JPS5921112A - 広域用前置増幅器 - 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〕 本発明は原子炉圧力容器内からの広域の中性子束検出信
号を増幅する広域用前置増幅器に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に原子炉圧力容器内の中性子束レベルは広い測定レ
ンジを持っている。たとえば、沸騰水形原子炉（以下Ｂ
ＷＲと相称する）の場合、１１桁の測定レンジを持って
おり、このため１つの測定手段で測定することは技術的
に困難である。そこで、一般に３つの測定手段を組合せ
て使用している。（１）その１つは低中性子束レンジ（
起動系領域）による測定手段である。この場合は炉出力
が計数率に比例するので、低レンジ６桁を用いてパルス
計数による計数による計数率を求めて中性子束レベルを
測定している。

（２）次に、中間中性子束レンジ（中間系領域）による
測定手段である。この場合は炉出力が自乗平均値に比例
することに着目し、キャンベル法を用いて測定する。つ
まり、検出器出力信号の交流成分の実効値又は自乗平均
値を用いてキャンペルの理論によって測定するものであ
る。（３）高中性子束レンジ（出力糸領域）による測定
手段である。この場合は炉出力が直流に比例することに
着目し、検出器からの直流電流を測定するものである。

次に、検出器について述べる。従来のＢＷＲでは、起動
系検出器４個、中間検出器８個、出力系検出器１００〜
２００個をそれぞれ炉心内に設置し、かつこれらの系ご
と別種の検出器をそれぞれ炉心内の別位置に設けて中性
子束レベルを測定している。

このように従来のＢＷＲは系ごとそれぞれ異なる検出器
を用いて中性子束を測定するものである。以下、図面を
参照しながら説明する。先ず、パルス測定系はパルスを
計数するものであるが、第１図に示すようにパルス測定
系検出器１とパルス用プリアンプ２との間の同軸ケーブ
ル３を接続しているが、このケーブル３を短かくできな
いためケーブル容量は２０００〜５０００ＰＦと非常に
大きい。このため高計数率の測定を行なう場合、パルス
用プリアンプ２を入力抵抗Ｒ１にて低入力インピーダン
スとして受けている。また、同軸ケーブル３が長いと、
信号反射が生するので同軸ケーブル３とプリアンプ２と
を整合する必要がある。

一方、中間測定系の場合は、パルスの計数ではなく入力
電流の交流成分の実効値を２乗したものを測定するもの
であり、信号レベルが非常に小さいため低ノイズ測定と
する必要がある。

第２図はその構成を示し、中間測定系検出器５３他端に
入力回路６を介して高入力インピーダンス型低ノイズの
キャンベル用プリアンプ（電圧アンプ）７を接続してな
る構成である。このアンプ）は例えば５〜１０ｋΩ程度
の入力インピーダンスを持つ低ノイズ電圧型のアンプで
ある。

従って、以上のような特性上の差異から明らかなように
パルス信号とキャンペル信号とを同一の測定装置を用い
て測定することは非常に困難である。つまり、両測定検
出器に同一のものを使用しかつ各々の系の測定に対する
要求を満足させながらパルス用信号とキャンペル用信号
とを分離させることは技術的に非常に難しく、さらに両
領域のオーバラップを十分とることも困難であり、レン
ジ切換えも難かしい。

また、従来のワイドレンジモニタ装置は、第３図に示す
ようにワイドレンジモニタ用検出器８に同軸ケーブル３
および抵抗ＲＨ、コンデンサＣ３よりなる入力回路ｇを
介して１個のワイドレンジプリアンプ１０を接続したも
のがある。

このプリアンプ１０は低入力インピーダンスの低ノイズ
型のものである。

ところで、この構成のものは、プリアンプ１０の入力抵
抗をＲｉｎとすると、この入力抵抗Ｒｉｎの熱雑音によ
りアンプ入力換算ノイズを小さくすることができない。

今、入力換算ノイズをｅｎ（ｒｍｓ）とすると、 で表わされる。ｋはポルツマン常数であって１．３８０
４×１０−２３ｊｏｕｌ／°Ｋ、Ｔは抵抗の絶対温度（
°Ｋ）、Ｂはアンプ帯域幅（Ｈｚ）、Ｒｉｎは入力（信
号源）抵抗（Ω）である。

この時の入力換算ノイズ電流ｉｎ（ｒｍｓ）は、となる
。従って、Ｒｉｎが定まれば、検出器８からの信号電流
は（２）式以下の時にＳ／Ｎ分離できなくなって測定不
能となる。この現象を実例を上げて説明すると次のよう
になる。すなわち、前記プリアンプ１０では低入力抵抗
（抵抗値５０Ω）であるため入力換算ノイズ電流ｉｎ（
ｒｍｓ）が大きくなる。したがって、従来の中間測定系
（入力抵抗値１０ｋΩ）に比べてＳ／Ｎ（ＲＭＳ）特性
が１４倍程度悪化する。このためキャンベル測定では実
効値の２乗に炉出力が比例するため、炉出力の測定誤差
は２００倍に増大する。

従って、１つの低入力インピーダンスのプリアンプ１０
で両レンジをカバーしかつ信号分離可能な状態で出力す
ることは非常に難しく、例えばパルス測定計を１０６Ｃ
ＰＳ以上計数可能にするか、検出器８からの信号を大き
くするか、あるいは測定系全体のノイズを大幅に減らす
必要があるが、これらは何れも困難である。特に、第３
図は初段の広帯域プリアンプがパルス信号およびキャン
ペル信号の両方を同時に増幅するものであるが、前述し
たようにパルス計数に対する配慮よりプリアンプ１０を
低入力インピーダンスとする必要があるが、これが結果
としてキャンペル測定系においてＳ／Ｎ比を悪化する原
因となる。

このような不具合を解決するために次のようなワイドレ
ンジモニタ装置が開発されている。

第４図において２０はワイドレンジモニタ用検出器であ
って例えば核分裂計数管を用いる。

この検出器２０の出力側には同軸ケーブル２１を介して
低入力インピーダンス形高周波数帯域増幅可能なパルス
アンプ２３と高入力インピーダンス形低ノイズ中間周波
数帯域増幅可能なキャンベルアンプ２４とが接続されて
いる。そして、パルスアンプ２３の入力端子には結合コ
ンデンサＣ４、入力抵抗ＲＨが接続されており、高入力
インピーダンスで検出信号を受けるように構成されてい
る。また、キャンベルアンプ２４の入力端子には結合コ
ンデンサＣ５、入力抵抗ＲＨが接続されており、低入力
インピーダンスで検出信号を受けるように構成されてい
る。

而して、以上のような装置によれば、ワイドレンジモニ
タ用検出器２０から出力せられた中性子束信号は同軸ケ
ーブル２１を介して所定場所に伝送された後、同軸ケー
ブル２１端部に接続される入力回路２２によって周波数
帯域を分ける。そして、パルス測定系では、高周波信号
成分のみパルスアンプ２３により低インピーダンスで受
けて増幅し、キャンベル測定系では、中間周波数帯成分
のみキャンベルアンプ２４により高入カインピーダンス
で受けて増幅すると、Ｓ／Ｎ比を上げて中性子束を測定
できる。

なお、アンプ２３、２４は具体的には第５図のような特
性を有するものとする。同図においてｆＣＯはキャンベ
ル信号中心周波数、ｆＣＬおよびｆＣＨはキャンベル信
号の下限および上限周波数、ｆＰＯはパルス信号中心周
波数、ｆＰＯおよびｆＰＨはパルス信号の下限および上
限周波数である。従って、例えば入力回路２２の結合コ
ンデンサＣ４は、パルス信号の帯域に合せて第５図から
により決めれば、パルス 信号を十分通過させうる。Ｒ４はパルスアンプ２３の入
力抵抗である。この時、中間周波数帯のキャンベル信号
（イメン電流）成分は十分小さいので、パルス波高弁別
により十分除去できる。

また、キャンベルアンプ２４は、キャンベル信号（イメ
ン電流成分）に適した高入力インピーダンス型中間周波
数帯アンプであり、その入力抵抗Ｒ５は、 により決めれば、キャンベル信号は高インピーダンス入
力でＳ／Ｎ比より検出器キャンベル成分（イオン電流成
分）を分離できる。パルスアンプ側からのノイズの影響
は、結合コンデンサＣ４、キャンベルアンプ２４の周波
数特性により十分除去できる。

このとき、キャンベル系出力信号の大きさＳに対する出
力のゆらぎ量σｓの割合すなわちゆらぎ率Ｉ′を求める
と となる。（３）式においてｒは後段に接続される回路の
一次遅れ定数であり、Ｎｎは中性子によるパルスレート
（ＣＰＳ）である。そして、（３）式においてｆＣＬ＝
１ｋＨｚ、ｆＣＨ＝１０ｋＨｚとして一次遅れ時定数ｒ
を１ｍｓｅｃ、１０ｍｓｅｃ、０．１ｓｅｃ、１ｓｅｃ
とした場合のパルスレートＮｎ（ＣＰＳ）に対するゆら
ぎ率Ｉ′の特性を第６図に示す。この第７図からゆらぎ
率Ｉ′を２％程度以下に維持するためには前記ｒを０．
１ｓｅｃ以上にして応答時間を長くした測定を行なう必
要があることが解る。

ところが前記ｒを０．１ｓｅｃ以上に設定するとパルス
レートＮｎ（ＣＰＳ）が高くなり炉出力が急上昇する場
合に要求される短かい応答時間での測定を行なうことが
できなかった。

以上述べたように、第１の装置すなわち初段に広帯域増
幅器を用いた装置ではキャンベル系の測定範囲でのＳ／
Ｎ特性が悪化し、パルス系とキャンベル系との測定範囲
の重複領域が狭くなり信頼性に欠ける欠点があった。ま
た、第２の装置すなわち初段に帯域フィルタを用いてパ
ルス系とキャンベル系との周波数帯域を分離したもので
は、キャンベル領域におりての応答時間が長くなり、高
いパルスレート発生時に要求される短かい応答時間での
測定ができなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、原子炉圧力容器内から検出した広域の
中性子束検出信号を周波数分離し、それぞれの帯域内で
要求される条件を満たした増幅を行なうことができる広
域用前置増幅器を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明による広域用前置増幅器は、低入力インピーダン
ス形の高周波数帯域用増幅器と低入力インピーダンス形
の中間周波数帯域用増幅器と高入力インピーダンス形の
低周波数帯域用増幅器とを互いに並列に接続し、これら
に原子炉圧力容器内から検出した広域の中性子束検出信
号を入力するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

第７図ないし第８図を参照して本発明の一実施例を説明
する。第７図中３０は原子炉圧力容器内に設置された広
域用の中性子束検出器であって、この検出器３０はたと
えば核分裂計数管を使用する。検出器３０の出力側には
同軸ケーブル３２を介して広域用前置増幅器３４が接続
されている。

この広域用前置増幅器３４には低入力インピーダンス形
高周波数帯域用漕幅器であるパルス系用増幅器３６と、
低入力インピーダンス形中間周波数帯域用増幅器である
中間周波数用キャンベル増幅器３８と高入カインピーダ
ンス形低周波数帯域用増幅器である低周波用キャンベル
増幅器４０とが互いに並列に接続されている。

そして、これら各増幅器３６、３８、４０には前記検出
器３０からの検出信号が入力されるように構成されてい
る。

前記パルス系用増幅器３６の入力端子には結合コンデン
サＣ６（容量：ｃ６）と入力抵抗Ｒ６（抵抗値：ｒ６）
とが直列に接続されている。これらコンデンサＣ６、抵
抗Ｒ６による入力インピーダンス値をＺ６とするとＺ６
は（ｊ２＝−１、ω＝２πｆ、ｆ：周波数）となる。そ
して、抵抗ｒ６、容量ｃ６はｆ≧１ＭＨｚの高周波数帯
域でＺ６が最小、すなわちＺ６≒ｒ６となるように設定
されており、かつｒ１は同軸ケーブル３２の特性インピ
ーダンス値と整合するように設定されている。

また、前記中間周波数用キャンベル増幅器３８および低
周波数用キャンベル増幅器４０の入力端子にも同様に結
合コンデンサＣ７、Ｃ８（それぞれ容量：ｃ７、ｃ８）
と入力抵抗Ｒ７、Ｒ８（それぞれ抵抗値：ｒ７、ｒ８）
とが直列に接続されている。前記増幅器３８の入力イン
ピーダンス値をＺ７、増幅器４０の入力インピーダンス
値をＺ８とすると、Ｚ７、Ｚ８は前記（４）式と同様に
算出される。そして、抵抗値ｒ７、容量ｃ７はｆ≒１０
０ｋＨｚの中間周波数帯域でＺ７が最小となるように設
定されている。また、抵抗値ｒ８、容量ｃ８は１ｋＨｚ
≦ｆ≦１０ｋＨｚの低周波融帯域でＺ８が最小となるよ
うに設定されている。

前記各増幅器３６、３８、４０の後段には帯域アンプ４
２、４４、４６を介してそれぞれパルス測定糸５０、中
間周波数帯域用キャンベル測定系５２、高周波数帯域用
キャンベル測定系５４が接続されている。

以上のように構成された一実施例の作用効果を説明する
。

まず、検出器３０から出力された信号の周波数帯域が約
１ＭＨｚ以上の場合にはこのような高周波数帯域で入力
インピーダンス値が最小のパルス系用増幅器３６へ検出
信号の大部分が入力されることになる。このとき、同軸
ケーブル３２と増幅器３６とは１ＭＨｚ以上の周波数帯
域でインピーダンス整合されている。したがって、反射
波の発生が防止され歪のない出力波形を得ることができ
る。

次に、検出器３０から出力された信号の周波数帯域が１
００ｋＨｚ程度の場合にはこのような中間周波数帯域で
入力インピーダンス値が最小の中間周波数帯域用キャン
ベル増幅器３８に検出信号の大部分が入力されることに
なる。このような場合、キャンベル増幅器３８は検出信
号を低い入力抵抗値ｒ７で入力させるのでＳ／Ｎ特性は
悪化するが検出信号の周波数帯域が１００ｋＨｚ程度と
高周波数であるため短かい応答時間でかつゆらぎ率の小
さな出力信号を送出することができる。

また、検出器３０から出力された信号の周波数帯域が約
１ｋＨｚから約１０ｋＨｚまでの場合にはこのような低
周波数帯域で入力インピーダンス値が最小の低周波数帯
域用キャンベル増幅器４０に検出信号の大部分が入力さ
れることになる。このような場合、キャンベル増幅器４
０は検出信号を高い入力抵抗値ｒ８で入力させるのでＳ
／Ｎ特性を向上させてキャンベル測定を行なうことがで
きる。したがって、検出器３０の出力信号の大きさが小
さい場合でも十分精度よく増幅することができる。よっ
て、前記パルス測定系５０の測定範囲と低周波数帯域キ
ャンベル増幅器５４の測定範囲とを十分オーパラップさ
せて測定の信頼性を向上させることができる。

第８図に以上の広域用前置増幅器３４を用いた場合の前
記中間周波数帯域用キャンベル測定系５２と低周波数帯
域用キャンベル測定系５４との出力信号のゆらぎ率Ｉ′
の入力パルスレートＮ（ＣＰＳ）に対する特性を示す。

入カパルスレートＮ（ＣＰＳ）が１０３ＣＰＳから１０
７ＣＰＳまでの入力信号は前記低周波数帯域用キャンベ
ル増幅器４０に入力され、１０７ＣＰＳ以上の入力信号
は中間周波薮帯域用キャンベル増幅器３８に入力されて
いることが解る。したがって、低入力パルスレートでも
十分精度よく測定でき、しかも高入力パルスレートでは
短かい応答時間でゆらぎ率Ｉ′の小さなキャンベル測定
が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、原子炉圧力容器内からの広域の中性子
束検出信号を周波数帯域で３分割しそれぞれの領域内で
要求される条件を満たした増幅を行なうことができる等
その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のパルス測定系装置の構成図、第２図は従
来のキャンベル測定系装置の構成図、第３図は従来のワ
イドレンジモニタ装置の構成図、第４図は従来のワイド
レンジモニタ装置の別の一例を示す構成図、第５図は第
４図のアンプ特性を示す図、組６図は第４図に示す装置
の入力パルスレートＮに対する出方信号のゆらぎ率を示
す特性図、第７図は本発明の一実施例を示す構成図、第
８図は第７図に示す装置の入力パルスレートＮに対する
出力信号のゆらぎ率Ｉ′を示す特性図である。 ３０・・・広域用中性子束検出器、３２・・・同軸ケー
ブル、３４・・・広域用前値増幅器、３６・・・高周波
数帯域用増幅器、３８・・・中間周波数帯域用増幅器、
４０・・・低周波数帯域用増幅器、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８・
・・結合コンデンサ、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８・・・入力抵抗
。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦Ｍ１図 第４図 ｆＣＬ　　ｆｅｏイＣＨ’　　　　ｆＰＩＬ　　ｆＦ’
ｏ　ｆＰＨ川疲用（Ｈ２）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）低入力インピーダンス形の高周波数帯域用増幅器
   と低入力インピーダンス形の中間周波数帯域用増幅器と
   高入力インピーダンス形の低周波数帯域用増幅器とを互
   いに並列に接続し、これら各増幅器に原子炉圧力容器内
   から検出した広域の中性子束検出信号を入力することを
   特徴とする広域用前置増幅器。
2. （２）前記各周波数帯域用増幅器は入力端に直列に接続
   された結合コンデンサと入力抵抗とを有し、これら結合
   コンデンサの容量と入力抵抗の抵抗値とを選択すること
   により入力信号を周波数分離するものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項記載の広域用前置増幅
   器。