特許 7625498 原子炉内出力分布推定方法及び原子炉内出力分布推定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-24

(45)【発行日】2025-02-03

(54)【発明の名称】原子炉内出力分布推定方法及び原子炉内出力分布推定装置

(51)【国際特許分類】

   G21C 17/00 20060101AFI20250127BHJP

   G21C 17/12 20060101ALI20250127BHJP

【ＦＩ】

G21C17/00 220

G21C17/12 100

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021149543

(22)【出願日】2021-09-14

(65)【公開番号】P2023042308

(43)【公開日】2023-03-27

【審査請求日】2024-03-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木村 礼

(72)【発明者】

【氏名】中居 勇樹

(72)【発明者】

【氏名】和田 怜志

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－２２５２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５０５４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２１９１０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００１－１３３５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】Rei Kimura, Yuki Nakai and Satoshi Wada，Reactor Core Power Distribution Reconstruction Method by Ex-Core Detectors Based on the Correlation Effect Between Fuel Regions，Nuclear Science and Engineering，米国，American Nuclear Society，2021年05月10日

【文献】木村 礼、中居 勇樹、和田 怜志，燃料間出力相関を考慮した炉外計装による炉心出力分布再構成手法の開発（１）：理論検討と解析による検証，日本原子力学会２０２１年春の年会予稿集，日本，日本原子力学会，2021年03月，3B05

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｃ １７／００－１７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炉心内の燃料の部分をＭ個に分割された各燃料領域の出力Ｒ_ｍ（ｍ＝１，…，Ｍ）の相対比である出力分布を、Ｎ個の各中性子検出器からの検出器測定値Ｄ_ｎｒ（ｎ＝１，…，Ｎ）に基づいて推定する原子炉内出力分布推定方法であって、
前記出力Ｒ_ｍに対する前記検出器測定値Ｄ_ｎｒの比である検出器応答係数Ｃ_ｎｍを算出する検出器応答評価・係数算出ステップと、
ｋ番目の前記燃料領域での核分裂数の前記出力Ｒ_ｍを有するｍ番目の前記燃料領域で発生する中性子数に対する割合である燃料間出力相関係数Ｆ_ｍｋを算出する燃料間出力相関評価・係数算出ステップと、
前記検出器応答係数Ｃ_ｎｍと前記燃料間出力相関係数Ｆ_ｍｋとを用い、前記出力Ｒ_ｍを要素とする出力分布ベクトルから前記検出器測定値Ｄ_ｎｒを要素とする測定値ベクトルに変換する出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍを要素とする出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣを算出する出力相関依存応答係数算出ステップと、
前記出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣを用いて算出測定値Ｄ_ｎｃを算出し、前記検出器測定値Ｄ_ｎｒのそれぞれと前記算出測定値Ｄ_ｎｃのそれぞれに基づいて、前記出力分布を推定する出力分布推定ステップと、
前記出力Ｒ_ｍについての既知の出力分布に対する前記検出器測定値Ｄ_ｎｒのそれぞれと、前記算出測定値Ｄ_ｎｃのそれぞれに基づいて、前記検出器測定値Ｄ _ｎｒ を前記算出測定値Ｄ _ｎｃ が再現するように前記出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣを補正する係数調整ステップと、
を備えることを特徴とする原子炉内出力分布推定方法。

【請求項2】

前記係数調整ステップでは、原子炉炉心の燃焼が進行した際に、その時点での条件で炉心解析によって既知の前記出力分布を求め、燃焼の影響を補正する
請求項１に記載の原子炉内出力分布推定方法。

【請求項3】

前記係数調整ステップでは、原子炉の運転に伴って検出器応答が経時変化した際に、その時点での条件で炉心解析によって既知の前記出力分布を求め、検出器応答の経時変化の影響を補正する
請求項１に記載の原子炉内出力分布推定方法。

【請求項4】

前記係数調整ステップでは、原子炉内の制御棒位置を変化させた際に、その時点での条件で炉心解析によって既知の前記出力分布を求め、制御棒の影響を補正する
請求項１に記載の原子炉内出力分布推定方法。

【請求項5】

前記係数調整ステップでは、原子炉炉心に温度変化が生じた際に、その時点での条件で炉心解析によって既知の前記出力分布を求め、温度変化による影響を補正する
請求項１に記載の原子炉内出力分布推定方法。

【請求項6】

前記係数調整ステップでは、検出器の交換を行った際に、その時点での条件で炉心解析によって既知の前記出力分布を求め、検出器を交換した影響を補正する
請求項１に記載の原子炉内出力分布推定方法。

【請求項7】

前記係数調整ステップでは、前記原子炉炉心の燃焼が進行した際、前記原子炉の運転に伴って検出器応答が経時変化した際、前記原子炉内の制御棒位置を変化させた際、前記原子炉炉心に温度変化が生じた際、前記検出器の交換を行った際、の何れか２以上の際に、その時点での条件で炉心解析によって既知の前記出力分布を求め、その影響を補正する
請求項１に記載の原子炉内出力分布推定方法。

【請求項8】

炉心内の燃料の部分をＭ個に分割された各燃料領域の出力Ｒ_ｍ（ｍ＝１，…，Ｍ）の相対比である出力分布を、Ｎ個の各中性子検出器からの検出器測定値Ｄ_ｎｒ（ｎ＝１，…，Ｎ）に基づいて推定する原子炉内出力分布推定装置であって、
前記各中性子検出器からの出力である前記検出器測定値Ｄ_ｎｒを受け入れる入力部と、
前記出力Ｒ_ｍに対する前記検出器測定値Ｄ_ｎｒの比である検出器応答係数Ｃ_ｎｍを算出する検出器応答評価・係数算出部と、
ｋ番目の前記燃料領域での核分裂数の前記出力Ｒ_ｍを有するｍ番目の前記燃料領域で発生する中性子数に対する割合である燃料間出力相関係数Ｆ_ｍｋを算出する燃料間出力相関評価・係数算出部と、
前記検出器応答係数Ｃ_ｎｍと前記燃料間出力相関係数Ｆ_ｍｋとを用い、前記出力Ｒ_ｍを要素とする出力分布ベクトルから前記検出器測定値Ｄ_ｎｒを要素とする測定値ベクトルに変換する出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍを要素とする出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣを算出する出力分布依存検出器応答係数算出部と、
前記出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣを用いて算出測定値Ｄ_ｎｃを算出し、前記検出器測定値Ｄ_ｎｒのそれぞれと前記算出測定値Ｄ_ｎｃのそれぞれに基づいて、前記出力分布を推定する出力分布推定部と、
前記出力Ｒ_ｍについての既知の出力分布に対する前記検出器測定値Ｄ_ｎｒのそれぞれと、前記算出測定値Ｄ_ｎｃのそれぞれに基づいて、前記検出器測定値Ｄ _ｎｒ を前記算出測定値Ｄ _ｎｃ が再現するように前記出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣを補正する係数調整部と、
を備えることを特徴とする原子炉内出力分布推定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、原子炉内出力分布推定方法及び原子炉内出力分布推定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

原子炉の出力分布推定の為の核計装は一般的に炉心内に設けられ、炉外の核計装を用いる際も炉心内に配置された核計装の情報を利用して全体として炉心の出力分布を推定する（特許文献１，２）。従来の商用原子炉では１～２年に１度燃料交換や定期点検が行われるため、核計装の不具合が発生している場合はその際に修理や交換を行う事が出来る。

【0003】

一方で、近年世界各国で開発が進められている小型モジュラー炉（ＳＭＲ）の中にはマイクロリアクターと呼ばれる１０－２０年もの間燃料交換を行わないタイプのものがある。このようなマイクロリアクターでは炉内に設けられた核計装を容易に交換できないという課題がある。また、炉外に設けられた核計装から炉心内の出力分布を評価し、特に炉心内に発生した異常を速やかに検知しようとする場合、炉心から炉外に設けられた核計装にまで中性子が到達する間に炉心内部の情報の多くを散乱などで失うために炉心内の出力異常などを把握できないという課題がある。

【0004】

これらを背景として、非特許文献１において事前に求めた検出器応答と燃料領域間の出力相関の情報を検出器応答係数および燃料間出力相関係数として用いて炉外に設けられた核計装から炉心内部の出力分布を評価する手法が提案されている。

【0005】

一方で非特許文献１に示される手法は、事前に定常状態の炉心および検出器周囲の環境を高い精度で知っておく必要があり、例えば図面と実際の施工状況に差異が存在する場合などや、炉心の燃焼が進行した場合などで出力分布推定の精度が低下する課題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第２０９６５９４号公報

【文献】特許第５４４３９０１号公報

【非特許文献】

【0007】

【文献】R. Kimura, Y. Nakai, S. Wada, “Reactor Core Power Distribution Reconstruction Method by Ex-Core Detectors Based on the Correlation Effect Between Fuel Regions”, Nucl. Sci. Eng., publish online (2021)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述したとおり、従来の技術では、事前に得た定常状態の炉心および検出器周囲の環境等の情報と実際の状況との間に差異が存在する場合、出力分布推定の精度が低下するという課題があった。

【0009】

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、従来に比べて精度良く出力分布推定を行うことのできる原子炉内出力分布推定方法及び原子炉内出力分布推定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

実施形態の原子炉内出力分布推定手方法は、炉心内の燃料の部分をＭ個に分割された各燃料領域の出力Ｒ_ｍ（ｍ＝１，…，Ｍ）の相対比である出力分布を、Ｎ個の各中性子検出器からの検出器測定値Ｄ_ｎｒ（ｎ＝１，…，Ｎ）に基づいて推定する原子炉内出力分布推定方法であって、前記出力Ｒ_ｍに対する前記検出器測定値Ｄ_ｎｒの比である検出器応答係数Ｃ_ｎｍを算出する検出器応答評価・係数算出ステップと、ｋ番目の前記燃料領域での核分裂数の前記出力Ｒ_ｍを有するｍ番目の前記燃料領域で発生する中性子数に対する割合である燃料間出力相関係数Ｆ_ｍｋを算出する燃料間出力相関評価・係数算出ステップと、前記検出器応答係数Ｃ_ｎｍと前記燃料間出力相関係数Ｆ_ｍｋとを用い、前記出力Ｒ_ｍを要素とする出力分布ベクトルから前記検出器測定値Ｄ_ｎｒを要素とする測定値ベクトルに変換する出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍを要素とする出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣを算出する出力相関依存応答係数算出ステップと、前記出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣを用いて算出測定値Ｄ_ｎｃを算出し、前記検出器測定値Ｄ_ｎｒのそれぞれと前記算出測定値Ｄ_ｎｃのそれぞれに基づいて、前記出力分布を推定する出力分布推定ステップと、前記出力Ｒ_ｍについての既知の出力分布に対する前記検出器測定値Ｄ_ｎｒのそれぞれと、前記算出測定値Ｄ_ｎｃのそれぞれに基づいて、前記出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣを補正する係数調整ステップと、を備える。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、事前に得た定常状態の炉心および検出器周囲の環境等の情報と実際の状況との間に差異が存在する場合であっても、精度良く出力分布推定を行うことのできる原子炉内出力分布推定方法及び原子炉内出力分布推定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態の概略構成を示すブロック図。

【図2】実施形態の要部の概略構成を示すフロー図。

【図3】実施形態の要部の概略構成を示すフロー図。

【図4】実施形態の要部の概略構成を示すフロー図。

【図5】実施形態における原子炉内出力分布推定結果を示すグラフ。

【図6】従来例における原子炉内出力分布推定結果を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、実施形態に係る原子炉内出力分布推定方法及び原子炉内出力分布推定装置について、図面を参照して説明する。

【0014】

図１は、実施形態に係る原子炉内出力分布推定装置１００の概略構成を示すブロック図である。

【0015】

原子炉内出力分布推定装置１００は、複数の中性子検出器からの出力を受け入れて、原子炉内の出力分布すなわち燃料領域の出力比を推定する。

【0016】

原子炉内出力分布推定装置１００は、応答特性評価部１１０、出力分布推定部１２０、入力部１３０を有する。

【0017】

入力部１３０は、外部入力としての原子炉の炉心に関するデータ、中性子検出器の特性に関するデータ、および各中性子検出器からの出力である検出器測定値を外部入力として受け入れる。

【0018】

応答特性評価部１１０は、中性子検出器の測定値の原子炉の出力による特性を評価する。応答特性評価部１１０は、検出器応答評価・係数算出部１１１、燃料間出力相関評価・係数算出部１１２、出力分布依存検出器応答係数算出部１１３、出力分布依存検出器応答係数調整部１１４を有する。

【0019】

出力分布推定部１２０は、応答特性評価部１１０により得られた応答特性を用いて、複数の中性子検出器の出力から、出力分布すなわち燃料領域の出力比を推定する。

【0020】

ここで、本実施形態における原子炉内出力分布推定の手法について説明する。原子炉の炉心において中性子を生成する核分裂性物質を有する領域が、Ｍ個の燃料領域に分割されて構成されているとする。燃料領域はｉ＝１～Ｍに番号付けられ、それぞれの出力がＲ_１～Ｒ_Ｍであるとする。

【0021】

また、Ｎ個の中性子検出器は、ｊ＝１～Ｎに番号付けられ、それぞれの測定値がＤ_１～Ｄ_Ｎであるとする。

【0022】

ｍ番目の燃料領域でＲ_ｍの出力が発生する際に生じる中性子が、ｎ番目の中性子検出器でｄ_ｎｍだけ検出される、すなわち測定値がｄ_ｎｍである場合に、検出器応答係数Ｃ_ｎｍを次の式（１）で定義する。
検出器応答係数Ｃ_ｎｍ＝ｄ_ｎｍ／Ｒ_ｍ ・・・（１）

【0023】

なお、ｎ番目の中性子検出器の測定値Ｄ_ｎは、測定値ｄ_ｎｍのｍが１からＭまでの総和となる。

【0024】

検出器応答評価・係数算出部１１１は、ｍ番目の燃料領域からｎ番目の中性子検出器に到達する中性子量を算出し、中性子検出器の特性に基づいて、各燃料領域の出力Ｒ_ｍによる中性子検出器の測定値ｄ_ｎｍを算出する。この中性子量の算出では、たとえば、モンテカルロ法、ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ法（ＭＯＣ）による輸送計算等を用いることができる。次に、各燃料領域の出力Ｒ_ｍおよび中性子検出器の測定値ｄ_ｎｍを用いて、式（１）により、検出器応答係数Ｃ_ｎｍを算出する。

【0025】

ｋ番目の燃料領域が出力Ｒ_ｋを有する際に、当該燃料領域で発生する中性子１つが、他のｍ番目の燃料領域で核分裂を引き起こす割合を核分裂発生割合ｒ_ｍｋとした場合に、燃料間出力相関係数Ｆ_ｍｋを次の式（２）で定義する。
燃料間出力相関係数Ｆ_ｍｋ＝ｒ_ｍｋ／ν_ｋ ・・・（２）

【0026】

なお、ν_ｋは、ｋ番目の燃料領域における核分裂中性子発生数である。ここで、核分裂中性子発生数ν_ｋは、たとえば、ｋ番目の燃料領域にわたる各核分裂性核種およびエネルギー領域についての平均値を用いてもよい。

【0027】

燃料間出力相関評価・係数算出部１１２は、核分裂発生割合ｒ_ｍｋを算出する。なお、この際の各燃料領域の出力分布については、検出器応答評価・係数算出部１１１により仮定された出力分布を用いることができる。また、ｋ番目の燃料領域で発生する中性子１つがｍ番目の燃料領域で核分裂を引き起こす核分裂発生割合ｒ_ｍｋの算出に当たっては、たとえば、モンテカルロ法、ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ法（ＭＯＣ）による輸送計算等を用いることができる。そして、核分裂発生割合ｒ_ｍｋと核分裂中性子発生数ν_ｋとを用いて、式（２）により燃料間出力相関係数Ｆ_ｍｋを算出する。

【0028】

出力分布依存検出器応答係数算出部１１３は、以下に説明するように、上記のように算出された検出器応答係数Ｃ_ｎｍ（ｎ＝１～Ｎ、ｍ＝１～Ｍ）と、燃料間出力相関係数Ｆ_ｍｋ（ｋ＝１～Ｍ）に基づいて、出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍ（ｎ＝１～Ｎ、ｍ＝１～Ｍ）を算出する。

【0029】

まず、中性子検出器側からみると、ｎ番目の中性子検出器の測定値Ｄ_ｎは、前述のように、ｍ番目の出力Ｒ_ｍ（ｍ＝１～Ｍ）の燃料領域からの中性子による測定値ｄ_ｎｍのｍが１からＭまでの総和となる。

【0030】

前述の式（１）から、測定値ｄ_ｎｍは、次の式（３）に示すように、出力Ｒ_ｍに検出器応答係数Ｃ_ｎｍを乗じた値となる。
測定値ｄ_ｎｍ＝Ｃ_ｎｍ・Ｒ_ｍ ・・・（３）

【0031】

したがって、ｎ番目の中性子検出器の測定値Ｄ_ｎは、測定値ｄ_ｎｍのｍが１からＭまでの総和として、次の式（４）により算出される。
測定値Ｄ_ｎ＝ｄ_ｎ１＋ｄ_ｎ２＋・・・＋ｄ_ｎＭ
＝Ｃ_ｎ１・Ｒ_１＋Ｃ_ｎ２・Ｒ_２＋・・・＋Ｃ_ｎＭ・Ｒ_Ｍ ・・・（４）

【0032】

一方、燃料領域側から見ると、出力Ｒ_ｋのｋ番目の燃料領域で発生する中性子１つによる、ｍ番目の燃料領域における核分裂発生割合ｒ_ｍｋは、前述の式（２）から、次の式（５）により得られる。
核分裂発生割合ｒ_ｍｋ＝Ｆ_ｍｋ・ν_ｋ・Ｒ_ｋ ・・・（５）

【0033】

ここで、ｍ番目の燃料領域の出力Ｒ_ｍは、次の式（６）に示すように、ｋ番目の燃料領域に起因する核分裂発生割合ｒ_ｍｋのｋが１からＭまでの総和となる。
出力Ｒ_ｍ＝ｒ_ｍ１＋ｒ_ｍ２＋・・・＋ｒ_ｍＭ
＝Ｆ_ｍ１・ν_１・Ｒ_１＋Ｆ_ｍ２・ν_２・Ｒ_２＋・・・＋Ｆ_ｍＭ・ν_Ｍ・Ｒ_Ｍ
・・・（６）

【0034】

したがって、中性子検出器側からみた式（４）と燃料領域側から見た式（６）とを、組み合わせて次の式（７）を得る。
測定値Ｄ_ｎ＝Ｃ_ｎ１・Ｒ_１＋Ｃ_ｎ２・Ｒ_２＋・・・＋Ｃ_ｎＭ・Ｒ_Ｍ
＝Ｃ_ｎ１・Ｒ_１
＋Ｃ_ｎ２・Ｒ_２
＋・・・・
＋Ｃ_ｎＭ・Ｒ_Ｍ
＝Ｃ_ｎ１・(Ｆ_１１・ν_１・Ｒ_１＋Ｆ_１２・ν_２・Ｒ_２＋・・・＋Ｆ_１Ｍ・ν_Ｍ・Ｒ_Ｍ）
＋Ｃ_ｎ２・(Ｆ_２１・ν_１・Ｒ_１＋Ｆ_２２・ν_２・Ｒ_２＋・・・＋Ｆ_２Ｍ・ν_Ｍ・Ｒ_Ｍ)
＋・・・・
＋Ｃ_ｎＭ・(Ｆ_Ｍ１・ν_１・Ｒ_１＋Ｆ_Ｍ２・ν_２・Ｒ_２＋・・・＋Ｆ_ｍＭ・ν_Ｍ・Ｒ_Ｍ)
＝（Ｃ_ｎ１Ｆ_１１ν_１＋Ｃ_ｎ２Ｆ_２１ν_１＋・・・＋Ｃ_ｎＭＦ_Ｍ１ν_１)・Ｒ_１
＋（Ｃ_ｎ２Ｆ_１２ν_２＋Ｃ_ｎ２Ｆ_２２ν_２＋・・・＋Ｃ_ｎＭＦ_Ｍ２ν_２)・Ｒ_２
＋・・・・
＋（Ｃ_ｎＭＦ_１Ｍν_Ｍ＋Ｃ_ｎＭＦ_２Ｍν_Ｍ＋・・・＋Ｃ_ｎＭＦ_ＭＭν_Ｍ)・Ｒ_Ｍ
・・・（７）

【0035】

なお、測定値ベクトルＤＤを、測定値Ｄ_１、Ｄ_２、・・・、Ｄ_Ｎを要素とするＮ次元縦ベクトル、出力ベクトルＲＲを、燃料領域の出力Ｒ_１、Ｒ_２、・・・、Ｒ_Ｍを要素とするＭ次元縦ベクトルとすると、式（７）に基づき、出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣを用いて、両者の関係は、次の式（８）により表される。出力分布依存検出器応答係数算出部１１３では、この出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣの要素を算出する。
ＤＤ＝Ｔ_ＣＣ・ＲＲ ・・・（８）

【0036】

ここで、出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣは、次の式（９）で定義される出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍ（ｎ＝１～Ｎ、ｍ＝１～Ｍ）を要素とするＮ行Ｍ列の行列である。
出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍ＝Ｃ_ｎｍＦ_ｎｍν_ｍ ・・・（９）

【0037】

このように、燃料領域の相互の影響を考慮した出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍを用いることによって、中性子検出器の測定値Ｄ_ｎ（ｎ＝１～Ｎ）を、燃料領域の出力Ｒ_ｍ（ｍ＝１～Ｍ）に基づいて算出することができる。

【0038】

出力分布依存検出器応答係数調整部１１４は、既知の炉心出力分布と、既知の炉心出力分布における検出器計数によって、既知の炉心出力分布における検出器計数を再現するように、出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣの出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍを調整する。この場合、出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍを調整して、検出器測定値Ｄ_ｎｒを、算出測定値Ｄ_ｎｃが再現するように最適化する。この際、最適化手法として最小勾配法、再急降下法、ニュートン法、共役勾配法などが考えられるが、最適化の目的を達成できれば良く様々な手法が適用できるためこれを限定しない。この調整は、運転初期における係数調整の他、例えば、以下のような場合に実施することができる。

【0039】

原子炉炉心の燃焼が進行した際に、その時点での条件で炉心解析によって既知の出力分布を求め、燃焼の影響を補正する場合。原子炉の運転に伴って検出器応答が経時変化した際に、その時点での条件で炉心解析によって既知の出力分布を求め、検出器応答の経時変化の影響を補正する場合。原子炉内の制御棒位置を変化させた際に、その時点での条件で炉心解析によって既知の出力分布を求め、制御棒の影響を補正する場合。原子炉炉心に温度変化が生じた際に、その時点での条件で炉心解析によって既知の出力分布を求め、温度変化による影響を補正する場合。検出器の交換を行った際に、その時点での条件で炉心解析によって既知の出力分布を求め、検出器を交換した影響を補正する場合。また、これらの場合を組み合わせて実施してもよい。

【0040】

そして、出力分布推定部１２０では、出力分布依存検出器応答係数算出部１１３により作成され出力分布依存検出器応答係数調整部１１４で調整された出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍを用いた出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣにより、中性子検出器の測定値から炉心出力分布を推定する。

【0041】

このとき、上記説明では炉外計装からの中性子検出データを利用することを想定しているものの、導出された評価式上からは炉内外の検出器の区別は無く、炉内への検出器配置を行う事でより精度高い出力分布推定ができることから検出器を設ける位置は、炉内で発生した中性子を検出できればよく、炉外計装のものに限定しない。

【0042】

このように構成された本実施形態では、事前に得た定常状態の炉心および検出器周囲の環境等の情報と実際の状況との間に差異が存在する場合であっても、精度良く出力分布の推定を行うことができる。

【0043】

図２、図３は、実施形態に係る原子炉内出力分布推定方法の手順を示すフロー図である。実施形態に係る原子炉内出力分布推定方法は、図２に示す応答性評価ステップ、および、図３に示す出力分布推定ステップを有する。

【0044】

まず、図２に示す応答性評価ステップは、検出器応答評価・係数算出ステップ（１５１～１５３）および燃料間出力相関評価・係数算出ステップ（１６１～１６３）およびこれらの後に実施される出力分布依存検出器応答係数算出ステップ（１７０）の各ステップを有する。

【0045】

検出器応答評価・係数算出ステップは、出力分布仮定ステップ（１５１）、検出器応答評価ステップ（１５２）および検出器応答係数算出ステップ（１５３）を有する。出力分布仮定ステップ（１５１）および検出器応答評価ステップ（１５２）は、互いに前後関係を問わない。これらのステップは、図１に示す検出器応答評価・係数算出部１１１によって実施される。

【0046】

出力分布仮定ステップ（１５１）においては、出力分布、すなわち燃料領域のそれぞれの出力Ｒ_ｍ（ｍ＝１～Ｍ）の値を仮定して設定する。

【0047】

検出器応答評価ステップ（１５２）においては、出力分布仮定ステップ（１５１）において仮定された出力分布に基づいて、検出器応答評価を行う。具体的には、ｍ番目の燃料領域からｎ番目の中性子検出器に到達する中性子量を算出し、予め収納された中性子検出器の特性に基づいて、各燃料領域の出力Ｒ_ｍによる中性子検出器の測定値ｄ_ｎｍを算出する。この中性子量の算出では、前述のように、たとえば、モンテカルロ法、ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ法（ＭＯＣ）による輸送計算等を用いることができる。

【0048】

検出器応答係数算出ステップ（１５３）においては、各燃料領域の出力Ｒ_ｍおよび中性子検出器の測定値ｄ_ｎｍを用いて、前述の式（１）により、検出器応答係数Ｃ_ｎｍを算出する。

【0049】

燃料間出力相関評価・係数算出ステップは、出力相関評価ステップ（１６１）、平均核分裂中性子発生数算出ステップ（１６２）、および燃料間出力相関関係算出ステップ（１６３）を有する。これらのステップは、図１に示す燃料間出力相関評価・係数算出部１１２によって実施される。

【0050】

出力相関評価ステップ（１６１）においては、出力分布仮定ステップ（１５１）において仮定された出力分布に基づいて、核分裂発生割合ｒ_ｍｋを算出する。この際の中性子の挙動の評価については、前述のように、たとえば、モンテカルロ法、ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ法（ＭＯＣ）による輸送計算等を用いることができる。

【0051】

平均核分裂中性子発生数算出ステップ（１６２）においては、核分裂中性子発生数ν_ｋとして、たとえば、ｋ番目の燃料領域にわたる各核分裂性核種およびエネルギー領域についての平均値を算出する。あるいは、外部入力された値を核分裂中性子発生数ν_ｋとして用いる場合は、記憶部から外部入力された値を読み出して、核分裂中性子発生数ν_ｋとして出力する。

【0052】

燃料間出力相関係数算出ステップ（１６３）においては、検出器応答係数算出ステップ（１５３）で得られた核分裂発生割合ｒ_ｍｋと平均核分裂中性子発生数算出ステップ（１６２）において得られた核分裂中性子発生数ν_ｋとを用いて、式（２）により燃料間出力相関係数Ｆ_ｍｋを算出する。

【0053】

出力分布依存検出器応答係数算出ステップ（１７０）においては、図１に示す出力分布依存検出器応答係数算出部１１３が、上記の如く算出された検出器応答係数Ｃ_ｎｍ（ｎ＝１～Ｎ、ｍ＝１～Ｍ）と、燃料間出力相関係数Ｆ_ｍｋ（ｋ＝１～Ｍ）に基づいて、出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣの出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍ（ｎ＝１～Ｎ、ｍ＝１～Ｍ）を算出して格納する。

【0054】

そして、算出・格納された出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍ（ｎ＝１～Ｎ、ｍ＝１～Ｍ）について調整が必要な場合（１７１のＹｅｓの場合）は、図１に示す出力分布依存検出器応答係数調整部１１４による出力分布依存検出器応答係数の調整ステップ（１７２）が実施される。一方、調整が必要でない場合（１７１のＮｏの場合）は、出力相関依存応答係数算出ステップ（１７０）で算出・格納された出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍ（ｎ＝１～Ｎ、ｍ＝１～Ｍ）が後述する出力分布推定ステップにおいて使用される。

【0055】

次に、図３に示す出力分布推定の各ステップについて説明する。これらのステップは、図１に示す出力分布推定部１２０によって実施される。

【0056】

まず、出力分布依存検出器応答係数入力ステップ（１８１）において、図２に示したステップで算出・格納された出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍ（ｎ＝１～Ｎ、ｍ＝１～Ｍ）が入力される。

【0057】

次に、出力分布推定値設定ステップ（１８２）において、原子炉の出力分布の初期値を設定する。すなわち、各燃料領域の出力Ｒ_ｍ（ｍ＝１～Ｍ）の値、あるいは相対値を設定する。出力分布の初期値としては、たとえば、定常運転時の出力分布を用いてもよい。

【0058】

検出器測定値算出ステップ（１８３）では、出力分布推定値設定ステップ（１８２）において設定された出力分布に基づいて、各中性子検出器の出力すなわち算出測定値Ｄ_ｎｃを算出する。各燃料領域の出力Ｒ_ｍ（ｍ＝１～Ｍ）の分布に基づく、中性子検出器の測定値の算出には、出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍが使用される。

【0059】

次に、検出器測定値差分算出ステップ（１８４）では、上記のように算出された算出測定値Ｄ_ｎｃと検出器測定値Ｄ_ｎｒのそれぞれについて全中性子検出器についての合計値が１となるように規格化する。規格化された値を規格化検出器測定値ＮＤ_ｎｒと規格化算出測定値ＮＤ_ｎｃとする。

【0060】

すなわち、次の式（１０）および式（１１）による。
ＮＤ_ｎｒ＝Ｄ_ｎｒ／（ＮＤ_１ｒ＋ＮＤ_２ｒ＋・・・＋ＮＤ_Ｎｒ） ・・・（１０）
ＮＤ_ｎｃ＝Ｄ_ｎｃ／（ＮＤ_１ｃ＋ＮＤ_２ｃ＋・・・＋ＮＤ_Ｎｃ） ・・・（１１）

【0061】

さらに、各中性子検出器の規格化検出器測定値ＮＤ_ｎｒと規格化算出測定値ＮＤ_ｎｃの差分ΔＮＤ_ｎを算出する。

【0062】

目的関数値算出ステップ（１８５）では、測定値差分に基づいて目的関数の値（目的関数値）Ｇを算出する。たとえば、目的関数値Ｇとして、次の式（１２）により、中性子検出器ごとの規格化検出器測定値ＮＤ_ｎｒと規格化算出測定値ＮＤ_ｎｃの差分ΔＮＤ_ｎの絶対値の総和を算出する。
目的関数値Ｇ＝｜ΔＤ_１｜＋｜ΔＤ_２｜＋・・・＋｜ΔＤ_Ｎ｜ ・・・（１２）

【0063】

目的関数値最小判定ステップ（１８６）では、目的関数値Ｇが最小値に到達したか否かを判定する。具体的には、たとえば、目的関数値Ｇが、所定の値ε以下となったか否かを判定する。

【0064】

目的関数値最小判定ステップ（１８６）において目的関数値Ｇが最小値に到達したと判定された場合（Ｙｅｓの場合）は、手順を終了する。

【0065】

一方、目的関数値Ｇが最小値に到達したと判定されなかった場合（Ｎｏの場合）は、出力分布推定値更新ステップ（１８７）に移行する。

【0066】

出力分布推定値更新ステップ（１８７）においては、出力分布推定値設定ステップ（１８２）に戻り、出力分布の推定値を新たな推定値に設定して上記の各ステップを繰り返して実行する。

【0067】

なお、目的関数値最小判定ステップ（１８６）から、出力分布推定値更新ステップ（１８７）、出力分布推定値設定ステップ（１８２）の繰り返しのアルゴリズムは、一般的な最適化のアルゴリズム、あるいは再帰化のアルゴリズムを用いることができる。

【0068】

さらに、式（７）あるいは式（８）は形式的に線形式であることから、具体的には、ＩＭＰＬＥＸ法等の線形アルゴリズムを使用することもできる。あるいは、目的関数値Ｇとして絶対値の総和のような要素を導入した場合のように完全な線形として取り扱うのが難しい場合などは、非線形として取り扱ってもよい。

【0069】

次に、本実施形態による出力分布推定値と、本実施形態における出力分布依存検出器応答係数調整部１１４を具備しない従来手法による出力分布推定値とを比較した例を示す。図５のグラフは、本実施形態による出力分布推定値（図中点線で示す。）と真値（図中実線で示す。）との関係を示しており、図６のグラフは、従来手法による出力分布推定値（図中点線で示す。）と真値（図中実線で示す。）との関係を示している。これらの例では、ある原子炉炉心の外部に検出器を配置した際に得られた係数を用いて出力分布のバランスが変化した際の炉心出力分布を推定しようとしたが、図６に示すように、従来手法による出力分布推定では、真値との差が大きく正確な推定値が得られていない。一方で図５に示すように、本実施形態による出力分布推定では、真値との差をより少なくすることができ、正確な推定値が得られている。

【0070】

更に、本実施形態では、検出器周囲の環境のみならず、燃焼度変化や制御棒位置の変化に対しても係数の調整を行う事で出力分布再構成の精度を向上させる事ができる。この時、実際の運用では、図４に示されるように炉心設計フェーズ１９１で決定した炉心情報に基づいて、最初に係数事前評価フェーズ１９２において出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣの出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍを求める。

【0071】

次に、実際に検出器を配置した際の検出器計数から運転初期における係数調整フェーズ１９３において検出器周辺の環境等の影響を調整できる。更に燃焼度変化、検出器応答の経時変化、制御棒位置の変化、炉心の温度変化、中性子検出器の交換、その他構造物の位置の変化などの影響を適宜運転中の係数評価フェーズ１９４において調整し、運転終了（１９５のＹｅｓ）まで繰り返す。これによって運転開始から終了まで、出力分布依存検出器応答行列Ｔ_ＣＣの出力分布依存検出器応答係数ＣＣ_ｎｍが運転と共に変化した場合であっても微調整を繰り返しながら出力分布の推定精度を維持することができる。

【0072】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0073】

１００……原子炉内出力分布推定装置、１１０……応答特性評価部、１１１……検出器応答評価・係数算出部、１１２……燃料間出力相関評価・係数算出部、１１３……出力分布依存検出器応答係数算出部、１１４……出力分布依存検出器応答係数算調整部、１２０……出力分布推定部、１３０……入力部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】