JPS6095393A - 炉心内中性子束測定用装置 - 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】 発明の分野 この発す」は原子炉に関する。　更に具体的に云えば、
この発１１ＪＩは原子炉の局部的なパワー・レベル並び
に中性子束密度を炉心内で測定する自己出力形検出器に
関する。

従来技術の説明 原子炉の炉心に使われる現在の核分裂電離箱は、この電
離箱とそれと一体の同軸ケーブルの間にセラミック封じ
を持っている。　この封じの目的は、電離箱並びにそれ
と一体のケーブルの温度に無関係な中性子感度が得られ
る様にする為、核分裂電離箱内に一定量のガスを保つこ
とである、こういう封じの大多数は、／θ２１乃至１０
２２ｎｖｔの露出期間の間に漏れを生じ、このため、こ
の期間の後、電離箱は所望の温度に無関係な中性子感度
特性を失う。　この後、電離箱は原子炉のパワー・レベ
ルに対する非直線性が一層大きくなり、低温始動後の感
度が変化し、また底から入れる検出器の場合は、制御棒
バンクの位置又はパワー・レベルの変化の後に感度が変
化する。

自己出力形中性子検出器は、その電流出力を得るのに、
感知領域内のカスに依存しない。　この為、検出器とそ
れと一体のケルフルの間に封じを必要としない。　この
為、中性子感度は検出器の温度並びにそれと一体のケー
ブルの温度に無関係である。　こういう検出器は、原子
炉が数分間定常状態にあった後の局部的なパワー・レベ
ル又は中性子束密度を測定するのに役立つか、その応答
速度が遅い為に、パワー・レベルの変化後、直ちに正し
い読みを示さない。　しだがってこれらの検出器は、原
子炉のパワー・レベルが高くなりすぎた場合、ウォータ
原子炉で炉心内核分裂電離箱により屡々発生するととが
要求される様な、警告又はスクラム（ＳＣＩ’；１ｎｌ
）信号を発生する為に使うことが出来ない。

例えば局部的な中性子束密度の階段（ステップ）形の変
化があった後、ロジウムの自己出力形検出器の出力は、
７分間で中性子束密度の変化の６７％変化し、２分間で
乙３変化し、３分間で９０％変化し、夕分間で９乙係変
化し、７０分間で９と多変化する。検出器に基づく読み
が動作の最初の夕分又は７０分の間は重大な誤差がある
ことは容易に明らかである１、　原子炉ではこの様な遅
り Ａとした応答は望址しくない。

関連した従来の文献としては、米国特許第一、と７乞３
０り号、同第３０グ３２５グ号、　同第３汐乙ぶ２乙０
号、同第乞１０３／乙乙号、同第３７乙Ｑ／と３号、及
びＩＥＥＥ　ｌ−ランスアクションズ・オン・ニューク
リア・サイアンス誌、ＮＳ−，２３巻、第１号（／９７
９７乙月号）所載のパンダ他の論文［自己出力形ロジウ
ム中性子検出器の動的な補償」、並びにアトミック・イ
ナーシイ・リサーチ・エスタブリッシュメントのＵ、に
、Ａ、Ｅ、Ａ、リサーチ・グループのリサーチ・リアク
タース・ディビイジョンから出版されたジョンストンの
［応答の速いピーナ検出器中性子東測定装置Ｊ　（／９
７／年３月）がある。

発明の概要 この発明はロジウムの自己出力形検出器と、封じなしの
核分裂電離箱と、これらの自己出方形検出器及び核分裂
電離箱の出力を組合せて、この組合せ出力が常に原子炉
の局部的なパワー・レベル又は中性子束密度に比例する
様にする適尚な電子回路との組合せを提供する。　自己
出力形検出器及び核分裂電離箱が互いに接近して配置さ
れるか、或いは米国特許第３７乙Ｑ／と３号に記載され
ている装置の様に、一体に組合せることが出来る。

好ましい実施例並びにその他の実施例の詳しい説明 こ９分間の好ましい実施例が篤／図に示されており、こ
れはロジウムの自己出力形中性子検出器１１、増幅器１
２、封じなしの核分裂電離箱１３、増幅器１４、時定数
Ｔ１／Ｉｎ、２（これはコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１に
よって決定され、Ｔ１はＲｈ１０’の基底状態の半減期
である）を持つ微分回路１５、増幅器１６、時定数Ｔ２
／Ｉｎ、２（Ｔ、、はＲｈ１０’の核異性状態の半減期
であって、時定数はコンデンサＣ２及び抵抗Ｒ２によっ
て決定される）を持つ微分回路１７、及び加算増幅器１
８を含んでいる。

中性子束密度の７つの階段後の、増幅器１２、微分回路
１５及び微分回路１７の出力が、夫々第２図、第３図及
び第９図に示されており、その和すなわち加算増幅器１
８の出力が第５図に示されている。

自己出力形検出器１１は主たる信号源とみなすことが出
来、実際に、定常状態ではこれが唯一の信号源である。

　核分裂電離箱１３が、中性子束レベルの変化があった
後の短い時間の間、自己出力形検出信号から欠落してい
る過渡的な情報だけを供給する。　従って、この発明に
よって発生される出力信号は、従来の装置に固有であつ
ブ、中性子束密度の変化があった後の短い時間の間、こ
ういう装置に常に存在する核分裂電離箱の誤差があるだ
けである。

第１図に示す実施例について（後に述べる様な）成る利
点を持つこの発明の別の好捷しい実施例が第３図に示さ
れており、これはロジウムの中性子検出器２１、増幅器
２２、封じなしの核分裂電離箱２３、増幅器２６、増幅
器２４、時定数Ｔ、／１１１．２　（Ｔ１はＲｈ１０４
Ｉ）　Ｍ　底状態ノ半減Ｘｌｌ　ｆｆ）っテ、時定数は
コンデンサＣ３及び抵抗Ｒ３によって決定される）を持
つ第１の微分回路２５、時定数Ｔ２／１１１，２（Ｔ２
はＲＩ〕Ｓ　’］４の核異性状態の半減期であって、時
定数はコンデンサＣ４及び抵抗Ｒ４によって決定される
）を持つ第２の微分回路２７及び加算増幅器２８を含ん
でいる。

核分裂電離箱はＵ２３４及びＵ２３５の混合物で構成さ
れた再生形感知被覆を持つことが好ましい。これは電離
箱とケーフルの容積の間にカス封じを持っていてもいな
くてもよい。

検出器１１又は２１の様な円柱形のロジウムの自己出力
形中性子検出器の中上・導体は１００％Ｒ１］１０５で
構成される。中性子束の中で、若干のＲ１１１０５原子
がＲｈ１０４Ｉ へ−夕放出によって安定なＰｄ１０４に減衰する。　更
に若干のＲｈ１０’原子がＲｈｊ０４の核異性状態又は
準安定状態に変換され、それがその後異性体転移により
、Ｒｈ　”０′の基底状態に減衰する。従って、核異性
状態及び基底状態のＲｈＴ［＋４原子の数を表わす方程
式は次の様になる。

こＸでＲ４ｍ−核ｙシ性状態のＲｈ１０′原子の数、Ｒ
４−基底状態のＲｈ＋０４原子の数、Ｎ５＝Ｒ１＋”５
原子の数、 ｔ　一時間、 φ　二中性子束密度、 ０４ｍ　””　Ｒｈ１０’（、〕、γ）Ｈ４１ｊ０４ｍ
反応ノ断面積、ｏ　＝　Ｒ１ｔ１０３（ｎ、ｙ）　Ｒｈ
１０’反応の断ｎｊ　２’Ａ、２４ｍ＝　Ｒｈ１０４ｍ
（７）　減衰定ｆＪ、’４　＝　Ｒｈ１０’の減衰定数
、 Ｒｈ１０４ＩＴ１はＲ１〕１０４の核異性状態を表わす
。

過渡的な応答のこの解析では、燃焼（ｂｕｒｎｕｐ）に
よるＲ１〕１３の損失を無視している。更に、検出器の
電流は次の式で表わされる。

■ににλ４Ｎ４＋に１φ　（３） と５で右辺の第１項は、Ｒ１〕１０４の減衰中に放出さ
れるヘータ粒子によって発生される電流を表わし、第２
項は検出器並びにその環境内での即時中性子反応によっ
て発生される即時電流を表わす。

φ１の階段（ｓｔｅｐ）関数の場合、即ちに対し、上記
の３つの式をＴ１について解くことが出来、その解は こ＼で Ｃが計算可能な定数であることに注意されたい。

時刻ゼロに於ける電流は これを即時中性子感度部と呼ぶ。　数時間後の電流は これを即時中性子感度Ｓ１．と遅延中性子感歴融の和と
呼ぶ。　この為、【≧００電流は であり、増幅器１２（又は２２）の出力はとなる。　こ
５でＧ１２は増幅器１２（又は２２）のトランスインピ
ーダンスである。　然し、所望の出力電圧は 出力′ｖ１２　に、夫々第１図又は第４図に従って核分
裂電離箱１３又は２３から得られる下記の電圧を加算す
ることによって得られる。

第１図の実施例について云えば、これは次の様に書くこ
とが出来る。

こメでＧ７．ｌは増幅器１４のトランスインピーダンス
であり、Ｇ、６は増幅器１６のトランスインピーダンス
であり、Ｓ１ｓ　Ｉ’ｉ核分裂電離箱１３の中性子感度
である。

従って、完全な補償の為には これは弐〇２）を式（１４−１）と組合せ、弐（ｉｌｌ
を式（１３−１）と組合せることによって得られる。　
第３色の実施例について云えば、次の様に書くことが出
来る。

ＳＤ Ｇ２６＝ＣＩ０２２（１５−６） これは式０２）を式（１４−６）と組合せ、式旧）を式
（１３−６）及び（５）と組合せることによって得らＪ
する。　第１図の実施例では、ＳＤ及びＳ１３が燃焼に
よって変化する為、増幅器１２，１４．１６を調節しな
ければならないこと、並びに第３色では、増幅器２４の
電圧利得が計算し得る定数である為、増幅器２２゜２６
だけを調節しなければならないことに注意されたい。　
従って、第３色の実施例の方が最初は較正がし易い。

完全な補償の為には、増幅器１４の出力は、式（ｉｌｌ
から、次の様にならなければならない。

式（１２）から、増幅器１６の出力は次の様にならなけ
ればならない。

定常状態では、式（９）から増幅器１２の出力は次の様
になる。

従って、完全な補償の為には、式０７）及び（１９）か
らそして式（１８）及び（１翅から この発明の調節手順は次の通りである。　即ち、定常状
態に於て、 ／　増幅器１８（又は２８）から所望の出力が得られる
様に増幅器１２（又は２２）を調節する。

２、第１図の実施例の場合、増幅器１４の出力が となる様に増幅器１４を調節すると共に、増幅器１６の
出力が Ｄ Ｖ、６＝ｃ　又、、　（２３） ｓ、＋ｓＤ となる様に増幅器１６を調節する。

３　第ご図の実施例の場合、増幅器２４の出力が となる様に増幅器２６を調節する。

注意二上で用いた定数の値は次の通りである。

ｃ＝００９２　（２５１ ／−ｃ二０９０と　（２Ｇ） （は次の値から割算した。

“−一θ０７７　（２８！ λ４　＝００／乙９３９／秒　Ｃ９） λ４．ｎ＝θθθ２乙２３７４沙　（３０）ＳＤ／（Ｓ
ｐ＋ＳＤ）はＩＥＥＥ　Ｉ−ランスアクションス・オン
・ニュークリア・サイエンス誌、Ｎ５−２３巻、第３／
／頁乃至第３／乙頁（／９２乙年）所載のノ＼ンダ及び
ナッピの論文１−ロジウムの自己出力形中性子検出器の
動的な袖ｆｉｔ　Ｊに報告されている。　この論文は、
この発明を十分理解するのに不可欠とは考えられないし
、との発明はこの明細書に十分開示されていると考えら
れる。

核分裂電離箱の感度は、低温始動後に変化し、底から入
れる検出器の場合は、パワー・レベＪＬ又は制御棒バン
クの位置の変化の後に変化し、非常に遅くて、完全にな
るには何時間も要する。　この様な遅い核分裂電離箱の
電流の変化により、その結果として、微分回路１５（又
は２５）及び１７（又は２７）の出力には略ゼロの電圧
出力が発生される。　加算増幅器１８　（２８）の出力
には本質的に誤差がセロになる。

全体的な信号に対する核分裂電離箱の潜在的な寄与分が
前掲の式（１１）及び０２）で表わされる値と異なる時
には、何時でも中性子束の急速な変換後の出力は誤差が
ある慣れがある。　核分裂電離箱の潜在的な寄与分の誤
差が低温始動後に存在し得るし、底から入れる検出器の
場合は、パワー・レベル又は制御棒バンクの位置の変化
の後に存在し得る。　この誤差は、第１図の実施例の場
合は、増幅器１４及び１６の調節が正しくないこと、或
いは第３図の実施例の場合は増幅器２６の調節が正しく
ないことによって起り得る。

下記の表１は、 （１）核分裂電離箱の潜在的な寄与分が７０係だけ小さ
すぎる、 （２）　核分裂電離箱の潜在的な寄与分が７０％だけ太
きすぎる、 （３）核分裂電離箱の寄均分がない 場合に対し、パワー・レベルが最大パワーのと０条から
７００％まで階段状に変化した時の、正しい出力の百分
率として表わした出力誤差を、この階段形変化後の時間
に対して示している。

表　■ 下記の表ＩＩは、 （１）　核分裂電離箱の潜在的な寄与分が１０係たけ小
さすぎる、 （２）核分裂電離箱の潜在的な薔与分が７０％だけ大き
すぎる、 （３）核分裂電離箱の寄与分がない 場合に対し、パワー・レベルが最大１＜ワーの１００係
から７０秒の期間の間指数関数的に増力口する時の、正
しい出力の百分率として表わした出力誤差を、この増加
開始後の時間に対して示している。

表　１１ 表Ｉ及び■と第５図から判る様に、この発明では、原子
炉のパワー・レベルの変化、低温始動後の感夏変化、並
びに底から入れる検出器の場合は、制御棒バンクの位置
又はパワー・レベルのχ化後の感度変化によって起る検
出されたパ８ワー・レベルの変化に対する応答を速くし
ながら、パワー・レベルの線形測定値が得られる。　従
って、この発明は原子炉制御用の炉心内中性子束の測定
の精度並びに速い応答と云う問題を解決した。

以上の説明はこの発明を例示する為並びに例として挙げ
たものである。　この発明を使う特定の原子炉に応じて
、この発明の実施例と均等な種種の変形を用いることが
出来ることが理解されよう。　従って、この発明の範囲
は特許請求の範囲によって限定されることを承知された
い。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発１男の第１の好ましい実施例のブロック
図、第一図は第１図に示した増幅器１２の出力を時間の
関数として示すグラフ、第３図は第１図に示しだ微分回
路１５の出力を時間の関数として示しだグラフ、第９図
は第７図の微分回路１７の出力をｎ、！ｉ間の関数とし
て示したグラフ、第５図は第１図に示した加算増幅器１
８の出力を時間の関数として示しだグラフ、第３図はこ
の発明の別の好丑しい実施例のブロック図である。 （主な符号の説明） １１．２１　：　中性子検出器 １３．２３　：　核分裂電離箱 １２．１４．１６．２２．２４．２６　：　増幅器１５
．１７，２５，２７　：　微分回路１８．２８　：　加
算増幅器 ＦＩＧ、Ｉ。 ＦｉＧ、−乙 時間（づｐ１７２ ＦＩＧ、３゜ ＩＱ　Ｐａ’ｌ　Ｌ４４ｉ） ＦＩＧ、４゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１）　原子炉のパワー・レベルに対応する出力信号を
   発生する自己出力形中性子検出器と、該中性子検出器の
   出力信号を受取る入力を持っていて、対応する第１の増
   幅出力信号を発生する第１の増幅手段と、原子炉のパワ
   ー・レベルに対応する出力信号を発生する核分裂電離箱
   と、該核分裂電離箱の出力信号を受取る入力を持ってい
   て、対応する第２の増幅出力信号を発生する第一の増幅
   手段と、該第２の増幅手段の出力に結合されていて時定
   数Ｔ、　／　Ｉｎ、２に従って前記第一の増幅出力信号
   を処理する第１の微分手段と、前記核分裂電離箱の出力
   信号を受取る入力を持っていて、対応する第３の増幅出
   力信号を発生する第３の増幅手段と、該第３の増幅手段
   の出力に結合されていて、時定数Ｔ２　／　Ｉ　ｎ　、
   ！に従って前記第３の増幅出力信号を処理する第一の微
   分手段と、前記第１の増幅手段の出力信号、前記第１の
   微分手段からの処理済みの信号、及び前記第一の微分手
   段からの処理済みの信号を受取る様に結合された入力を
   持っていて、該入力信号の加算出力を発生する様に動作
   する第グの増幅手段とを有する炉心内中性子束測定及び
   原子炉制御用装置。 （２、特許請求の範囲（１１に記載した装置に於て、前
   記自己出力形中性子検出器がロジウム中性子検出器で構
   成されている装置。 （３）％許請求の範囲（１）に記載した装置に於て、前
   記第１の微分手段が前記第一の増幅手段の出力と前記第
   グの増幅手段の入力との間に結合されたコンデンサと、
   前記第グの増幅手段の入力と回路のアースとの間に結合
   された抵抗とで構成され、この構成により該微分手段が
   、Ｔ１をＲｈ＋０４の基底状態の半減期として、時定数
   Ｔ、　／　Ｉｎ、３を持つ様にした装置。 （４）特許請求の範囲（１）に記載した装置に於て、前
   記第２の微分手段が、前記第３の増幅手段の出力と第グ
   の増幅手段の対応する入力との間に結合されたコンデン
   サと、該第りの増幅手段の入力と回路のアースｌの間に
   結合された抵抗とで構成され、この構成により該微分手
   段が、Ｔ２をＢ１〕１０’の核異性状態の半減期として
   、時定数Ｔ、、／１１１．２を持つ様にした装置。 （５）特許請求の範囲（１）に記載した装置に於て、前
   期核分裂電離箱がＵ２６４及びＵ２３５の混合物で構成
   された再生形感知被覆を含んでいる装置。