。なお、式（８）中のαの値は中性子検出器りの位置で
は負となり、中性子源Ｓ近傍の位置では正となるなどし
て、場所によって変化する。

式（２）、同（８）の何れからも中性子束と増倍率の関
係が求められるように見えるが、実際は照射燃料集合体
にあっては、増倍率が同一値であっても中性子束φ０の
値は一定せず、しかもそれは経時的に変動するものであ
るから、式（２）から前記の関係を求めるのは困難であ
り、式（８）から求めるのが好適である。

而して、式（８）中α、β、Ｓは定数であるから、φ８
は（”ｅｆｆ　）と双曲線関係にあることがわかる。ま
た、当然のことながら１／φ８も双曲線関係にある。も
し、１α１（１β１であれば、１／φ８は（１−ｋ８Ｈ
）に比例する。また、ｋｅｆｆが１に近づく場合も式（
８）の右辺−１項が無視できるようになるので、１／φ
８は（”ｅｆｆ　）にほぼ比例するものと見てよい。

第１図に示し°た系において、燃料集合体の組成を種々
に変えて、二次元拡散計算を行って、１／φ８と（１−
ｋｅｆｆ）との関係を求めた結果を第２図に示す。

この図において、実線の曲１１１Ａは中性子検出器Ｄ、
外部中性子源Ｓを第１図の通り燃料集合体Ｆをはさんで
配！した場合であり、二点鎖線の曲線Ｂは中性子検出器
りを外部中性子源Ｓの近傍に配置した場合である。この
図から曲線Ａ、Ｂ何れも、１／φ８は（１−ｋｅｆｆ）
に対して原点を通る双曲線関係にあることがわかる。な
お、曲線Ａにおいて、燃料集合体のｋｅｆｆの範囲であ
る０、　４〜０．７に対し、曲線Ａの勾配が曲線Ｂのそ
の範囲の勾配より大きく、曲線Ａの配置の方が検出感度
がよいことがわか゛る。

さらに、第１図に示す中性子源Ｓ１燃料集合体Ｆ、中性
子検出器りの配置において、中性子源Ｓ１中性子検出器
りが燃料集合体２表面から適切な距離（計算例によれば
５　ｃｍ　）の位置の時、測定値に燃料集合体Ｆ内の組
成、および組成分布め影響は殆んど観測されず、ただｌ
／φ３は（”　−ｋｅｆｆ　）と原点を通る双曲線関係
を示す。しが“も、この双曲線の外挿値はｋｅｆｆ　”
＝　００時、鉄やステンレス鋼を用いて構成した模擬燃
料集合体、特に中性子移動面積を模擬した燃料集合体を
配置した体系の計算値と概略一致することがわかった。

このことは、組成が正確にわかっており、ｋｅｆｆが正
確に算出し得る燃料集合体を２体使用して、比例係数α
、βを決定できることを示す。

よって、本発明においては、第１の校正用集合体として
未照射燃料集合休（組成分布はほぼ任意であってよい）
を使用し、第２の校正用集合体として中性子移動面積を
模擬した鉄やステンレス鋼を用いて構成した模擬燃料集
合体を使用する。中性子検出器りが集合体表面から５ｃ
Ｉｎもはなれれば、熱中性子移動距離は必ずしも合せる
必要ない。

上記の２つの校正用集合体を用いて、それぞれの集合体
につきφＳを測定上、１／φ８を求め第２図に示す双曲
線関係から、比例係数α、βを決定し、工／φ８と（”
　　’ｅｆｆ　）の相関式を求める。

上記の相関式および照射燃料集合体ＰＫ、おける１／φ
８から”　ｅｆｆ従ってｋｅｆｆを求めることがモきる
。

第３図は、第２の校正用集合体を示している。

チャンネルボックス１はジルカロイまた」まアルミニウ
ム製とし、チャンネルボックス１内には通常の燃料集合
体における燃料棒配置と同一配置で、燃料棒と同径のＳ
ＵＳ、　Ａｔ、　Ｆｅ封入棒等の材料から成るダミーロ
ッド２が収容されている。□なお、この集合体の軸長は
断面の１辺の約３倍程度とし、チャンネルボックス内に
は水がみたされている。

上記から明らかなように、本発明によればへ第１、第２
の校正用集合体による測定を行ってα。

βを決定しておけば、第１図の配置における照射−燃糾
集合′体の測定を行い、その測定値か、らｋ。ｆｆを求
めることができる。

なお、ｋｅｆｆが大巾に異゛る未照射燃料集合体が使用
し得るのであれば、ダミ−ロッドを塔載した第２の校正
用集合体を準備することなく、前記燃料集合体を第１．
第２の校正用集合体として本発明を実施することができ
る。

発明の結果 本発明によれば、燃料組成不明の照射燃料集合体のｋｅ
ｆｆを実測により求めることができるので、それにより
設計コードの信頼性を評価することができ、例えば燃料
貯蔵ラックにおいて未臨界性確保のため、今まで過分に
とっていた呆臨界性確保のための余裕を切りつめること
ができ、同一寸法のラックで従来より余分の燃料を貯蔵
し得るようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の平面図、第２図は１／φ８と
（”　　”ｅｆｆ　）の関係を示す線図、第３図は校正
用集合体の平面図である。 Ｓ・・・中性子源、　　　　Ｆ・・・照射燃料集合体、
Ｄ・・・中性子検出器 出願代理人　弁理士　菊　池　五　部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水中におかれた燃料集合体の一方の側面に中性子源を他
   方の側面に中性子検出−をそれぞれ配置して中性子束φ
   、を求め、ｋｅｆｆ既知の少くとも２種類の校正用集合
   体により前記と同様の測定を行い、これら校正用集合体
   の測定艦が１から増倍率ｋｅｆｆを差引いた値（１−ｋ
   ）と双曲線関係にあることを利用して、比例係数α、β
   を定め次式から、ｋｅｆｆを求めることを特徴とする照
   射燃料集合体の増倍率測定法。