JPS6060593A

JPS6060593A - 原子炉の出力分布監視装置

Info

Publication number: JPS6060593A
Application number: JP58168203A
Authority: JP
Inventors: 福崎　孝治; 木口　高志; 志朗中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-09-14
Filing date: 1983-09-14
Publication date: 1985-04-08
Also published as: JPH0360077B2

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】〔発明の利用分野〕本発明は、原子炉炉心内の出力領域モニタの測定値を用
いて、出力分布を監視し、特に、最小のモニタ個数で、
必要十分な出力分布監視精度を得る方法に関する。

〔発明の背景〕

動力炉等の大型原子炉の炉心内には、複数個の出力領域
モニタが設置されている。この設置の目的の一つは、炉
心内の出力分布を監視することにより、燃料をより安全
かつ経済的に燃焼させることである。

以下、本明細書では沸とう水型原子炉（ＢＷＲ，、）を
例にとり、詳細に説明する。

第１図は、炉心の水平断面図である。燃料は燃料集合体
１という形で、炉心内に規則的に配Ｆ″されている。燃
料集合体１は、炉心最外周の一部分（図中、斜線で示し
たもの）を除き、２Ｘ２のメツシュ（図中の太線）で区
分できる。このようにして区分した燃料集合体４体から
なる正方形を、セル２と呼ぶ。第２図は、セルの１つを
取出して拡大したものである。セルの中には、前述した
ように、４体の燃料集合体１ａ〜１ｄがあり、その周囲
には４本の十字型制御棒３ａ〜３ｄがある。

凶の例では、制御棒３ｄの１本のみが部分挿入されてお
り、他の３本はすべて引抜かれている。各セルの中央に
は、炉内出力領域モニタ用のストリング４が設置可能で
ある。ストリング４の中には、２種類の出力領域モニタ
が入る。その１つは、局所出力領域モニタ（ＬＰＲＭ　
）　５　ａ〜５ｄであり、炉心の高さ方向４個所で、中
性子束を常時測定する。

他の１つは、移動式炉内計装系（ＴＩＰ）である。

ＴＩＰは、常時は炉心外に格納されており、炉心高さ方
向の連続的な中性子束分布を測定する場合のみ、導管６
内を走行する。

従来は、この’ｌ’　Ｉ　ＰおよびＬＰＲＭの測定値を
使用し、次のような方法で出力分布を監視してきた（第
３図）。

（１）ＴＩＰを走行し、各ストリングの炉心高さ方向の
連ＮＬ的な中性子束分布Ｒｏｔ、ｋを測定する。

ここで、添字ｔはストリング番号、ｋは炉心高さ方向の
ノード位置である。

通常、炉心高さ方向は２４ノードに分割し、炉底をに＝
ｌ、炉辺をに−２４としている。

（２）出力分布監視時には、その時点でのＴＩＰ測定値
に相当する値Ｒ７ｋを、次式で計算する。

Ｒｔ、に＝　ＦＬｔ、ｂ＋ΔＲ４に十ΔＲｔ、ｋ　・・
・（］）ここで、ΔＲＬ、には、Ｒ’ｔ、　ｋを測定し
た後、ストリングに隣接する制御棒が動いた影響を補正
するもので、制御棒の移動量および、ノードにと制御棒
先端との距離に応じ、あらかじめ作成しておいた定数を
用いて計算する。これに対して、ΔＲｚ、には、出力分
布監視時のＩ、ＰＲＭ徂１１定値と、（ＲＬ、に十ΔＦ
Ｌｚｋ）から計算したＬＰＲＭ測定値に相遇する値との
差から、そのつと計算する。

（３）式（１）で計算したＴ　Ｉ　Ｐ相当値Ｒｔｋから
、そのストリングｔの周囲の４無料集合体ｊ（＝１〜４
）の出力Ｐｔ４　ｋを、次式で引算する。

Ｐ　ｔ、＋、に＝　Ｆｊ−Ｒｔ、ｋ　・・・（２）ここ
で、変換係数ＦＪは、燃料集合体」の燃料タイプ・燃焼
度・減速材密度、およびストリング周囲の燃料タイプ組
合せ・制御棒挿入状態等の関数であり、あらかじめ作成
しておいた定数を用いて計算する。

（４）式（１）の補正邦−ΔＲ’ｔ、”ｋ、ΔＲン７ご
が大きくなってきｆ′ｃ場合には、ＴＩＰを走行し、Ｒ
＋４．ｋを更新する。

本方法によれば、ＴＩＰの走行を以下のように（イ）実施すれば、出力分布監視誤差　を４〜５％以下に維持
できる。

■　制御棒挿入バタンか変更された時。

■　匍」画枠挿入バタンか一足のままでも、前回のＴＩ
Ｐ走行から、炉心平均の燃焼度がＩＧＷ−ｄ／を和暦進
んだ時。

出力分布監視誤差σは、次式で定義する。

ここで、Ｒ、Ｒ：ストリングｔ、ノード４ｋ　ｔ、ｋｋのＴＩＰ測定値、計算値（平杓値１）。

Ｌ、に、：ストリング総数、ノード数。

この程度の監視誤差ならば、原子炉は十分に安全に運転
できる。しかし、以上のような方法で出力分布を計算す
るだめには、本来、すべてのセル勿に、出力領域モニタ
を内廚７したストリングが必要となる。第１図に示した
炉心では、ストリング本数は２０４本となる。しかし、
実際には、第４図に示すように５２本のストリングしか
実装されていない（図中の・印）。これは、原則として
炉心が４分の１対称で運転されることを利用するだめで
ある。４分の１対称とは、図中の１点分線を対称軸とし
て、燃料装荷バタンおよび制御棒バタンか、鏡面対称あ
るいは回転対称となっていることである。この場合には
、凍５図に一例を示すように、実装されたストリングＬ
での出力領域モニタの測定値を、他の象限の対称位置（
鏡面対称の場合にはＬ１〜Ｌ３９回転対称の場合にはＬ
１〜Ｌ３Ｒ）での仮想的な測定値として利用できる。こ
の性質を利用し、第４図の右上の象限に、他の３つの象
限に実装されたストリングを仮想的に移すと、図中にＯ
印で示すようになる。す万わち、炉心が４分の１対称で
運転されていれば、実効的に、すべてのセル毎にストリ
ングがおることになり、前記（１）〜（４）の方法で、
精度よく出力分布が監視できる。

しかし、この方法では、炉心中の全セル数の一のストリ
ング本数が必要であり、炉心が大きくなるにつれ、次の
ような問題が生ずる。

（１）　ストリング本数が多くなり、設置のためのコス
トが増大する。また、炉心内に常時置かれるＬＰＲＭが
徐々に劣化するため、ストリングは定期的に交換が必要
であるが、この交換のコストも増大する。

（ｆｔ）　ＲＸ、　ｋを測定するためにＴＩＰ走行が必
要でおるが、ストリング本数が多くなると、全ストリン
グの走行に要する時間が長くなる。ＴＩＰ走行中には、
出力分布を安定させておく必要があるので、その間、運
転融通性が低下する。

すなわち、第４図に示すように多数のストリングを配置
することは、経済性および効率の向上をはかるためには
、好ましくない。

そこで、近年、ストリング本数を減らす方法が検討され
始めている。第６図は、その方法の一例であり、第４図
に示す従来の配置から、１本置きにストリングを削減し
ている。その結果、ストリング本数は、第４図の５２本
から、半分以下の２４本になる。

しかし、この配置方法では、炉心が４分の１対称に運転
されている場合、第６図に○印に示すようにストリング
を１象限に移しても、ストリングの存在しないセルが生
ずる。ス）　ＩＪソング存在せず、出力領域モニタの迎
１定値が得られないセルでは、従来の方法（１）〜（４
）では出力分布が監視できず、したがって、出力分布監
視誤差が大きくなる。

この問題点を解決するために、さらに、出力分布の計算
に原子炉の物理的モテルを内蔵したプロ１）ダラムを使用する方法が提案されている。　原子炉の物
理的モテル（以下、原子炉モテルと略す）とは、炉心内
の核特性および熱水力特性を記述した式を用い、炉心熱
出力・炉心冷却材流量・制御棒位置等のテークから、出
力分布を計算するもの２）である。ノード結合型モテルＦＬＡＲＥ　は、その一例
である。

原子炉モテルを使用した出力分布計算では、本来、出力
領域モニタの測定値を必要としない。しかし、その場合
の出力分布監視誤差は６〜７チ程麓である。これは、オ
ンラインでプロセス計算機を使用して、数分以内に計ａ
、を終了させる必要があるために、原子炉モテルを簡略
化していることに起因する。

すなわち、原子炉モテルを使罪する場合においても、従
来通りの出力分布監視精度を達成するためには、出力領
域モニタの測定値を利用する必要がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、原子炉モテルを内蔵したプログラムに
より、従来通りの精度で出力分布を監視する方法を提供
することにある。

さらに、他の目的は、上記の監視方法で使用する出力領
域モニタを内蔵したストリングを、炉心内に最適に配置
する方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

原子炉において、燃料集合体４体で構成される正方形を
１セルと定義した場合、出力領域モニタを内蔵するスト
リングを、１セル僧きに市松棒板で配置し、原子炉の物
理的モテルを内紛ルた出力分布計算プログラムで計算し
た出力分布を、上記出力領域モニタの測定値を用いて、
補止することを酊徴とする原子炉の出力分布監視方法及
び原子炉において、炉心が対称性を持って運転されてい
る際に、対称軸で囲まれる最小の領域の一つに、他の領
域にあるすべてのストリングを、対称性を利用して仮想
的に移した場合、焔該伸域内の仮想的なストリングの配
置が、前項フレイムの１セル置きの市松模様となるよう
に、炉心全体にス）　ＩＪソング配置することを特徴と
する原子炉の炉内出力領域モニタ配置方法であって、第
７図に示すように、出力分布の監視精度を向上させるた
め、以下のように、出力領域モニタの測定値を補助的に
利用する。

（１）ＴＩＰ走行時に、原子炉モテルでｉｔ　Ｗしだ出
力分布を検算して得だＴＩＰ測定値に相邑する値と、実
際のＴＩＰ測定値とを比較し、両者の差が最小になるよ
うに、モテルのパラメータを調整する。

（２）　出力分布監視時に、原子炉モテルで計算した出
力分布を換算して得たＬＰＲＭ測定値に相当する値と、
実際のＬＰＲ，Ｍ測定値とを比較し、両者の差で出力分
布を補正する。

ここで、上記（１）で調整するパラメータは、炉心の局
所的な部分に影咎するものではなく、全炉心に影響を与
えるものを５〜６個前後避定する。また、ＬＰＲＭ測定
値による出力分布の補正量は、出力分布の監視誤差が２
〜３チ減少する程度である。

ストリングの本数が削減できる理由については後で説明
するが、パラメータのイ面数が少なく、出力分布の補正
量が小さいことも、本数が削減できる１つの理由である
。

以上、出力分布監視方法の基本的手順について説明した
。次に、ストリングの配置方法について説明する。

ストリングは、炉心の４分の１に注目した札合、第８図
の（ａ）おるいは（ｂ）のＯ印で示すように市松模様に
なるように配置する。いずれも、次の２つの規則を満た
すようにしである。

■　２セル毎に１ストリング１つの密度となる。

■　ストリング同志の間隔が均等となる。

これら２つの規則は、それぞれ、次のよう外理由により
、物理現象に対応して必然的に定まる。

ストリングの配置に関する規則■は、各燃料集合体から
の影響が、少ムくとも１つのストリング中の出力領域モ
ニタに反映するようにする、という原則より定まる。こ
の原則を満たずためには、ある燃料集合体で発生した高
速中性子が、減速されて熱中性子となり、吸収されて次
の核分裂に使用はれるまでの平均飛程が、その燃料集合
体から最寄りのストリングまでの距離よりも長くなるよ
うに、ス）　ＩＪングの密度を定めればよい。拡散理論
に基づくと、熱中性子炉では、近似的に次式が８）成立する。

ｒ２＝　６８Ｍ２−（３）ととて、ｒ２　：中性子の晃生点から吸収点までの直線
距離の自乗の平均Ｍ２　；移動面積ＢＷＲては、Ｍ２＝１０　ｏ〜１５０　Ｃｃｔｒｔ）であり、これを
式（３）に代入すると、ｒ２＝６００〜９００［ｃｉ）となる。したがって、平均飛程は、ｊ冒−２５〜３０［ｚ＋：］である。一方、ＢＷＲ，においては、セルの１辺は１ｒ
ｔ（約３０　ｃｎｒ　）である。すなわち、鶴８図の（
ａ）あるいは（ｂ）のようにス）　ＩＪングを配置すれ
は、免９図にその一部拡大図を示すように、すべての燃
料集合体は最寄りのストリングから中性子の平均弛程以
内（図中の低線の円）に入る。

以上＄ａ明したようなストリングの配置で十分なのは、
先に船、明したように、出力分布の監視方法を改良する
ためである。すなわち、従来のような出力％ｊ域モニタ
の測定値を基にした方法とは異なり、１す、出力領域モ
ニタの画定値を使用しないで、原子炉モテルにより出力
分布を直接計算し、この出力分布を補正するために、補
助的に出力価域モニタの測定値を使用する方法を採用し
ている。

したがって、各燃料集合体の影響を反映するストリング
が１本あれば、その燃料集合体の出力分布を正し、く補
正できる。

次に、ストリングの配置に関する規則■を定めた根拠は
、出力分布の補正を合理的に実施するためである。すな
わち、ます第一に、第８図に示すように均等に配列する
と、各燃料集合体の出力分布の補正量が同程度となる。

これは、燃料集合体毎の出力分布の計＄Ｉ：ｈ度が、は
ぼ同程度になることを意味する。計算精度に局所的なむ
らがないことは、監視を容易にするばかりか、安全性を
向上できる。第二に、均等に配列すると、すべての場所
で同一の手順で出力分布の補正ができる。補正の処理は
、計算機に格納したプログラムで実施するので、プログ
ラムの簡素化および演算時間の知以下、本発明の実施例
図面に基づいて詳細に説明する。

丑ず、出力分布の監視方法に関する実施例について説明
する。第７図に示す手順のうち、ＴＩＰ走行時の実施例
については、特公昭５３−２２６３９「原子炉の出力分
布監視装置」の方法が利用できるので、ここでは詳糺）
な説明は省略する。この方法では、原子炉モテルとして
ＦＬＡＲＥを使用し、ル・り整相パラノークは６個（中
性子輸送核の混合パラメータ２侮、アルベド４個）であ
る。このパラメータを’ｖＪｔａ　Ｍｌした原子炉モテ
ルにより出力分布を計算すると、監視誤差は７チ程度で
ある。

この腐視誤ｉを小さ又するために、本発明の出力分布の
監新１方法では、さらにＬＰＲＭ測定値により出力分布
を補正する。この補正方法の実施例を第、１０図に示す
。その手順は、以下の通りである。

（１）原子炉モテルで計算した出力分布Ｐｒｙ、ｋをＴ
ＩＰ相蛯値Ｒ４ｋおよびＬＰＲ，Ｍ相当値り疑。

に変換する。この変換は、式（２）の逆変換である。

（２）　各ス）リングを毎に、ＬＰＲＭ位ｉｎ　（＝１
〜４）で、次式により、ＬＰＲＭ測定値と計算値との差
ΔＬ　Ｌ、＊　を計算する。

ΔＬ　ｔ、　ｓ　−Ｌ４　ａ　Ｌツ１．　・・・（４）
ここで、ＬＬ、。はＬＰＲＭ測定値である。

（３）各ストリングを毎に、炉心高さ方向に４点あるΔ
Ｌｔ、。を直線内外挿し、Ｔ　Ｉ　Ｐ相当の２４ノード
の差ΔＢ４ｋを計算する。

（４）ストリングｔに＠接する燃料集合体ｊ（−１〜４
）について、次式で出力分布を補正する。

Ｐ　ｔ、１．に＝Ｐｔ、Ｉ、ｋ・（１＋Ｃｔ、＋、ｈｌ
　・・・（５）ΔＲｔ、ＰＲＭ０ｊ″・０・・・・’　Ｒｒ、。

ｐｔ、、、、が補正後の出力分布である。

（５）　ストリングの存在しないセルについては、第１
１図に示すように１周囲ストリング２ｔ〜ｔ４での補正
係数ｃｚｔ　＋Ｉ＋に’□Ｃ２４＋Ｉ＋ｋを使用し、次
式で仮想的な補正係数ＣｌｅＩ　Ｊ　ｌ　ｋ　をめる。

１″４Ｃｔ・ｌ’１ｋ−−Σ　Ｃｔ、ｒ、ｋ　・・・（６）４
　ｔ、ｔｔ以上の手順でＬＰＲＭ測定値により出方分布を補正すれ
ば、出力分布の監視誤差は、さらに２〜３饅向上し目標
の４〜５チ以下となる。なお、歯８区において、炉心最
外周にあってストリングの存在しないセルについては、
第１１図および式（６）に示す方法で補正係数が計算で
きない。このような場合には、周囲の２〜３ストリング
の補正係数の平均値を使用ずればよい。

次に、スｈ　ＩＪングの配置方法に関する実施例につい
て説明する。炉心が４分の１対称で運転されている場合
の実施例を、第１２図および第１３図に示す。対称性を
利用して右上の象限に全ス）　ＩＪングを仮想的に移す
と、第１２図からは第８図（ａ）が、第１３図からは第
８図（ｂ）が得られる。すなわち、両実施例とも、前述
したストリングの配置に門する規則■・■を満足してい
る。

さらに、第１２図および概１３図の実施例において、全
炉心のス）　ＩＪングの配置を見ると、局所的なかたよ
りがなく、全炉心にほぼ一様に分布している。ＬＰｒ％
Ｍの両定値は、出力分布の監視の他に、平均出力領域モ
ニタ（ＡＰＲＭ　）あるいは制御棒引抜阻止モニタ（Ｒ
ＢＭ）等の原子炉保護系への入力として使用されている
。したがって、全炉心に一様に分布していることは、ど
こで異ｎが発生しても、すぐ原子炉保護系を作動できる
ことを意味する。

以上説明した実施例の他に、本発明の出力分布監視方法
およびヌ）　ＩＪング配厘力法の基本的考え方を変更す
ることなく、次のような実加３例も実現できる。

（１）炉心の外周部では出力が低く、出方分布の監視精
度が多少悪化しても、安全上および経済上に大きな影響
はない、したがって、第８図ｆＬお・いて、炉心最外周
のセルに存在するストリンクを削除することもｐ」能で
ある。このようにすれば、（ａ）で４本、Φ）で６本、
ストリング本数を削減できる。

（１１）　ス）・リングの存在しないセルの補正係数を
める方法として、式（６）のように単純な平均をとるの
ではなく、周囲のストリングの摺ｊ止係数をなめらかに
内挿する方法も可能でおる。

（＋ｒｒｔ炉心が８分の１対称で運転される場合には、
第１４図に実施例を示すように、９印の位僧にストソン
グを配置ずればよい。１領域に集めた時に、○印で示す
ように市松模様になる。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく、本発明によるストリングの配置方
法および出力分布の監視方法を採用すれば、ストリング
の本数が半数に削減でき、経済性の向上がはかれると共
に、誤差の少ない状態で出力分布が監視でき、効率の同
上がはかれる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は炉心の水平断面図、第２１￥１Ｉｒｉセルの構
成を示す図、第３図は従来の出力分布監視方法を示す図
、第４図は従来のス）　ＩＪング配置を示す図、第５図
はス）　ＩＪングの対称関係を示す図、第６図はス）　
ＩＪング本数削減の一例を示す図、第７図は本発明の出
力分布監視方法を示す図、第８図は本発明のストリング
配置方法を示す図、第９図は第８図の一部を拡大した図
、第１０図・第１１図は出力分布監視方法の実施例を示
す図、第１２図・第１３図・第、１４図はストリング配
置方法の実施例を示す図である。ｌ・・・燃料集合体、２・・・セル、３・・・制８棒、
４・・・ストリング％　５・・・ＬＰＲＭ、６・・・Ｔ
ＩＰ導管。￥５１　圀 ″ｆＪ２ｒｊ３第３０第４１２］￥Ｓ；ｆ＠第６図 ′￥ＪｒＩＩ２Ｉｌ第８図（仄）（シ）＄ｑ　口１２牛 ′￥３１ｏ口箔１１　口第１２　口１３０ｆｌ＋４−　図 ■

Claims

【特許請求の範囲】１、原子炉において、燃料集合体４体で構成される正方
形を１セルと定義した駒２合、出力領域モニタを内蔵す
るストリングを、ｌセル置きに市松模様で配置し、原子
炉の物理的モデルを内蔵した出力分布計鏝−プログラム
で計算した出力分布を、上記出力領域モニタの曲ｊ定値
を用いて、補正することを特徴とする原子炉の出力分布
監視方法。２、原子炉において、炉心が対称性を持って運転されて
いる際に、対称軸で囲まれる最小の領域の一つに、他の
領域にあるすべてのストリングを、対称性を利用して仮
想的に移した場合、邑該領域内の仮想的なストリングの
配置が、前項フレイムの１セル置きの市松模様となるよ
うに、炉心全体にストリングを配置することを特徴とす
る原子炉の炉内出力領域モニタ配置方法。