ガンマ線強度分布測定方法および測定装置
【課題】燃料集合体のガンマ線強度分布の測定時間を短縮する。
【解決手段】燃料集合体１１をある測定角に回転させる回転工程と、平面３４からの距離が異なる複数のコリメータ１４を通過するガンマ線強度をガンマ線検出器１５で測定する測定工程とを繰り返す。次に、平面３４とコリメータ１４との最も大きい距離を半径とし回転軸３３を中心とする円よりも外側に位置する燃料棒のガンマ線強度の分布を、それらの燃料棒の本数以上の測定角で測定したガンマ線強度に基づいて算出する。その後、平面３４とコリメータ１４との２番目に大きい距離を半径とする円の外側でガンマ線強度を算出していない燃料棒のガンマ線強度の分布を、それらの燃料棒１２の本数以上の測定角で測定したガンマ線強度と、既に算出したガンマ線強度とに基づいて算出する。
【解決手段】燃料集合体１１をある測定角に回転させる回転工程と、平面３４からの距離が異なる複数のコリメータ１４を通過するガンマ線強度をガンマ線検出器１５で測定する測定工程とを繰り返す。次に、平面３４とコリメータ１４との最も大きい距離を半径とし回転軸３３を中心とする円よりも外側に位置する燃料棒のガンマ線強度の分布を、それらの燃料棒の本数以上の測定角で測定したガンマ線強度に基づいて算出する。その後、平面３４とコリメータ１４との２番目に大きい距離を半径とする円の外側でガンマ線強度を算出していない燃料棒のガンマ線強度の分布を、それらの燃料棒１２の本数以上の測定角で測定したガンマ線強度と、既に算出したガンマ線強度とに基づいて算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉に装荷される燃料集合体のガンマ線強度分布の測定方法および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉燃料の運転中の出力分布を非破壊測定するため、燃料から放出されるガンマ線を測定する装置がある。たとえば、特許文献１には、燃料集合体を回転させながらコリメータを介してガンマ線を測定し、燃料棒ごとのガンマ線強度分布を測定する装置が記載されている。この測定装置は、測定結果と原子炉管理用計算機による計算結果との比較を行うことによって、管理用計算結果の妥当性を立証するために利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第１５９６０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された測定装置では、単一のコリメータによるガンマ線測定を行ったとき、少なくとも燃料棒本数より多いガンマ線測定値を得る必要がある。すなわち、測定回数は燃料棒本数よりも多く必要である。さらに測定点数を多くすると測定精度を向上させることができる。しかし、単に測定点数を多くすると、測定に要する時間が長くなることになる。
【０００５】
また、燃料集合体は軸方向に約４ｍの長さを持ち、原子炉での照射途中で微小に変形している場合がある。このため、堅固にこれを支持し、かつ、回転駆動部で正確な回転角度情報が得られたとしても、実際の測定部位の回転角度と正確に一致しない可能性がある。このため、ガンマ線強度分布の算出に用いる応答の正確さが損なわれ、測定精度を劣化させる可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、燃料集合体のガンマ線強度分布の測定時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明は、複数の燃料棒を束ねた燃料集合体の中心軸に垂直な面内でのそれぞれの前記燃料棒が放出するガンマ線強度の分布を測定するガンマ線強度分布測定方法において、前記燃料集合体を前記中心軸に平行な回転軸の周りの測定角に回転させる回転工程と、この回転工程の後に前記回転軸を含む平面からの距離が第１長さであり前記平面に平行な第１コリメータを通過するガンマ線強度および前記回転軸を含む平面からの距離が第１長さよりも小さい第２長さであり前記平面に平行な第２コリメータを通過するガンマ線強度を測定する測定工程とを、前記測定角の数が前記第１コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数および前記第２コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒であって前記第１コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒ではないものの本数の少なくない方以上となるように繰り返す回転測定工程と、前記第１コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を、前記第１コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数以上の前記測定角で前記第１コリメータを通過したガンマ線強度に基づいて算出する第１演算工程と、前記第１演算工程の後に、前記第２コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を、前記第２コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒であって前記第１コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒以外の本数以上の前記測定角で前記第２コリメータを通過したガンマ線強度および前記第１演算工程で求めたに前記第１コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布に基づいて算出する第２演算工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、複数の燃料棒を束ねた燃料集合体の中心軸に垂直な面内でのそれぞれの前記燃料棒が放出するガンマ線強度の分布を測定するガンマ線強度分布測定装置において、前記燃料集合体を支持して前記軸に平行な回転軸の周りの測定角に回転させる支持回転機と、前記回転軸を含む平面からの距離が第１長さであり前記平面に平行なガンマ線を通過させる第１コリメータと、前記第１コリメータ通過するガンマ線の強度を測定する第１ガンマ線検出器と、前記回転軸を含む平面からの距離が第１長さよりも小さい第２長さであり前記平面に平行なガンマ線を通過させる第２コリメータと、前記第２コリメータを通過するガンマ線の強度を測定する第２ガンマ線検出器と、を備えたガンマ線測定器集合体と、前記測定角の数が前記第１ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数および前記第２ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出するガンマ線を放出する前記燃料棒であって前記第１ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出するガンマ線を放出する前記燃料棒ではないものの本数以上となるように繰り返し前記支持回転機に前記燃料集合体を前記回転軸の周りに回転させて前記第１ガンマ線検出器および前記第２ガンマ線検出器にガンマ線の強度を測定させる測定制御器と、前記第１ガンマ線検出器で測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を前記第１ガンマ線検出器で測定されたガンマ線強度に基づいて算出し、前記第２ガンマ線検出器で測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を、前記第２ガンマ線検出器で測定されたガンマ線強度および前記第１ガンマ線検出器で測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布に基づいて算出する分布演算器と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、複数の燃料棒を束ねて角筒状のチャンネルボックスを装着された燃料集合体の中心軸に垂直な平面内でのそれぞれの前記燃料棒が放出するガンマ線強度の分布を測定するガンマ線強度分布測定方法において、前記燃料集合体を前記回転軸の周りの測定角に回転させる回転工程と、この回転工程の後に前記中心軸に平行な平面に平行なコリメータを通過するガンマ線強度を測定する測定工程と、前記コリメータに垂直な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第１および第２距離測定工程と、前記コリメータおよび前記回転軸に平行な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第３および第４距離測定工程と、前記第１および第２距離測定工程で測定した距離および前記第３および第４距離測定工程で測定した距離に基づいて前記コリメータに対する前記燃料集合体の中心軸の位置および前記燃料集合体の前記回転軸の周りの回転角を算出する角度算出工程とを、前記測定角の数が前記コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数以上となるように繰り返す回転測定工程と、前記コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を、前記コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数以上の前記測定角で前記コリメータを通過したガンマ線強度に基づいて算出する演算工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、複数の燃料棒を束ねた燃料集合体の軸に垂直な平面内でのそれぞれの前記燃料棒が放出するガンマ線強度の分布を測定するガンマ線強度分布測定装置において、前記燃料集合体を支持して前記燃料集合体の軸に平行な回転軸の周りの測定角に回転させる支持回転機と、前記回転軸を含む平面に平行なガンマ線を通過させるコリメータと、前記コリメータを通過するガンマ線の強度を測定するガンマ線検出器と、前記コリメータに垂直な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第１および第２距離測定器と、前記コリメータおよび前記回転軸に平行な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第３および第４距離測定器と、を備えたガンマ線測定器集合体と、前記第１および第２距離測定器で測定した距離および前記第３および第４距離測定器で測定した距離に基づいて前記コリメータに対する前記燃料集合体の中心軸の位置および前記燃料集合体の前記回転軸の周りの回転角を算出し、前記測定角の数が前記第１ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数および前記第２ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数の少なくない方以上となるように繰り返し前記支持回転機に前記燃料集合体を前記回転軸の周りに回転させて前記ガンマ線検出器にガンマ線の強度を測定させる測定制御器と、前記ガンマ線検出器で測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を前記ガンマ線検出器で測定されたガンマ線強度に基づいて算出する分布演算器と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料集合体のガンマ線強度分布の測定時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第１の実施の形態に用いるガンマ線強度分布測定装置の燃料集合体の横断面およびガンマ線検出器集合体の横断面とともに示すブロック図である。
【図２】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第１の実施の形態に用いるガンマ線強度分布測定装置の燃料集合体の側面およびガンマ線検出器集合体の立断面とともに示すブロック図である。
【図３】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第１の実施の形態において測定角が０度の場合の燃料集合体とガンマ線測定器集合体との位置関係を示す拡大横断面図である。
【図４】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第１の実施の形態において測定角が４５度の場合の燃料集合体とガンマ線測定器集合体との位置関係を示す拡大横断面図である。
【図５】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第１の実施の形態において測定角の設定方法を示す図であって、（ａ）は燃料集合体の横断面図であり、（ｂ）は（ａ）でＡ、Ｂ、Ｃの符号をつけた燃料棒の測定角が０度から９０度での応答Ｒの計算値のグラフである。
【図６】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第２の実施の形態に用いるガンマ線強度分布測定装置の燃料集合体の横断面およびガンマ線検出器集合体の横断面とともに示すブロック図である。
【図７】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第２の実施の形態に用いるガンマ線強度分布測定装置の燃料集合体の側面およびガンマ線検出器集合体の立断面とともに示すブロック図である。
【図８】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第２の実施の形態において燃料集合体とガンマ線測定器集合体との間の距離の測定状況を示す模式的横断面図である。
【図９】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第２の実施の形態において燃料集合体とガンマ線測定器集合体との間の距離の他の測定状況を示す模式的横断面図である。
【図１０】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第２の実施の形態において燃料集合体とガンマ線測定器集合体との間の距離と回転角度の関係を示す模式的横断面図である。
【図１１】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第２の実施の形態において燃料集合体とガンマ線測定器集合体との間の距離の測定状況の他の例を示す模式的横断面図である。
【図１２】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第３の実施の形態に用いるガンマ線測定器集合体の図１３および図１４のXII−XII矢視断面図である。
【図１３】図１２および図１４のXIII−XIII矢視断面図である。
【図１４】図１２および図１３のXIV−XIV矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第１の実施の形態に用いるガンマ線強度分布測定装置の燃料集合体の横断面およびガンマ線検出器集合体の横断面とともに示すブロック図である。図２は、本発実施の形態に用いるガンマ線強度分布測定装置の燃料集合体の側面およびガンマ線検出器集合体の立断面とともに示すブロック図である。
【００１５】
ガンマ線強度分布測定装置は、複数の燃料棒１２を束ねた燃料集合体１１の軸に垂直な平面内でのそれぞれの燃料棒１２が放出するガンマ線強度の分布を測定する。本実施の形態において、燃料集合体１１は、中央付近に２本のウォータロッド３９を設けて非沸騰水領域を確保し、その周りに７４本の燃料棒１２を９行９列に束ねたものであるが、他の形状であってもよい。また、燃料集合体１１には、チャンネルボックス１９が装着されている。
【００１６】
ガンマ線強度分布測定装置は、支持回転機１３、ガンマ線測定器集合体１６、測定制御器１７および分布演算器１８を有している。支持回転機１３は、ガンマ線強度分布の測定対象である燃料集合体１１を支持し、燃料集合体１１の軸に平行な回転軸３３の周りに回転させる。回転軸３３は、たとえば燃料集合体１１の中心軸と同じである。
【００１７】
支持回転機１３は、たとえば台座２１と駆動機構２２とを備えている。台座２１は、軸を鉛直方向に向けて載置される燃料集合体１１を支持する。駆動機構２２は、燃料集合体１１の軸を中心として台座２１を駆動モータなどで回転させる。支持回転機１３は、保持部２３を備えていてもよい。保持部２３は、たとえば燃料集合体１１の軸方向の中央部より高い位置に設けられ、燃料集合体１１が鉛直に起立するように保持する。また、保持部２３は、燃料集合体１１の位置を正確に規定する機能も有する。保持部２３は、台座２１と同期して回転する機構、あるいは、自由に回転する機構が設けられている。
【００１８】
支持回転機１３による燃料集合体１１の回転角は、測定制御器１７によって制御される。また、支持回転機１３による燃料集合体１１の回転角度は支持回転機１３によって測定され、その回転角度情報は測定制御器１７に伝達される。支持回転機１３による燃料集合体１１の回転角度は、たとえば駆動機構２２の駆動モータにパルス駆動式モータを採用することによって正確に知ることができる。あるいは、台座２１の回転軸に、回転量をディジタルパルスに変換するエンコーダ装置をとりつけることによっても、正確に知ることができる。
【００１９】
ガンマ線測定器集合体１６は、複数のコリメータ１４と複数のガンマ線検出器１５とを備えている。ガンマ線測定器集合体１６は、燃料集合体１１の側面にコリメータ１４の一方の端部が向かうように配置される。それぞれのコリメータ１４は、回転軸３３を含む平面３４に平行なガンマ線を通過させる。また、それぞれのコリメータ１４は、回転軸３３を含む平面３４からの距離が互いに異なる位置に設けられている。それぞれのガンマ線検出器１５は、それぞれのコリメータ１４を通過したガンマ線の強度を測定する。
【００２０】
本実施の形態では、ガンマ線測定器集合体１６は３つのコリメータ１４およびそれらに対応するガンマ線検出器１５を備えている。１つのコリメータ１４は、その延長線が燃料集合体１１の中心を通るように配置されている。また、他の２つのコリメータ１４は、燃料集合体１１の中心からコリメータに平行な直線への法線の長さが異なる。
【００２１】
それぞれのコリメータ１４のスリット幅は、燃料棒１２の幅よりも狭いことが望ましい。現在の軽水炉用燃料集合体の燃料棒１２の外径はおよそ１ｃｍ程度であるから、このような燃料集合体１１の場合、コリメータ１４のスリット幅は１ｍｍから５ｍｍが適切である。ガンマ線計数率は、それぞれの燃料棒１２のガンマ線の強度、および、ガンマ線検出器１５のガンマ線検出効率に依存する。コリメータ１４の長さ、燃料集合体１１からコリメータ１４までの距離は、ガンマ線計数率が適切になるように設計される。コリメータ１４の長さは、燃料棒１２を見込む立体角の広がりを防ぐよう２０ｃｍ以上とすることが望ましい。
【００２２】
運転中の出力分布を測定する場合には、核分裂生成物のバリウム１４０が崩壊して生じたランタン１４０が放出する１．６ＭｅＶのガンマ線を測定する方法が有効である。バリウム１４０は半減期が約１３日であり、その分布は原子炉停止の前２週間程度の出力分布を良く反映する。このような目的の場合、ガンマ線検出器１５は、１．６ＭｅＶのガンマ線を識別して測定する必要がある。そこで、このような目的の場合には、ガンマ線検出器１５として、ガンマ線スペクトル測定ができるＮａＩシンチレーション検出器、ＢＧＯシンチレーション検出器、Ｇｅ半導体検出器、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅ半導体検出器などを用いることができる。
【００２３】
燃料集合体１１の軸方向の異なる位置のガンマ線強度分布を測定する場合には、ガンマ線測定器集合体１６を、燃料集合体１１の軸方向に、燃料集合体１１に対して相対的に移動させる。この場合、ガンマ線測定器集合体１６を移動させてもよいし、燃料集合体１１を移動させてもよい。
【００２４】
このガンマ線強度分布測定装置を用いたガンマ線強度分布測定方法では、回転測定工程と、演算工程とを行う。回転測定工程は、回転工程と、測定工程とを含む。
【００２５】
回転工程では、燃料集合体１１を回転軸３３の周りの所定の測定角に回転させる。回転工程の後に行われる測定工程では、それぞれのコリメータ１４を通過するガンマ線強度をそれぞれに対応するガンマ線検出器１５で測定する。回転工程および測定工程は、それぞれのコリメータ１４を通過するガンマ線を放出する燃料棒１２の本数の最小値以上の回数繰り返す。
【００２６】
演算工程は、コリメータ１４の数だけ行われる。第１演算工程では、回転軸３３を通る平面３４からの距離が最も大きいコリメータ１４を通過して測定された燃料棒１２のガンマ線強度分布を算出する。第１演算工程の後に行われる第２演算工程では、回転軸３３を通る平面３４からの距離が２番目に大きいコリメータ１４を通過して測定された燃料棒１２のガンマ線強度分布を算出する。第２演算工程の後に行われる第３演算工程では、回転軸３３を通る平面３４からの距離が最も小さいコリメータ１４を通過して測定された燃料棒１２のガンマ線強度分布を算出する。
【００２７】
図３は、本実施の形態において測定角が０度の場合の燃料集合体とガンマ線測定器集合体との位置関係を示す拡大横断面図である。図４は、本実施の形態において測定角が４５度の場合の燃料集合体とガンマ線測定器集合体との位置関係を示す拡大横断面図である。
【００２８】
回転軸３３を含む平面３４からの距離が最も大きく第１長さＤ１であるコリメータを、第１コリメータ４１と呼ぶこととする。回転軸３３を含む平面３４からの距離が２番目に大きく第２長さＤ２であるコリメータを、第２コリメータ４２と呼ぶこととする。回転軸３３を含む平面３４からの距離が０であるコリメータを、第３コリメータ４３と呼ぶこととする。また、測定角θとは、第３コリメータ４３を延長した直線に対する角度とする。
【００２９】
第１コリメータ４１を通過したガンマ線を検出するガンマ線検出器を、第１ガンマ線検出器５１と呼ぶこととする。第２コリメータ４２を通過したガンマ線を検出するガンマ線検出器を、第２ガンマ線検出器５２と呼ぶこととする。第３コリメータ４３を通過したガンマ線を検出するガンマ線検出器を、第３ガンマ線検出器５３と呼ぶこととする。
【００３０】
測定角θが０度の場合は、図３に示すように、燃料集合体１１の外辺は第１コリメータ４１の延長線と水平および直角となっている。この状態では、第１コリメータ４１は、１本も燃料棒１２を見込んでおらず、第１ガンマ線検出器５１はガンマ線を検出しない。また、測定角θが４５度の場合には、図４に示すように、第１コリメータ４１は、２本の燃料棒１２を見込んでいて、これらの燃料棒１２から放出されるガンマ線は、第１ガンマ線検出器５１で測定される。
【００３１】
つまり、第１コリメータ４１を通過して第１ガンマ線検出器５１で検出されるガンマ線は、図３および図４に実線で示した、回転軸３３を中心とし半径が回転軸を通る平面から第１コリメータ４１までの距離Ｄ１である円３１よりも外側にある燃料棒１２が放出するガンマ線に限られる。本実施の形態では、第１コリメータ４１を通過して測定されるガンマ線を放出する燃料棒１２には、燃料集合体１１の４箇所の角にそれぞれ存在する３本ずつ合計１２本の燃料棒１２が該当する。
【００３２】
第２コリメータ４２を通過して第２ガンマ線検出器５２で検出されるガンマ線は、図３および図４に破線で示した、回転軸３３を中心とし半径が回転軸を通る平面から第２コリメータ４２までの距離Ｄ２である円３２よりも外側にある燃料棒１２が放出するガンマ線に限られる。本実施の形態では、第２コリメータ４２を通過して測定されるガンマ線を放出する燃料棒１２には、４４本の燃料棒１２が該当する。このうち、第１コリメータ４１を通過せず、すなわち第１ガンマ線検出器５１で検出されないガンマ線を放出する燃料棒１２には、３２本が該当する。
【００３３】
第３コリメータ４３を通過して第３ガンマ線検出器５３で検出されるガンマ線は、燃料集合体１１の全て、すなわち７４本の燃料棒１２である。このうち、他のコリメータ４１，４２を通過せず、すなわち、他のガンマ線検出器５１，５２で検出されないガンマ線を放出する燃料棒１２には、３０本が該当する。
【００３４】
それぞれのコリメータ１４を通過してそのコリメータ１４に対応するガンマ線検出器１５で測定されるガンマ線を放出する燃料棒１２のガンマ線強度の分布は、それらの燃料棒１２の本数以上の測定角で測定されたガンマ線の強度に基づいて算出できる。本実施の形態では、第１ガンマ線検出器５１で検出されるガンマ線を放出する１２本の燃料棒１２のガンマ線強度は、１２の測定角で測定されたガンマ線の強度に基づいて算出できる。
【００３５】
また、第２ガンマ線検出器５２で検出されるガンマ線には、第１ガンマ線検出器５１で検出されるガンマ線を放出する燃料棒１２から放出されるものが含まれる場合がある。しかし、第１ガンマ線検出器５１で検出されるガンマ線を放出する１２本の燃料棒１２のガンマ線強度を算出しておけば、第２ガンマ線検出器５２で検出されるガンマ線を放出する燃料棒１２のうち第１ガンマ線検出器５１で検出されないガンマ線を放出する３２本の燃料棒１２は、３２の測定角で測定されたガンマ線の強度に基づいて算出できる。
【００３６】
第２ガンマ線検出器５２で検出されるガンマ線を放出する燃料棒１２のうち第１ガンマ線検出器５１で検出されないガンマ線を放出する３２本の燃料棒１２のガンマ線強度の算出に必要な４４の測定角でのガンマ線強度のうち、少なくとも一部は、第１ガンマ線検出器５１で検出されるガンマ線を放出する１２本の燃料棒１２のガンマ線強度と同一の測定角で測定できる。
【００３７】
同様に、第３ガンマ線検出器５３で検出されるガンマ線を放出する燃料棒１２のうち第１ガンマ線検出器５１および第２ガンマ線検出器５２で検出されないガンマ線を放出する３０本の燃料棒１２のガンマ線強度の算出に必要な１８の測定角でのガンマ線強度のうち、少なくとも一部は、第１ガンマ線検出器５１および第２ガンマ線検出器５２で検出されるガンマ線を放出する４４本の燃料棒１２のガンマ線強度と同一の測定角で測定できる。
【００３８】
測定角が同一であれば、同時に測定することが可能である。よって、本実施の形態では、１つのガンマ線検出器で燃料棒１２のガンマ線強度分布を測定する場合に比べて、測定時間を短縮することができる。また、測定時間が短縮できるため、限定された作業時間の中で１つの測定角での測定時間を長くしてガンマ線の計数を大きくすることができ、その結果、ガンマ線強度の測定精度を向上させることができる。さらに、燃料棒ごとのガンマ線強度分布を効率的に精度のよく測定し、炉心管理用計算の妥当性をより高い精度で立証することができる。
【００３９】
次に、ガンマ線強度分布の算出方法について説明する。ガンマ線強度を測定される燃料棒１２の本数をＮとすると、ガンマ線測定値Ｃは、ガンマ線強度Ｇと応答Ｒとにより、
【数１】
と表される。ここで、Ｃｊはｊ番目の測定角θｊでのガンマ線強度の測定値、Ｒｉ，ｊはｊ番目の測定角θｊに対するｉ番目の燃料棒１２の応答、Ｇｉはｉ番目の燃料棒１２のガンマ線強度である。燃料棒１２の応答Ｒｉ，ｊとは、燃料集合体１１のうち１本の燃料棒１２だけがガンマ線を放出した場合の、燃料集合体１１から外部に放出されてコリメータ１４を通過してガンマ線検出器１５でｊ番目の測定角θｊで測定されたガンマ線強度の、その燃料棒１２のガンマ線強度に対する比である。
【００４０】
燃料棒１２の応答Ｒｉ，ｊは、測定する全ての測定角で計算あるいは標準線源の測定によって求める。燃料棒１２の応答Ｒｉ，ｊの導出は、たとえばガンマ線強度の測定の前に予め行っておく。燃料棒１２の応答Ｒｉ，ｊを計算で求める場合は、ガンマ線輸送計算あるいはモンテカルロ計算を用いることができる。
【００４１】
測定される燃料棒１２の本数Ｎ以上のＭ回の測定を行うことにより、
【数２】
という連立方程式が得られる。Ｎ個の未知数Ｇ１、…、ＧＮは、
【数３】
の最小二乗解として得られる。
【００４２】
（３）式を行列式で表すと、
【数４】
となる。ここで、行列Ａ、Ｃ、Ｇを
【数５】
【数６】
【数７】
と定義すると、
Ａ×Ｇ＝Ｃ （８）
が得られる。よって、
Ｇ＝Ａ−１×Ｃ （９）
を解くことにより、解Ｇが得られる。ここで、Ａ−１はＡの逆行列である。
【００４３】
このようにして、第１コリメータ４１を通過して測定されたガンマ線を放出した燃料棒１２のそれぞれのガンマ線強度の分布は、それらの燃料棒１２の本数以上の測定角において第１ガンマ線検出器５１で測定されたガンマ線強度に基づいて算出することができる。つまり、第１ガンマ線検出器５１で測定されるガンマ線を放出する１２（＝Ｎ）本の燃料棒１２のガンマ線強度Ｇ１、…、Ｇ１２は、１２以上のＭ個の測定角で測定されたガンマ線の強度に基づいて算出される。
【００４４】
第２コリメータ４２を通過して第２ガンマ線検出器５２で測定されたガンマ線を放出した燃料棒１２のそれぞれのガンマ線強度は、次のようにして算出される。第２ガンマ線検出器５２で測定されたガンマ線強度は、回転軸３３からの距離がＤ２の円３２よりも外側にある４４本の燃料棒から放出されたものである。このうち、回転軸３３からの距離がＤ１の円３１よりも外側にある１２本の燃料棒１２のガンマ線強度分布は得られている。したがって、残りの３２本の燃料棒１２のそれぞれのガンマ線強度が未知数として残っている。
【００４５】
また、第１ガンマ線検出器５１と第２ガンマ線検出器５２のガンマ線検出効率が異なる場合には、この検出効率の比率が未知数として残ることとなる。第１ガンマ線検出器５１と第２ガンマ線検出器５２のガンマ線検出効率が同じとみなすことできる場合、あるいは、ガンマ線検出効率の比率が予備測定などによって決定されている場合には、検出効率の比率を未知数として取り扱う必要はない。
【００４６】
検出効率の比率ｋを未知数とすると、第２ガンマ線検出器５２で検出されるガンマ線を放出する燃料棒１２の本数は４４（＝Ｎ２）であり、このうち第１ガンマ線検出器５１で検出されたガンマ線を放出する燃料棒１２の本数は１２（＝Ｎ１）本であり、第１ガンマ線検出器５１で検出されないガンマ線を放出する燃料棒１２の本数は３２本であるから、（２）式に相当する式として、
【数８】
すなわち、
【数９】
と書くことができる。ここで、Ｇ１〜Ｇ１２は、第１ガンマ線検出器５１で測定されたガンマ線を放出した燃料棒１２のガンマ線強度であり、既知量である。また、Ｇ１３〜Ｇ４４は、第２ガンマ線検出器５２で測定されたガンマ線を放出した燃料棒１２ののうち第１ガンマ線検出器５１で検出されないガンマ線を放出する燃料棒１２のガンマ線強度である。
【００４７】
（１０）式では、右辺の最終項のカッコ内の値が既知であるから、Ｇ１３〜Ｇ４２とｋを合わせた（Ｎ２−Ｎ１＋１）個の未知数について、（３）式から（９）式に準ずる一連の演算を行う。これにより、第２ガンマ線検出器５２で測定されたガンマ線を放出した燃料棒１２のガンマ線強度が求められる。
【００４８】
第３ガンマ線検出器５３で測定されるガンマ線は、燃料集合体１１の全ての燃料棒１２から放出されたものである。既に４４本の燃料棒１２についてガンマ線強度分布が得られているので、第２ガンマ線検出器５２で測定されたガンマ線を放出した燃料棒１２のガンマ線強度と同様に、未知数である残り３０本のガンマ線強度分布と検出効率の比を解く。このようにして、燃料集合体１１の全ての燃料棒１２のガンマ線強度分布が得られる。
【００４９】
本実施の形態では、回転軸３３を通る平面３４からの距離に応じて燃料棒１２をグループ分けして、外側のグループから順次ガンマ線強度分布を求める。また、ガンマ線測定器集合体１６を構成するそれぞれのコリメータ１４とガンマ線の検出効率を含めて演算を行う。
【００５０】
コリメータ１４とガンマ線検出器１５の組の数は３に限られない。この組の数をを多くしてゆけば、ひとつの回転角度のときに複数の検出器で重複して測定できるので、結果として測定値の数が増えることになる。その結果、全体として測定回数を減らせる、すなわち、測定時間を減少させて効率的に測定が可能となる。コリメータ１４とガンマ線検出器１５の組の数は、ガンマ線検出器１５の寸法による配置の制約と、装置全体の価格などを勘案して決定する。
【００５１】
測定角は、たとえば５度など所定の角度ごととしてもよい。しかし、測定角の設定の仕方によっては、測定誤差が大きくなる可能性があり、それを補うために測定角の数を多くしてしまうと測定時間の増大につながってしまう。
【００５２】
図５は、本実施の形態において測定角の設定方法を示す図であって、（ａ）は燃料集合体の横断面図であり、（ｂ）は（ａ）でＡ、Ｂ、Ｃの符号をつけた燃料棒の測定角が０度から９０度での応答Ｒの計算値のグラフである。Ａ、Ｂ、Ｃの符号をつけた燃料棒１２の応答Ｒは、モンテカルロ計算によって算出した。コリメータ１４のスリット幅は２ｍｍ、コリメータ１４の長さは４０ｃｍ、燃料集合体１１の中心（回転軸３３）からコリメータまでの距離を３０ｃｍとした。
【００５３】
この応答Ｒに基づいて、Ａ、Ｂ、Ｃの符号をつけた燃料棒１２のガンマ線強度分布をある値に仮定した場合のガンマ線強度の測定値を算出した。ガンマ線検出器１５の測定値に誤差が含まれないならば、仮定したガンマ線強度分布が上述の方法で得られるはずである。しかし、実際には、ガンマ線検出器１５の測定値に誤差が含まれる。測定誤差は、ガンマ線測定値の統計誤差、燃料集合体１１の回転角度や燃料棒１２の位置の微小な設定誤差に起因する。
【００５４】
そこで、計算機のランダム関数を利用して、これらに起因するガンマ線測定値の誤差を一定の範囲内で無作為に作成し、それが測定結果に与える影響を調べた。この結果、測定を行う燃料集合体の回転角度（測定角）は、たとえば１度毎などの等間隔とした場合よりも、むしろ、図５（ｂ）に○印で図示したように、各燃料棒の応答の極大値付近の角度を選択した場合の方が、ガンマ線強度分布が正確に求められることがわかった。
【００５５】
次の表は、測定角を１度ないし６度毎の等間隔のステップで変化させたときと、図５（ｂ）の○印のように選択したときについて、測定誤差の平均値および標準偏差を示す表である。ここで、燃料集合体１１の回転角度の設定誤差は１度、ガンマ線計数の誤差を１％の範囲内でランダムに設定した。また、測定誤差の平均値および標準偏差は、１０００回計算したときの値である。
【表１】
【００５６】
この結果から、測定角として応答の極大値付近を選択したときは、測定点が少ない３２点であっても、１度ごとに測定したときと同等かそれ以上の測定精度が得られることが分かった。つまり、測定角として応答の極大値から所定の範囲内の角度を選択することにより、測定精度を向上させることができる。したがって、測定角は、少なくともそれぞれの燃料棒１２の応答が極大となる角度から所定の範囲内の角度を含むようにすることが好ましい。
【００５７】
なお、図５（ｂ）に示した測定角で測定できるのは、３本の燃料棒１２についてであるが、コーナ部の他の９本はこれら３本の対称位置にあるので、応答Ｒについてはこれら３本の結果で代用できる。
【００５８】
このように、燃料棒１２ごとのガンマ線強度分布を測定する際に、各燃料棒１２の応答が極大となる回転角度を選択して測定および演算することによって、より精度の高いガンマ線強度分布が測定できる。また、複数のガンマ線検出器１５による測定値に基づいて外側から順に演算していくとき、ガンマ線検出器１５ごとに測定対象となる燃料棒１２の応答の極大値にあたる角度が異なる。そこで、各ステップの演算ごとに、選ぶ角度を変えることで、演算精度を向上することができる。
【００５９】
［第２の実施の形態］
図６は、本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第２の実施の形態に用いるガンマ線強度分布測定装置の燃料集合体の横断面およびガンマ線検出器集合体の横断面とともに示すブロック図である。図７は、本実施の形態に用におけるガンマ線強度分布測定装置の燃料集合体の側面およびガンマ線検出器集合体の立断面とともに示すブロック図である。
【００６０】
本実施の形態のガンマ線強度分布測定装置は、距離測定器１０を備えている。距離測定器１０は、距離測定器支持板６０に固定されている。距離測定器支持板６０は、ガンマ線測定器集合体１６に固定されている。したがって、距離測定器１０は、ガンマ線測定器集合体１６との相対的な位置関係が変化しないようになっている。距離測定器１０としては、たとえばレーザ光の反射を利用した距離計が指向性の高さや高精度かつ非接触測定の点で好適である。
【００６１】
距離測定器１０は、燃料集合体１１に装着されたチャンネルボックス１９までの距離を測定する。距離測定器１０は、４つ設けられている。２つの距離測定器１０は、コリメータ１４が延びる方向に平行な距離を測定する。他の２つの距離測定器１０は、コリメータ１４が延びる方向に垂直な距離を測定する。
【００６２】
距離測定器１０が測定した距離の情報は、測定制御器１７に伝達される。測定制御器１７は、距離測定器１０が測定した距離に基づいて、燃料集合体１１が回転軸３３の周りにどれだけ回転したかを算出する。さらに、測定制御器１７は、距離測定器１０が測定した距離に基づいて、回転軸３３がガンマ線測定器集合体１６に対してどれだけ平行移動したかを算出してもよい。
【００６３】
燃料棒１２（図３参照）ごとのガンマ線強度分布を測定するとき、分布演算器で使用する応答Ｒを正確に用いるためには、燃料集合体１１の回転角度や、位置を正確に把握することが測定精度を向上のために重要である。燃料集合体１１の回転角度は、燃料集合体支持回転機１３に備えられた駆動モータの制御パルスあるいは回転軸に取り付けられたエンコーダ装置によって得られる回転角度に関する情報から知ることができる。
【００６４】
燃料集合体１１は軸方向の長さが約４ｍの長さであり、さらに、原子炉での照射途中で微小に変形している場合がある。このため、堅固に燃料集合体１１を支持し、かつ、回転駆動部で正確な回転角度情報を得たとしても、実際の測定部位の回転角度と正確には一致しない可能性がある。燃料集合体支持回転機において、燃料集合体１１を保持しこれを回転する機構と測定部位との距離を近接させると、実際の測定部位の回転角度の誤差は小さくなると考えられる。
【００６５】
しかし、種々の制約からそのような手段が講じえない場合も現実には考えられる。本実施の形態における測定は、主として原子力発電所で原子炉に付設される燃料プール内で行われる。沸騰水型原子炉の燃料プールには、燃料集合体１１のチャンネルボックス１９の着脱を目的としたチャネル着脱装置が設置されている。たとえば、本実施の形態における測定を、既設のチャンネルボックス着脱装置を燃料集合体支持回転機として用いる場合などには、燃料集合体１１の回転角度や位置の情報を正確に制御することは困難である。このような場合、ガンマ線強度分布の測定精度が低下する可能性がある。
【００６６】
そこで本実施の形態では、燃料集合体支持回転機１３から伝達される回転角度に関する情報に加えて、あるいは、この回転角度に関する情報に代えて、距離測定器１０によって測定された距離情報に基づいて燃料集合体１１の回転角度を算出する。
【００６７】
図８は、本実施の形態において燃料集合体とガンマ線測定器集合体との間の距離の測定状況を示す模式的横断面図である。図９は、本実施の形態において燃料集合体とガンマ線測定器集合体との間の距離の他の測定状況を示す模式的横断面図である。
【００６８】
図８および図９に示すように、４つの距離測定器１０からの燃料集合体１１に装着されたチャンネルボックス１９までの距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が測定される。燃料集合体１１が回転軸３３の周りに回転することにより、これらの距離は変化する。また、燃料集合体１１の回転軸３３が距離測定器１０に対して平行移動した場合にも、これらの距離が変化する。
【００６９】
図１０は、本実施の形態において燃料集合体とガンマ線測定器集合体との間の距離と回転角度の関係を示す模式的横断面図である。なお、図１０において燃料集合体１１に装着されたチャンネルボックス１９のコーナ部の丸みは無視し、チャンネルボックス１９の横断面は正方形とした。図１０中のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、チャンネルボックス１９の４つのコーナ部を示している。
【００７０】
図１０において、ガンマ線測定器集合体１６に対する相対的位置が固定された基準となる仮想的な点を原点（０，０）とした。コリメータ１４が延びる直線に沿って原点からガンマ線測定器集合体１６に近づく方向をｘ軸とした。図１０には、回転軸３３が原点（０，０）からｘ軸についてｄｘだけ、ｙ軸についてｄｙだけ変位し、コーナＡとコーナＣとを結ぶ対角線とｘ軸との角度がθである場合を図示している。
【００７１】
コーナＡ−コーナＢの辺とｙ軸との角度をαとすると、
α＝４５°−θ （１１）
である。
【００７２】
２つの距離測定器１０は、ｘ軸に平行な方向の距離Ｌ１および距離Ｌ２を測定する。また、他の２つの距離測定器１０は、ｙ軸に平行な方向の距離Ｌ３および距離Ｌ４を測定する。これらの４つの距離測定値のうち、２つの距離測定値を用いることにより、コーナＡ−コーナＢの辺とｙ軸との角度αを算出することができる。
【００７３】
たとえば、ｘ軸に平行な方向の距離Ｌ１および距離Ｌ２に基づいて、距離測定器１０を通りｘ軸に平行な直線とコーナＡ−コーナＢの辺との２つの交点の座標（Ｘ１，Ｙ１）および（Ｘ２，Ｙ２）が求められる。これらの座標から、αは、
【数１０】
と求められる。角度αが得られると、（１１）式により角度θが求められる。
【００７４】
コーナＡ−コーナＢの辺を通る直線は、正方形の対角線の半分の長さＬと角度θ、変位ｄｘ、ｄｙを用いて、
【数１１】
と表される。同様に、コーナＢ−コーナＣの辺を通る直線は、
【数１２】
と表される。
【００７５】
したがって、４つの距離測定器１０で測定された４つの距離測定値Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４から求められたチャンネルボックスとの４つの交点座標のうち、３つの交点座標（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）および（Ｘ３，Ｙ３）を（１３）式および（１４）式に代入することによって、ｄｘとｄｙが算出される。
【００７６】
このようにして、測定体系中の燃料集合体１１の回転角度θと回転軸３３の変位ｄｘおよびｄｙを測定し、これらを元にした正確な応答Ｒを用いて、より精度のよいガンマ線強度分布を算出することができる。
【００７７】
チャンネルボックス１９のコーナは、丸みを帯びている。このため、コーナの弧状部では、距離測定値から角度や位置を算出する操作が煩雑となり、また測定誤差が大きくなる。そこで、距離測定点は弧状部を避ける程度だけコーナ部から離れた点であることが好ましい。本実施の形態では、４つの距離測定器１０を備えているため、４つのうちの少なくとも３つの距離測定器１０はチャンネルボックス１９のコーナの弧状部をできるだけ避けて距離を測定することができる。よって、チャンネルボックス１９のコーナに形成された丸みに伴う、距離測定値から角度や位置の演算の煩雑さおよび測定誤差の増大が抑制される。
【００７８】
図１１は、本実施の形態において燃料集合体とガンマ線測定器集合体との間の距離の測定状況の他の例を示す模式的横断面図である。
【００７９】
この例では、上述の４つの距離測定器１０に加えて、それらの距離測定器１０とは異なる方向の距離を測定する５つ目の距離測定器１０を設けている。図９のＬ１、図１１のＬ１、Ｌ４のように、測定方向に対する測定面の角度が直角から離れると、距離測定値の誤差が大きくなる可能性がある。そこで、上述の４つの距離測定器１０とは異なる距離測定器１０を設けることにより、測定方向に対する測定面の角度が直角に近く、誤差が小さい距離測定値を得ることができる。これにより、距離測定値から算出される角度や位置の誤差を小さくすることができる。
【００８０】
［第３の実施の形態］
図１２は、本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第３の実施の形態に用いるガンマ線測定器集合体の図１３および図１４のXII−XII矢視断面図である。図１３は、図１２および図１４のXIII−XIII矢視断面図である。図１４は、図１２および図１３のXIV−XIV矢視断面図である。
【００８１】
本実施の形態のガンマ線測定器集合体１６は、５つのコリメータ１４および５つのガンマ線検出器１５を備えている。これらのコリメータ１４およびガンマ線検出器１５は、隣り合うもの同士の燃料集合体１１（図２参照）の軸方向の位置が互いに異なるように配置されている。
【００８２】
ガンマ線検出器１５の大きさの制約から、燃料集合体の軸に垂直な平面内にガンマ線検出器１５を配置すると、コリメータ１４の間隔をガンマ線検出器１５の大きさよりも密にできない。しかし、本実施の形態のように、コリメータ１４とガンマ線検出器１５の複数の組を、燃料集合体１１の軸方向の位置が互いに異なるように配置することによって、コリメータ１４の間隔をより密にすることができる。
【００８３】
コリメータ１４が見込む燃料集合体１１の軸方向の位置が変わると、ガンマ線強度の軸方向での違いによって、ガンマ線強度の値には差が生じる可能性はある。しかし、軸方向位置の差が数ｃｍ程度であれば、軸方向の位置の違いによるガンマ線強度分布に大きな差異はない。このため、最終的に得られる燃料集合体全体のガンマ線強度分布は、精度を損なうことなく測定することができる。
【００８４】
このように、本実施の形態では、コリメータ１４を密に配置することによって、ガンマ線検出器１５の数を増加させることができる。その結果、より効率的なガンマ線強度分布測定が可能となる。
【００８５】
［その他の実施の形態］
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
【符号の説明】
【００８６】
１０…距離測定器、１１…燃料集合体、１２…燃料棒、１３…支持回転機、１４…コリメータ、１５…ガンマ線検出器、１６…ガンマ線測定器集合体、１７…測定制御器、１８…分布演算器、１９…チャンネルボックス、２１…台座、２２…駆動機構、２３…保持部、３３…回転軸、３９…ウォータロッド、４１…第１コリメータ、４２…第２コリメータ、４３…第３コリメータ、５１…第１ガンマ線検出器、５２…第２ガンマ線検出器、５３…第３ガンマ線検出器、６０…距離測定器支持板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉に装荷される燃料集合体のガンマ線強度分布の測定方法および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉燃料の運転中の出力分布を非破壊測定するため、燃料から放出されるガンマ線を測定する装置がある。たとえば、特許文献１には、燃料集合体を回転させながらコリメータを介してガンマ線を測定し、燃料棒ごとのガンマ線強度分布を測定する装置が記載されている。この測定装置は、測定結果と原子炉管理用計算機による計算結果との比較を行うことによって、管理用計算結果の妥当性を立証するために利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第１５９６０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された測定装置では、単一のコリメータによるガンマ線測定を行ったとき、少なくとも燃料棒本数より多いガンマ線測定値を得る必要がある。すなわち、測定回数は燃料棒本数よりも多く必要である。さらに測定点数を多くすると測定精度を向上させることができる。しかし、単に測定点数を多くすると、測定に要する時間が長くなることになる。
【０００５】
また、燃料集合体は軸方向に約４ｍの長さを持ち、原子炉での照射途中で微小に変形している場合がある。このため、堅固にこれを支持し、かつ、回転駆動部で正確な回転角度情報が得られたとしても、実際の測定部位の回転角度と正確に一致しない可能性がある。このため、ガンマ線強度分布の算出に用いる応答の正確さが損なわれ、測定精度を劣化させる可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、燃料集合体のガンマ線強度分布の測定時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明は、複数の燃料棒を束ねた燃料集合体の中心軸に垂直な面内でのそれぞれの前記燃料棒が放出するガンマ線強度の分布を測定するガンマ線強度分布測定方法において、前記燃料集合体を前記中心軸に平行な回転軸の周りの測定角に回転させる回転工程と、この回転工程の後に前記回転軸を含む平面からの距離が第１長さであり前記平面に平行な第１コリメータを通過するガンマ線強度および前記回転軸を含む平面からの距離が第１長さよりも小さい第２長さであり前記平面に平行な第２コリメータを通過するガンマ線強度を測定する測定工程とを、前記測定角の数が前記第１コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数および前記第２コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒であって前記第１コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒ではないものの本数の少なくない方以上となるように繰り返す回転測定工程と、前記第１コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を、前記第１コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数以上の前記測定角で前記第１コリメータを通過したガンマ線強度に基づいて算出する第１演算工程と、前記第１演算工程の後に、前記第２コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を、前記第２コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒であって前記第１コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒以外の本数以上の前記測定角で前記第２コリメータを通過したガンマ線強度および前記第１演算工程で求めたに前記第１コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布に基づいて算出する第２演算工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、複数の燃料棒を束ねた燃料集合体の中心軸に垂直な面内でのそれぞれの前記燃料棒が放出するガンマ線強度の分布を測定するガンマ線強度分布測定装置において、前記燃料集合体を支持して前記軸に平行な回転軸の周りの測定角に回転させる支持回転機と、前記回転軸を含む平面からの距離が第１長さであり前記平面に平行なガンマ線を通過させる第１コリメータと、前記第１コリメータ通過するガンマ線の強度を測定する第１ガンマ線検出器と、前記回転軸を含む平面からの距離が第１長さよりも小さい第２長さであり前記平面に平行なガンマ線を通過させる第２コリメータと、前記第２コリメータを通過するガンマ線の強度を測定する第２ガンマ線検出器と、を備えたガンマ線測定器集合体と、前記測定角の数が前記第１ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数および前記第２ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出するガンマ線を放出する前記燃料棒であって前記第１ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出するガンマ線を放出する前記燃料棒ではないものの本数以上となるように繰り返し前記支持回転機に前記燃料集合体を前記回転軸の周りに回転させて前記第１ガンマ線検出器および前記第２ガンマ線検出器にガンマ線の強度を測定させる測定制御器と、前記第１ガンマ線検出器で測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を前記第１ガンマ線検出器で測定されたガンマ線強度に基づいて算出し、前記第２ガンマ線検出器で測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を、前記第２ガンマ線検出器で測定されたガンマ線強度および前記第１ガンマ線検出器で測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布に基づいて算出する分布演算器と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、複数の燃料棒を束ねて角筒状のチャンネルボックスを装着された燃料集合体の中心軸に垂直な平面内でのそれぞれの前記燃料棒が放出するガンマ線強度の分布を測定するガンマ線強度分布測定方法において、前記燃料集合体を前記回転軸の周りの測定角に回転させる回転工程と、この回転工程の後に前記中心軸に平行な平面に平行なコリメータを通過するガンマ線強度を測定する測定工程と、前記コリメータに垂直な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第１および第２距離測定工程と、前記コリメータおよび前記回転軸に平行な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第３および第４距離測定工程と、前記第１および第２距離測定工程で測定した距離および前記第３および第４距離測定工程で測定した距離に基づいて前記コリメータに対する前記燃料集合体の中心軸の位置および前記燃料集合体の前記回転軸の周りの回転角を算出する角度算出工程とを、前記測定角の数が前記コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数以上となるように繰り返す回転測定工程と、前記コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を、前記コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数以上の前記測定角で前記コリメータを通過したガンマ線強度に基づいて算出する演算工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、複数の燃料棒を束ねた燃料集合体の軸に垂直な平面内でのそれぞれの前記燃料棒が放出するガンマ線強度の分布を測定するガンマ線強度分布測定装置において、前記燃料集合体を支持して前記燃料集合体の軸に平行な回転軸の周りの測定角に回転させる支持回転機と、前記回転軸を含む平面に平行なガンマ線を通過させるコリメータと、前記コリメータを通過するガンマ線の強度を測定するガンマ線検出器と、前記コリメータに垂直な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第１および第２距離測定器と、前記コリメータおよび前記回転軸に平行な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第３および第４距離測定器と、を備えたガンマ線測定器集合体と、前記第１および第２距離測定器で測定した距離および前記第３および第４距離測定器で測定した距離に基づいて前記コリメータに対する前記燃料集合体の中心軸の位置および前記燃料集合体の前記回転軸の周りの回転角を算出し、前記測定角の数が前記第１ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数および前記第２ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数の少なくない方以上となるように繰り返し前記支持回転機に前記燃料集合体を前記回転軸の周りに回転させて前記ガンマ線検出器にガンマ線の強度を測定させる測定制御器と、前記ガンマ線検出器で測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を前記ガンマ線検出器で測定されたガンマ線強度に基づいて算出する分布演算器と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料集合体のガンマ線強度分布の測定時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第１の実施の形態に用いるガンマ線強度分布測定装置の燃料集合体の横断面およびガンマ線検出器集合体の横断面とともに示すブロック図である。
【図２】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第１の実施の形態に用いるガンマ線強度分布測定装置の燃料集合体の側面およびガンマ線検出器集合体の立断面とともに示すブロック図である。
【図３】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第１の実施の形態において測定角が０度の場合の燃料集合体とガンマ線測定器集合体との位置関係を示す拡大横断面図である。
【図４】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第１の実施の形態において測定角が４５度の場合の燃料集合体とガンマ線測定器集合体との位置関係を示す拡大横断面図である。
【図５】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第１の実施の形態において測定角の設定方法を示す図であって、（ａ）は燃料集合体の横断面図であり、（ｂ）は（ａ）でＡ、Ｂ、Ｃの符号をつけた燃料棒の測定角が０度から９０度での応答Ｒの計算値のグラフである。
【図６】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第２の実施の形態に用いるガンマ線強度分布測定装置の燃料集合体の横断面およびガンマ線検出器集合体の横断面とともに示すブロック図である。
【図７】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第２の実施の形態に用いるガンマ線強度分布測定装置の燃料集合体の側面およびガンマ線検出器集合体の立断面とともに示すブロック図である。
【図８】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第２の実施の形態において燃料集合体とガンマ線測定器集合体との間の距離の測定状況を示す模式的横断面図である。
【図９】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第２の実施の形態において燃料集合体とガンマ線測定器集合体との間の距離の他の測定状況を示す模式的横断面図である。
【図１０】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第２の実施の形態において燃料集合体とガンマ線測定器集合体との間の距離と回転角度の関係を示す模式的横断面図である。
【図１１】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第２の実施の形態において燃料集合体とガンマ線測定器集合体との間の距離の測定状況の他の例を示す模式的横断面図である。
【図１２】本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第３の実施の形態に用いるガンマ線測定器集合体の図１３および図１４のXII−XII矢視断面図である。
【図１３】図１２および図１４のXIII−XIII矢視断面図である。
【図１４】図１２および図１３のXIV−XIV矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第１の実施の形態に用いるガンマ線強度分布測定装置の燃料集合体の横断面およびガンマ線検出器集合体の横断面とともに示すブロック図である。図２は、本発実施の形態に用いるガンマ線強度分布測定装置の燃料集合体の側面およびガンマ線検出器集合体の立断面とともに示すブロック図である。
【００１５】
ガンマ線強度分布測定装置は、複数の燃料棒１２を束ねた燃料集合体１１の軸に垂直な平面内でのそれぞれの燃料棒１２が放出するガンマ線強度の分布を測定する。本実施の形態において、燃料集合体１１は、中央付近に２本のウォータロッド３９を設けて非沸騰水領域を確保し、その周りに７４本の燃料棒１２を９行９列に束ねたものであるが、他の形状であってもよい。また、燃料集合体１１には、チャンネルボックス１９が装着されている。
【００１６】
ガンマ線強度分布測定装置は、支持回転機１３、ガンマ線測定器集合体１６、測定制御器１７および分布演算器１８を有している。支持回転機１３は、ガンマ線強度分布の測定対象である燃料集合体１１を支持し、燃料集合体１１の軸に平行な回転軸３３の周りに回転させる。回転軸３３は、たとえば燃料集合体１１の中心軸と同じである。
【００１７】
支持回転機１３は、たとえば台座２１と駆動機構２２とを備えている。台座２１は、軸を鉛直方向に向けて載置される燃料集合体１１を支持する。駆動機構２２は、燃料集合体１１の軸を中心として台座２１を駆動モータなどで回転させる。支持回転機１３は、保持部２３を備えていてもよい。保持部２３は、たとえば燃料集合体１１の軸方向の中央部より高い位置に設けられ、燃料集合体１１が鉛直に起立するように保持する。また、保持部２３は、燃料集合体１１の位置を正確に規定する機能も有する。保持部２３は、台座２１と同期して回転する機構、あるいは、自由に回転する機構が設けられている。
【００１８】
支持回転機１３による燃料集合体１１の回転角は、測定制御器１７によって制御される。また、支持回転機１３による燃料集合体１１の回転角度は支持回転機１３によって測定され、その回転角度情報は測定制御器１７に伝達される。支持回転機１３による燃料集合体１１の回転角度は、たとえば駆動機構２２の駆動モータにパルス駆動式モータを採用することによって正確に知ることができる。あるいは、台座２１の回転軸に、回転量をディジタルパルスに変換するエンコーダ装置をとりつけることによっても、正確に知ることができる。
【００１９】
ガンマ線測定器集合体１６は、複数のコリメータ１４と複数のガンマ線検出器１５とを備えている。ガンマ線測定器集合体１６は、燃料集合体１１の側面にコリメータ１４の一方の端部が向かうように配置される。それぞれのコリメータ１４は、回転軸３３を含む平面３４に平行なガンマ線を通過させる。また、それぞれのコリメータ１４は、回転軸３３を含む平面３４からの距離が互いに異なる位置に設けられている。それぞれのガンマ線検出器１５は、それぞれのコリメータ１４を通過したガンマ線の強度を測定する。
【００２０】
本実施の形態では、ガンマ線測定器集合体１６は３つのコリメータ１４およびそれらに対応するガンマ線検出器１５を備えている。１つのコリメータ１４は、その延長線が燃料集合体１１の中心を通るように配置されている。また、他の２つのコリメータ１４は、燃料集合体１１の中心からコリメータに平行な直線への法線の長さが異なる。
【００２１】
それぞれのコリメータ１４のスリット幅は、燃料棒１２の幅よりも狭いことが望ましい。現在の軽水炉用燃料集合体の燃料棒１２の外径はおよそ１ｃｍ程度であるから、このような燃料集合体１１の場合、コリメータ１４のスリット幅は１ｍｍから５ｍｍが適切である。ガンマ線計数率は、それぞれの燃料棒１２のガンマ線の強度、および、ガンマ線検出器１５のガンマ線検出効率に依存する。コリメータ１４の長さ、燃料集合体１１からコリメータ１４までの距離は、ガンマ線計数率が適切になるように設計される。コリメータ１４の長さは、燃料棒１２を見込む立体角の広がりを防ぐよう２０ｃｍ以上とすることが望ましい。
【００２２】
運転中の出力分布を測定する場合には、核分裂生成物のバリウム１４０が崩壊して生じたランタン１４０が放出する１．６ＭｅＶのガンマ線を測定する方法が有効である。バリウム１４０は半減期が約１３日であり、その分布は原子炉停止の前２週間程度の出力分布を良く反映する。このような目的の場合、ガンマ線検出器１５は、１．６ＭｅＶのガンマ線を識別して測定する必要がある。そこで、このような目的の場合には、ガンマ線検出器１５として、ガンマ線スペクトル測定ができるＮａＩシンチレーション検出器、ＢＧＯシンチレーション検出器、Ｇｅ半導体検出器、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅ半導体検出器などを用いることができる。
【００２３】
燃料集合体１１の軸方向の異なる位置のガンマ線強度分布を測定する場合には、ガンマ線測定器集合体１６を、燃料集合体１１の軸方向に、燃料集合体１１に対して相対的に移動させる。この場合、ガンマ線測定器集合体１６を移動させてもよいし、燃料集合体１１を移動させてもよい。
【００２４】
このガンマ線強度分布測定装置を用いたガンマ線強度分布測定方法では、回転測定工程と、演算工程とを行う。回転測定工程は、回転工程と、測定工程とを含む。
【００２５】
回転工程では、燃料集合体１１を回転軸３３の周りの所定の測定角に回転させる。回転工程の後に行われる測定工程では、それぞれのコリメータ１４を通過するガンマ線強度をそれぞれに対応するガンマ線検出器１５で測定する。回転工程および測定工程は、それぞれのコリメータ１４を通過するガンマ線を放出する燃料棒１２の本数の最小値以上の回数繰り返す。
【００２６】
演算工程は、コリメータ１４の数だけ行われる。第１演算工程では、回転軸３３を通る平面３４からの距離が最も大きいコリメータ１４を通過して測定された燃料棒１２のガンマ線強度分布を算出する。第１演算工程の後に行われる第２演算工程では、回転軸３３を通る平面３４からの距離が２番目に大きいコリメータ１４を通過して測定された燃料棒１２のガンマ線強度分布を算出する。第２演算工程の後に行われる第３演算工程では、回転軸３３を通る平面３４からの距離が最も小さいコリメータ１４を通過して測定された燃料棒１２のガンマ線強度分布を算出する。
【００２７】
図３は、本実施の形態において測定角が０度の場合の燃料集合体とガンマ線測定器集合体との位置関係を示す拡大横断面図である。図４は、本実施の形態において測定角が４５度の場合の燃料集合体とガンマ線測定器集合体との位置関係を示す拡大横断面図である。
【００２８】
回転軸３３を含む平面３４からの距離が最も大きく第１長さＤ１であるコリメータを、第１コリメータ４１と呼ぶこととする。回転軸３３を含む平面３４からの距離が２番目に大きく第２長さＤ２であるコリメータを、第２コリメータ４２と呼ぶこととする。回転軸３３を含む平面３４からの距離が０であるコリメータを、第３コリメータ４３と呼ぶこととする。また、測定角θとは、第３コリメータ４３を延長した直線に対する角度とする。
【００２９】
第１コリメータ４１を通過したガンマ線を検出するガンマ線検出器を、第１ガンマ線検出器５１と呼ぶこととする。第２コリメータ４２を通過したガンマ線を検出するガンマ線検出器を、第２ガンマ線検出器５２と呼ぶこととする。第３コリメータ４３を通過したガンマ線を検出するガンマ線検出器を、第３ガンマ線検出器５３と呼ぶこととする。
【００３０】
測定角θが０度の場合は、図３に示すように、燃料集合体１１の外辺は第１コリメータ４１の延長線と水平および直角となっている。この状態では、第１コリメータ４１は、１本も燃料棒１２を見込んでおらず、第１ガンマ線検出器５１はガンマ線を検出しない。また、測定角θが４５度の場合には、図４に示すように、第１コリメータ４１は、２本の燃料棒１２を見込んでいて、これらの燃料棒１２から放出されるガンマ線は、第１ガンマ線検出器５１で測定される。
【００３１】
つまり、第１コリメータ４１を通過して第１ガンマ線検出器５１で検出されるガンマ線は、図３および図４に実線で示した、回転軸３３を中心とし半径が回転軸を通る平面から第１コリメータ４１までの距離Ｄ１である円３１よりも外側にある燃料棒１２が放出するガンマ線に限られる。本実施の形態では、第１コリメータ４１を通過して測定されるガンマ線を放出する燃料棒１２には、燃料集合体１１の４箇所の角にそれぞれ存在する３本ずつ合計１２本の燃料棒１２が該当する。
【００３２】
第２コリメータ４２を通過して第２ガンマ線検出器５２で検出されるガンマ線は、図３および図４に破線で示した、回転軸３３を中心とし半径が回転軸を通る平面から第２コリメータ４２までの距離Ｄ２である円３２よりも外側にある燃料棒１２が放出するガンマ線に限られる。本実施の形態では、第２コリメータ４２を通過して測定されるガンマ線を放出する燃料棒１２には、４４本の燃料棒１２が該当する。このうち、第１コリメータ４１を通過せず、すなわち第１ガンマ線検出器５１で検出されないガンマ線を放出する燃料棒１２には、３２本が該当する。
【００３３】
第３コリメータ４３を通過して第３ガンマ線検出器５３で検出されるガンマ線は、燃料集合体１１の全て、すなわち７４本の燃料棒１２である。このうち、他のコリメータ４１，４２を通過せず、すなわち、他のガンマ線検出器５１，５２で検出されないガンマ線を放出する燃料棒１２には、３０本が該当する。
【００３４】
それぞれのコリメータ１４を通過してそのコリメータ１４に対応するガンマ線検出器１５で測定されるガンマ線を放出する燃料棒１２のガンマ線強度の分布は、それらの燃料棒１２の本数以上の測定角で測定されたガンマ線の強度に基づいて算出できる。本実施の形態では、第１ガンマ線検出器５１で検出されるガンマ線を放出する１２本の燃料棒１２のガンマ線強度は、１２の測定角で測定されたガンマ線の強度に基づいて算出できる。
【００３５】
また、第２ガンマ線検出器５２で検出されるガンマ線には、第１ガンマ線検出器５１で検出されるガンマ線を放出する燃料棒１２から放出されるものが含まれる場合がある。しかし、第１ガンマ線検出器５１で検出されるガンマ線を放出する１２本の燃料棒１２のガンマ線強度を算出しておけば、第２ガンマ線検出器５２で検出されるガンマ線を放出する燃料棒１２のうち第１ガンマ線検出器５１で検出されないガンマ線を放出する３２本の燃料棒１２は、３２の測定角で測定されたガンマ線の強度に基づいて算出できる。
【００３６】
第２ガンマ線検出器５２で検出されるガンマ線を放出する燃料棒１２のうち第１ガンマ線検出器５１で検出されないガンマ線を放出する３２本の燃料棒１２のガンマ線強度の算出に必要な４４の測定角でのガンマ線強度のうち、少なくとも一部は、第１ガンマ線検出器５１で検出されるガンマ線を放出する１２本の燃料棒１２のガンマ線強度と同一の測定角で測定できる。
【００３７】
同様に、第３ガンマ線検出器５３で検出されるガンマ線を放出する燃料棒１２のうち第１ガンマ線検出器５１および第２ガンマ線検出器５２で検出されないガンマ線を放出する３０本の燃料棒１２のガンマ線強度の算出に必要な１８の測定角でのガンマ線強度のうち、少なくとも一部は、第１ガンマ線検出器５１および第２ガンマ線検出器５２で検出されるガンマ線を放出する４４本の燃料棒１２のガンマ線強度と同一の測定角で測定できる。
【００３８】
測定角が同一であれば、同時に測定することが可能である。よって、本実施の形態では、１つのガンマ線検出器で燃料棒１２のガンマ線強度分布を測定する場合に比べて、測定時間を短縮することができる。また、測定時間が短縮できるため、限定された作業時間の中で１つの測定角での測定時間を長くしてガンマ線の計数を大きくすることができ、その結果、ガンマ線強度の測定精度を向上させることができる。さらに、燃料棒ごとのガンマ線強度分布を効率的に精度のよく測定し、炉心管理用計算の妥当性をより高い精度で立証することができる。
【００３９】
次に、ガンマ線強度分布の算出方法について説明する。ガンマ線強度を測定される燃料棒１２の本数をＮとすると、ガンマ線測定値Ｃは、ガンマ線強度Ｇと応答Ｒとにより、
【数１】
と表される。ここで、Ｃｊはｊ番目の測定角θｊでのガンマ線強度の測定値、Ｒｉ，ｊはｊ番目の測定角θｊに対するｉ番目の燃料棒１２の応答、Ｇｉはｉ番目の燃料棒１２のガンマ線強度である。燃料棒１２の応答Ｒｉ，ｊとは、燃料集合体１１のうち１本の燃料棒１２だけがガンマ線を放出した場合の、燃料集合体１１から外部に放出されてコリメータ１４を通過してガンマ線検出器１５でｊ番目の測定角θｊで測定されたガンマ線強度の、その燃料棒１２のガンマ線強度に対する比である。
【００４０】
燃料棒１２の応答Ｒｉ，ｊは、測定する全ての測定角で計算あるいは標準線源の測定によって求める。燃料棒１２の応答Ｒｉ，ｊの導出は、たとえばガンマ線強度の測定の前に予め行っておく。燃料棒１２の応答Ｒｉ，ｊを計算で求める場合は、ガンマ線輸送計算あるいはモンテカルロ計算を用いることができる。
【００４１】
測定される燃料棒１２の本数Ｎ以上のＭ回の測定を行うことにより、
【数２】
という連立方程式が得られる。Ｎ個の未知数Ｇ１、…、ＧＮは、
【数３】
の最小二乗解として得られる。
【００４２】
（３）式を行列式で表すと、
【数４】
となる。ここで、行列Ａ、Ｃ、Ｇを
【数５】
【数６】
【数７】
と定義すると、
Ａ×Ｇ＝Ｃ （８）
が得られる。よって、
Ｇ＝Ａ−１×Ｃ （９）
を解くことにより、解Ｇが得られる。ここで、Ａ−１はＡの逆行列である。
【００４３】
このようにして、第１コリメータ４１を通過して測定されたガンマ線を放出した燃料棒１２のそれぞれのガンマ線強度の分布は、それらの燃料棒１２の本数以上の測定角において第１ガンマ線検出器５１で測定されたガンマ線強度に基づいて算出することができる。つまり、第１ガンマ線検出器５１で測定されるガンマ線を放出する１２（＝Ｎ）本の燃料棒１２のガンマ線強度Ｇ１、…、Ｇ１２は、１２以上のＭ個の測定角で測定されたガンマ線の強度に基づいて算出される。
【００４４】
第２コリメータ４２を通過して第２ガンマ線検出器５２で測定されたガンマ線を放出した燃料棒１２のそれぞれのガンマ線強度は、次のようにして算出される。第２ガンマ線検出器５２で測定されたガンマ線強度は、回転軸３３からの距離がＤ２の円３２よりも外側にある４４本の燃料棒から放出されたものである。このうち、回転軸３３からの距離がＤ１の円３１よりも外側にある１２本の燃料棒１２のガンマ線強度分布は得られている。したがって、残りの３２本の燃料棒１２のそれぞれのガンマ線強度が未知数として残っている。
【００４５】
また、第１ガンマ線検出器５１と第２ガンマ線検出器５２のガンマ線検出効率が異なる場合には、この検出効率の比率が未知数として残ることとなる。第１ガンマ線検出器５１と第２ガンマ線検出器５２のガンマ線検出効率が同じとみなすことできる場合、あるいは、ガンマ線検出効率の比率が予備測定などによって決定されている場合には、検出効率の比率を未知数として取り扱う必要はない。
【００４６】
検出効率の比率ｋを未知数とすると、第２ガンマ線検出器５２で検出されるガンマ線を放出する燃料棒１２の本数は４４（＝Ｎ２）であり、このうち第１ガンマ線検出器５１で検出されたガンマ線を放出する燃料棒１２の本数は１２（＝Ｎ１）本であり、第１ガンマ線検出器５１で検出されないガンマ線を放出する燃料棒１２の本数は３２本であるから、（２）式に相当する式として、
【数８】
すなわち、
【数９】
と書くことができる。ここで、Ｇ１〜Ｇ１２は、第１ガンマ線検出器５１で測定されたガンマ線を放出した燃料棒１２のガンマ線強度であり、既知量である。また、Ｇ１３〜Ｇ４４は、第２ガンマ線検出器５２で測定されたガンマ線を放出した燃料棒１２ののうち第１ガンマ線検出器５１で検出されないガンマ線を放出する燃料棒１２のガンマ線強度である。
【００４７】
（１０）式では、右辺の最終項のカッコ内の値が既知であるから、Ｇ１３〜Ｇ４２とｋを合わせた（Ｎ２−Ｎ１＋１）個の未知数について、（３）式から（９）式に準ずる一連の演算を行う。これにより、第２ガンマ線検出器５２で測定されたガンマ線を放出した燃料棒１２のガンマ線強度が求められる。
【００４８】
第３ガンマ線検出器５３で測定されるガンマ線は、燃料集合体１１の全ての燃料棒１２から放出されたものである。既に４４本の燃料棒１２についてガンマ線強度分布が得られているので、第２ガンマ線検出器５２で測定されたガンマ線を放出した燃料棒１２のガンマ線強度と同様に、未知数である残り３０本のガンマ線強度分布と検出効率の比を解く。このようにして、燃料集合体１１の全ての燃料棒１２のガンマ線強度分布が得られる。
【００４９】
本実施の形態では、回転軸３３を通る平面３４からの距離に応じて燃料棒１２をグループ分けして、外側のグループから順次ガンマ線強度分布を求める。また、ガンマ線測定器集合体１６を構成するそれぞれのコリメータ１４とガンマ線の検出効率を含めて演算を行う。
【００５０】
コリメータ１４とガンマ線検出器１５の組の数は３に限られない。この組の数をを多くしてゆけば、ひとつの回転角度のときに複数の検出器で重複して測定できるので、結果として測定値の数が増えることになる。その結果、全体として測定回数を減らせる、すなわち、測定時間を減少させて効率的に測定が可能となる。コリメータ１４とガンマ線検出器１５の組の数は、ガンマ線検出器１５の寸法による配置の制約と、装置全体の価格などを勘案して決定する。
【００５１】
測定角は、たとえば５度など所定の角度ごととしてもよい。しかし、測定角の設定の仕方によっては、測定誤差が大きくなる可能性があり、それを補うために測定角の数を多くしてしまうと測定時間の増大につながってしまう。
【００５２】
図５は、本実施の形態において測定角の設定方法を示す図であって、（ａ）は燃料集合体の横断面図であり、（ｂ）は（ａ）でＡ、Ｂ、Ｃの符号をつけた燃料棒の測定角が０度から９０度での応答Ｒの計算値のグラフである。Ａ、Ｂ、Ｃの符号をつけた燃料棒１２の応答Ｒは、モンテカルロ計算によって算出した。コリメータ１４のスリット幅は２ｍｍ、コリメータ１４の長さは４０ｃｍ、燃料集合体１１の中心（回転軸３３）からコリメータまでの距離を３０ｃｍとした。
【００５３】
この応答Ｒに基づいて、Ａ、Ｂ、Ｃの符号をつけた燃料棒１２のガンマ線強度分布をある値に仮定した場合のガンマ線強度の測定値を算出した。ガンマ線検出器１５の測定値に誤差が含まれないならば、仮定したガンマ線強度分布が上述の方法で得られるはずである。しかし、実際には、ガンマ線検出器１５の測定値に誤差が含まれる。測定誤差は、ガンマ線測定値の統計誤差、燃料集合体１１の回転角度や燃料棒１２の位置の微小な設定誤差に起因する。
【００５４】
そこで、計算機のランダム関数を利用して、これらに起因するガンマ線測定値の誤差を一定の範囲内で無作為に作成し、それが測定結果に与える影響を調べた。この結果、測定を行う燃料集合体の回転角度（測定角）は、たとえば１度毎などの等間隔とした場合よりも、むしろ、図５（ｂ）に○印で図示したように、各燃料棒の応答の極大値付近の角度を選択した場合の方が、ガンマ線強度分布が正確に求められることがわかった。
【００５５】
次の表は、測定角を１度ないし６度毎の等間隔のステップで変化させたときと、図５（ｂ）の○印のように選択したときについて、測定誤差の平均値および標準偏差を示す表である。ここで、燃料集合体１１の回転角度の設定誤差は１度、ガンマ線計数の誤差を１％の範囲内でランダムに設定した。また、測定誤差の平均値および標準偏差は、１０００回計算したときの値である。
【表１】
【００５６】
この結果から、測定角として応答の極大値付近を選択したときは、測定点が少ない３２点であっても、１度ごとに測定したときと同等かそれ以上の測定精度が得られることが分かった。つまり、測定角として応答の極大値から所定の範囲内の角度を選択することにより、測定精度を向上させることができる。したがって、測定角は、少なくともそれぞれの燃料棒１２の応答が極大となる角度から所定の範囲内の角度を含むようにすることが好ましい。
【００５７】
なお、図５（ｂ）に示した測定角で測定できるのは、３本の燃料棒１２についてであるが、コーナ部の他の９本はこれら３本の対称位置にあるので、応答Ｒについてはこれら３本の結果で代用できる。
【００５８】
このように、燃料棒１２ごとのガンマ線強度分布を測定する際に、各燃料棒１２の応答が極大となる回転角度を選択して測定および演算することによって、より精度の高いガンマ線強度分布が測定できる。また、複数のガンマ線検出器１５による測定値に基づいて外側から順に演算していくとき、ガンマ線検出器１５ごとに測定対象となる燃料棒１２の応答の極大値にあたる角度が異なる。そこで、各ステップの演算ごとに、選ぶ角度を変えることで、演算精度を向上することができる。
【００５９】
［第２の実施の形態］
図６は、本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第２の実施の形態に用いるガンマ線強度分布測定装置の燃料集合体の横断面およびガンマ線検出器集合体の横断面とともに示すブロック図である。図７は、本実施の形態に用におけるガンマ線強度分布測定装置の燃料集合体の側面およびガンマ線検出器集合体の立断面とともに示すブロック図である。
【００６０】
本実施の形態のガンマ線強度分布測定装置は、距離測定器１０を備えている。距離測定器１０は、距離測定器支持板６０に固定されている。距離測定器支持板６０は、ガンマ線測定器集合体１６に固定されている。したがって、距離測定器１０は、ガンマ線測定器集合体１６との相対的な位置関係が変化しないようになっている。距離測定器１０としては、たとえばレーザ光の反射を利用した距離計が指向性の高さや高精度かつ非接触測定の点で好適である。
【００６１】
距離測定器１０は、燃料集合体１１に装着されたチャンネルボックス１９までの距離を測定する。距離測定器１０は、４つ設けられている。２つの距離測定器１０は、コリメータ１４が延びる方向に平行な距離を測定する。他の２つの距離測定器１０は、コリメータ１４が延びる方向に垂直な距離を測定する。
【００６２】
距離測定器１０が測定した距離の情報は、測定制御器１７に伝達される。測定制御器１７は、距離測定器１０が測定した距離に基づいて、燃料集合体１１が回転軸３３の周りにどれだけ回転したかを算出する。さらに、測定制御器１７は、距離測定器１０が測定した距離に基づいて、回転軸３３がガンマ線測定器集合体１６に対してどれだけ平行移動したかを算出してもよい。
【００６３】
燃料棒１２（図３参照）ごとのガンマ線強度分布を測定するとき、分布演算器で使用する応答Ｒを正確に用いるためには、燃料集合体１１の回転角度や、位置を正確に把握することが測定精度を向上のために重要である。燃料集合体１１の回転角度は、燃料集合体支持回転機１３に備えられた駆動モータの制御パルスあるいは回転軸に取り付けられたエンコーダ装置によって得られる回転角度に関する情報から知ることができる。
【００６４】
燃料集合体１１は軸方向の長さが約４ｍの長さであり、さらに、原子炉での照射途中で微小に変形している場合がある。このため、堅固に燃料集合体１１を支持し、かつ、回転駆動部で正確な回転角度情報を得たとしても、実際の測定部位の回転角度と正確には一致しない可能性がある。燃料集合体支持回転機において、燃料集合体１１を保持しこれを回転する機構と測定部位との距離を近接させると、実際の測定部位の回転角度の誤差は小さくなると考えられる。
【００６５】
しかし、種々の制約からそのような手段が講じえない場合も現実には考えられる。本実施の形態における測定は、主として原子力発電所で原子炉に付設される燃料プール内で行われる。沸騰水型原子炉の燃料プールには、燃料集合体１１のチャンネルボックス１９の着脱を目的としたチャネル着脱装置が設置されている。たとえば、本実施の形態における測定を、既設のチャンネルボックス着脱装置を燃料集合体支持回転機として用いる場合などには、燃料集合体１１の回転角度や位置の情報を正確に制御することは困難である。このような場合、ガンマ線強度分布の測定精度が低下する可能性がある。
【００６６】
そこで本実施の形態では、燃料集合体支持回転機１３から伝達される回転角度に関する情報に加えて、あるいは、この回転角度に関する情報に代えて、距離測定器１０によって測定された距離情報に基づいて燃料集合体１１の回転角度を算出する。
【００６７】
図８は、本実施の形態において燃料集合体とガンマ線測定器集合体との間の距離の測定状況を示す模式的横断面図である。図９は、本実施の形態において燃料集合体とガンマ線測定器集合体との間の距離の他の測定状況を示す模式的横断面図である。
【００６８】
図８および図９に示すように、４つの距離測定器１０からの燃料集合体１１に装着されたチャンネルボックス１９までの距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が測定される。燃料集合体１１が回転軸３３の周りに回転することにより、これらの距離は変化する。また、燃料集合体１１の回転軸３３が距離測定器１０に対して平行移動した場合にも、これらの距離が変化する。
【００６９】
図１０は、本実施の形態において燃料集合体とガンマ線測定器集合体との間の距離と回転角度の関係を示す模式的横断面図である。なお、図１０において燃料集合体１１に装着されたチャンネルボックス１９のコーナ部の丸みは無視し、チャンネルボックス１９の横断面は正方形とした。図１０中のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、チャンネルボックス１９の４つのコーナ部を示している。
【００７０】
図１０において、ガンマ線測定器集合体１６に対する相対的位置が固定された基準となる仮想的な点を原点（０，０）とした。コリメータ１４が延びる直線に沿って原点からガンマ線測定器集合体１６に近づく方向をｘ軸とした。図１０には、回転軸３３が原点（０，０）からｘ軸についてｄｘだけ、ｙ軸についてｄｙだけ変位し、コーナＡとコーナＣとを結ぶ対角線とｘ軸との角度がθである場合を図示している。
【００７１】
コーナＡ−コーナＢの辺とｙ軸との角度をαとすると、
α＝４５°−θ （１１）
である。
【００７２】
２つの距離測定器１０は、ｘ軸に平行な方向の距離Ｌ１および距離Ｌ２を測定する。また、他の２つの距離測定器１０は、ｙ軸に平行な方向の距離Ｌ３および距離Ｌ４を測定する。これらの４つの距離測定値のうち、２つの距離測定値を用いることにより、コーナＡ−コーナＢの辺とｙ軸との角度αを算出することができる。
【００７３】
たとえば、ｘ軸に平行な方向の距離Ｌ１および距離Ｌ２に基づいて、距離測定器１０を通りｘ軸に平行な直線とコーナＡ−コーナＢの辺との２つの交点の座標（Ｘ１，Ｙ１）および（Ｘ２，Ｙ２）が求められる。これらの座標から、αは、
【数１０】
と求められる。角度αが得られると、（１１）式により角度θが求められる。
【００７４】
コーナＡ−コーナＢの辺を通る直線は、正方形の対角線の半分の長さＬと角度θ、変位ｄｘ、ｄｙを用いて、
【数１１】
と表される。同様に、コーナＢ−コーナＣの辺を通る直線は、
【数１２】
と表される。
【００７５】
したがって、４つの距離測定器１０で測定された４つの距離測定値Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４から求められたチャンネルボックスとの４つの交点座標のうち、３つの交点座標（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）および（Ｘ３，Ｙ３）を（１３）式および（１４）式に代入することによって、ｄｘとｄｙが算出される。
【００７６】
このようにして、測定体系中の燃料集合体１１の回転角度θと回転軸３３の変位ｄｘおよびｄｙを測定し、これらを元にした正確な応答Ｒを用いて、より精度のよいガンマ線強度分布を算出することができる。
【００７７】
チャンネルボックス１９のコーナは、丸みを帯びている。このため、コーナの弧状部では、距離測定値から角度や位置を算出する操作が煩雑となり、また測定誤差が大きくなる。そこで、距離測定点は弧状部を避ける程度だけコーナ部から離れた点であることが好ましい。本実施の形態では、４つの距離測定器１０を備えているため、４つのうちの少なくとも３つの距離測定器１０はチャンネルボックス１９のコーナの弧状部をできるだけ避けて距離を測定することができる。よって、チャンネルボックス１９のコーナに形成された丸みに伴う、距離測定値から角度や位置の演算の煩雑さおよび測定誤差の増大が抑制される。
【００７８】
図１１は、本実施の形態において燃料集合体とガンマ線測定器集合体との間の距離の測定状況の他の例を示す模式的横断面図である。
【００７９】
この例では、上述の４つの距離測定器１０に加えて、それらの距離測定器１０とは異なる方向の距離を測定する５つ目の距離測定器１０を設けている。図９のＬ１、図１１のＬ１、Ｌ４のように、測定方向に対する測定面の角度が直角から離れると、距離測定値の誤差が大きくなる可能性がある。そこで、上述の４つの距離測定器１０とは異なる距離測定器１０を設けることにより、測定方向に対する測定面の角度が直角に近く、誤差が小さい距離測定値を得ることができる。これにより、距離測定値から算出される角度や位置の誤差を小さくすることができる。
【００８０】
［第３の実施の形態］
図１２は、本発明に係るガンマ線強度分布測定方法の第３の実施の形態に用いるガンマ線測定器集合体の図１３および図１４のXII−XII矢視断面図である。図１３は、図１２および図１４のXIII−XIII矢視断面図である。図１４は、図１２および図１３のXIV−XIV矢視断面図である。
【００８１】
本実施の形態のガンマ線測定器集合体１６は、５つのコリメータ１４および５つのガンマ線検出器１５を備えている。これらのコリメータ１４およびガンマ線検出器１５は、隣り合うもの同士の燃料集合体１１（図２参照）の軸方向の位置が互いに異なるように配置されている。
【００８２】
ガンマ線検出器１５の大きさの制約から、燃料集合体の軸に垂直な平面内にガンマ線検出器１５を配置すると、コリメータ１４の間隔をガンマ線検出器１５の大きさよりも密にできない。しかし、本実施の形態のように、コリメータ１４とガンマ線検出器１５の複数の組を、燃料集合体１１の軸方向の位置が互いに異なるように配置することによって、コリメータ１４の間隔をより密にすることができる。
【００８３】
コリメータ１４が見込む燃料集合体１１の軸方向の位置が変わると、ガンマ線強度の軸方向での違いによって、ガンマ線強度の値には差が生じる可能性はある。しかし、軸方向位置の差が数ｃｍ程度であれば、軸方向の位置の違いによるガンマ線強度分布に大きな差異はない。このため、最終的に得られる燃料集合体全体のガンマ線強度分布は、精度を損なうことなく測定することができる。
【００８４】
このように、本実施の形態では、コリメータ１４を密に配置することによって、ガンマ線検出器１５の数を増加させることができる。その結果、より効率的なガンマ線強度分布測定が可能となる。
【００８５】
［その他の実施の形態］
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
【符号の説明】
【００８６】
１０…距離測定器、１１…燃料集合体、１２…燃料棒、１３…支持回転機、１４…コリメータ、１５…ガンマ線検出器、１６…ガンマ線測定器集合体、１７…測定制御器、１８…分布演算器、１９…チャンネルボックス、２１…台座、２２…駆動機構、２３…保持部、３３…回転軸、３９…ウォータロッド、４１…第１コリメータ、４２…第２コリメータ、４３…第３コリメータ、５１…第１ガンマ線検出器、５２…第２ガンマ線検出器、５３…第３ガンマ線検出器、６０…距離測定器支持板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料棒を束ねた燃料集合体の中心軸に垂直な面内でのそれぞれの前記燃料棒が放出するガンマ線強度の分布を測定するガンマ線強度分布測定方法において、
前記燃料集合体を前記中心軸に平行な回転軸の周りの測定角に回転させる回転工程と、この回転工程の後に前記回転軸を含む平面からの距離が第１長さであり前記平面に平行な第１コリメータを通過するガンマ線強度および前記回転軸を含む平面からの距離が第１長さよりも小さい第２長さであり前記平面に平行な第２コリメータを通過するガンマ線強度を測定する測定工程とを、前記測定角の数が前記第１コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数および前記第２コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒であって前記第１コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒ではないものの本数の少なくない方以上となるように繰り返す回転測定工程と、
前記第１コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を、前記第１コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数以上の前記測定角で前記第１コリメータを通過したガンマ線強度に基づいて算出する第１演算工程と、
前記第１演算工程の後に、前記第２コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を、前記第２コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒であって前記第１コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒以外の本数以上の前記測定角で前記第２コリメータを通過したガンマ線強度および前記第１演算工程で求めたに前記第１コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布に基づいて算出する第２演算工程と、
を有することを特徴とするガンマ線強度分布測定方法。
【請求項２】
前記測定角のそれぞれに対して、前記燃料集合体のうち１本の前記燃料棒だけがガンマ線を放出した場合のその燃料棒のガンマ線強度に対する前記平面に平行で前記第１コリメータに近づく方向に前記燃料集合体から外部に放出されたガンマ線強度の比をｊ番目の前記測定角でのその燃料棒の応答Ｒｉｊとして求める応答予測工程、をさらに有し、
前記第１コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒の本数はＮ１、前記第２コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒の本数はＮ２、前記測定角の数はＭであって、ｉ番目の前記燃料棒が放出するガンマ線強度をＧｉ、前記第１コリメータを通過するガンマ線の検出効率に対する前記第２コリメータを通過するガンマ線の検出効率の比をｋとしたときに、
前記第１演算工程は、
【数１３】
を最小二乗法を用いて解いて求める工程であり、
前記第２演算工程は、
【数１４】
を最小二乗法を用いて解いて求める工程であることを特徴とする請求項１に記載のガンマ線強度分布測定方法。
【請求項３】
前記測定角は、それぞれの前記燃料棒の応答が極大となる角度から所定の範囲内の角度を含むことを特徴とする請求項１に記載のガンマ線強度分布測定方法。
【請求項４】
前記燃料集合体は角筒状のチャンネルボックスを装着されていて、
前記回転測定工程は、前記第１コリメータに垂直な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第１および第２距離測定工程と、前記第１コリメータおよび前記回転軸に平行な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第３および第４距離測定工程と、前記第１および第２距離測定工程で測定した距離および前記第３および第４距離測定工程で測定した距離に基づいて前記第１コリメータおよび前記第２コリメータに対する前記中心軸の位置および前記燃料集合体の前記回転軸の周りの回転角を算出する角度算出工程と、を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のガンマ線強度分布測定方法。
【請求項５】
複数の燃料棒を束ねた燃料集合体の中心軸に垂直な面内でのそれぞれの前記燃料棒が放出するガンマ線強度の分布を測定するガンマ線強度分布測定装置において、
前記燃料集合体を支持して前記軸に平行な回転軸の周りの測定角に回転させる支持回転機と、
前記回転軸を含む平面からの距離が第１長さであり前記平面に平行なガンマ線を通過させる第１コリメータと、前記第１コリメータ通過するガンマ線の強度を測定する第１ガンマ線検出器と、前記回転軸を含む平面からの距離が第１長さよりも小さい第２長さであり前記平面に平行なガンマ線を通過させる第２コリメータと、前記第２コリメータを通過するガンマ線の強度を測定する第２ガンマ線検出器と、を備えたガンマ線測定器集合体と、
前記測定角の数が前記第１ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数および前記第２ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出するガンマ線を放出する前記燃料棒であって前記第１ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出するガンマ線を放出する前記燃料棒ではないものの本数以上となるように繰り返し前記支持回転機に前記燃料集合体を前記回転軸の周りに回転させて前記第１ガンマ線検出器および前記第２ガンマ線検出器にガンマ線の強度を測定させる測定制御器と、
前記第１ガンマ線検出器で測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を前記第１ガンマ線検出器で測定されたガンマ線強度に基づいて算出し、前記第２ガンマ線検出器で測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を、前記第２ガンマ線検出器で測定されたガンマ線強度および前記第１ガンマ線検出器で測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布に基づいて算出する分布演算器と、
を有することを特徴とするガンマ線強度分布測定装置。
【請求項６】
複数の燃料棒を束ねて角筒状のチャンネルボックスを装着された燃料集合体の中心軸に垂直な平面内でのそれぞれの前記燃料棒が放出するガンマ線強度の分布を測定するガンマ線強度分布測定方法において、
前記燃料集合体を前記回転軸の周りの測定角に回転させる回転工程と、この回転工程の後に前記中心軸に平行な平面に平行なコリメータを通過するガンマ線強度を測定する測定工程と、前記コリメータに垂直な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第１および第２距離測定工程と、前記コリメータおよび前記回転軸に平行な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第３および第４距離測定工程と、前記第１および第２距離測定工程で測定した距離および前記第３および第４距離測定工程で測定した距離に基づいて前記コリメータに対する前記燃料集合体の中心軸の位置および前記燃料集合体の前記回転軸の周りの回転角を算出する角度算出工程とを、前記測定角の数が前記コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数以上となるように繰り返す回転測定工程と、
前記コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を、前記コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数以上の前記測定角で前記コリメータを通過したガンマ線強度に基づいて算出する演算工程と、
を有することを特徴とするガンマ線強度分布測定方法。
【請求項７】
複数の燃料棒を束ねた燃料集合体の軸に垂直な平面内でのそれぞれの前記燃料棒が放出するガンマ線強度の分布を測定するガンマ線強度分布測定装置において、
前記燃料集合体を支持して前記燃料集合体の軸に平行な回転軸の周りの測定角に回転させる支持回転機と、
前記回転軸を含む平面に平行なガンマ線を通過させるコリメータと、前記コリメータを通過するガンマ線の強度を測定するガンマ線検出器と、
前記コリメータに垂直な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第１および第２距離測定器と、前記コリメータおよび前記回転軸に平行な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第３および第４距離測定器と、を備えたガンマ線測定器集合体と、
前記第１および第２距離測定器で測定した距離および前記第３および第４距離測定器で測定した距離に基づいて前記コリメータに対する前記燃料集合体の中心軸の位置および前記燃料集合体の前記回転軸の周りの回転角を算出し、前記測定角の数が前記第１ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数および前記第２ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数の少なくない方以上となるように繰り返し前記支持回転機に前記燃料集合体を前記回転軸の周りに回転させて前記ガンマ線検出器にガンマ線の強度を測定させる測定制御器と、
前記ガンマ線検出器で測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を前記ガンマ線検出器で測定されたガンマ線強度に基づいて算出する分布演算器と、
を有することを特徴とするガンマ線強度分布測定装置。
【請求項１】
複数の燃料棒を束ねた燃料集合体の中心軸に垂直な面内でのそれぞれの前記燃料棒が放出するガンマ線強度の分布を測定するガンマ線強度分布測定方法において、
前記燃料集合体を前記中心軸に平行な回転軸の周りの測定角に回転させる回転工程と、この回転工程の後に前記回転軸を含む平面からの距離が第１長さであり前記平面に平行な第１コリメータを通過するガンマ線強度および前記回転軸を含む平面からの距離が第１長さよりも小さい第２長さであり前記平面に平行な第２コリメータを通過するガンマ線強度を測定する測定工程とを、前記測定角の数が前記第１コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数および前記第２コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒であって前記第１コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒ではないものの本数の少なくない方以上となるように繰り返す回転測定工程と、
前記第１コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を、前記第１コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数以上の前記測定角で前記第１コリメータを通過したガンマ線強度に基づいて算出する第１演算工程と、
前記第１演算工程の後に、前記第２コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を、前記第２コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒であって前記第１コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒以外の本数以上の前記測定角で前記第２コリメータを通過したガンマ線強度および前記第１演算工程で求めたに前記第１コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布に基づいて算出する第２演算工程と、
を有することを特徴とするガンマ線強度分布測定方法。
【請求項２】
前記測定角のそれぞれに対して、前記燃料集合体のうち１本の前記燃料棒だけがガンマ線を放出した場合のその燃料棒のガンマ線強度に対する前記平面に平行で前記第１コリメータに近づく方向に前記燃料集合体から外部に放出されたガンマ線強度の比をｊ番目の前記測定角でのその燃料棒の応答Ｒｉｊとして求める応答予測工程、をさらに有し、
前記第１コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒の本数はＮ１、前記第２コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒の本数はＮ２、前記測定角の数はＭであって、ｉ番目の前記燃料棒が放出するガンマ線強度をＧｉ、前記第１コリメータを通過するガンマ線の検出効率に対する前記第２コリメータを通過するガンマ線の検出効率の比をｋとしたときに、
前記第１演算工程は、
【数１３】
を最小二乗法を用いて解いて求める工程であり、
前記第２演算工程は、
【数１４】
を最小二乗法を用いて解いて求める工程であることを特徴とする請求項１に記載のガンマ線強度分布測定方法。
【請求項３】
前記測定角は、それぞれの前記燃料棒の応答が極大となる角度から所定の範囲内の角度を含むことを特徴とする請求項１に記載のガンマ線強度分布測定方法。
【請求項４】
前記燃料集合体は角筒状のチャンネルボックスを装着されていて、
前記回転測定工程は、前記第１コリメータに垂直な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第１および第２距離測定工程と、前記第１コリメータおよび前記回転軸に平行な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第３および第４距離測定工程と、前記第１および第２距離測定工程で測定した距離および前記第３および第４距離測定工程で測定した距離に基づいて前記第１コリメータおよび前記第２コリメータに対する前記中心軸の位置および前記燃料集合体の前記回転軸の周りの回転角を算出する角度算出工程と、を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のガンマ線強度分布測定方法。
【請求項５】
複数の燃料棒を束ねた燃料集合体の中心軸に垂直な面内でのそれぞれの前記燃料棒が放出するガンマ線強度の分布を測定するガンマ線強度分布測定装置において、
前記燃料集合体を支持して前記軸に平行な回転軸の周りの測定角に回転させる支持回転機と、
前記回転軸を含む平面からの距離が第１長さであり前記平面に平行なガンマ線を通過させる第１コリメータと、前記第１コリメータ通過するガンマ線の強度を測定する第１ガンマ線検出器と、前記回転軸を含む平面からの距離が第１長さよりも小さい第２長さであり前記平面に平行なガンマ線を通過させる第２コリメータと、前記第２コリメータを通過するガンマ線の強度を測定する第２ガンマ線検出器と、を備えたガンマ線測定器集合体と、
前記測定角の数が前記第１ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数および前記第２ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出するガンマ線を放出する前記燃料棒であって前記第１ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出するガンマ線を放出する前記燃料棒ではないものの本数以上となるように繰り返し前記支持回転機に前記燃料集合体を前記回転軸の周りに回転させて前記第１ガンマ線検出器および前記第２ガンマ線検出器にガンマ線の強度を測定させる測定制御器と、
前記第１ガンマ線検出器で測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を前記第１ガンマ線検出器で測定されたガンマ線強度に基づいて算出し、前記第２ガンマ線検出器で測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を、前記第２ガンマ線検出器で測定されたガンマ線強度および前記第１ガンマ線検出器で測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布に基づいて算出する分布演算器と、
を有することを特徴とするガンマ線強度分布測定装置。
【請求項６】
複数の燃料棒を束ねて角筒状のチャンネルボックスを装着された燃料集合体の中心軸に垂直な平面内でのそれぞれの前記燃料棒が放出するガンマ線強度の分布を測定するガンマ線強度分布測定方法において、
前記燃料集合体を前記回転軸の周りの測定角に回転させる回転工程と、この回転工程の後に前記中心軸に平行な平面に平行なコリメータを通過するガンマ線強度を測定する測定工程と、前記コリメータに垂直な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第１および第２距離測定工程と、前記コリメータおよび前記回転軸に平行な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第３および第４距離測定工程と、前記第１および第２距離測定工程で測定した距離および前記第３および第４距離測定工程で測定した距離に基づいて前記コリメータに対する前記燃料集合体の中心軸の位置および前記燃料集合体の前記回転軸の周りの回転角を算出する角度算出工程とを、前記測定角の数が前記コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数以上となるように繰り返す回転測定工程と、
前記コリメータを通過して測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を、前記コリメータを通過して測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数以上の前記測定角で前記コリメータを通過したガンマ線強度に基づいて算出する演算工程と、
を有することを特徴とするガンマ線強度分布測定方法。
【請求項７】
複数の燃料棒を束ねた燃料集合体の軸に垂直な平面内でのそれぞれの前記燃料棒が放出するガンマ線強度の分布を測定するガンマ線強度分布測定装置において、
前記燃料集合体を支持して前記燃料集合体の軸に平行な回転軸の周りの測定角に回転させる支持回転機と、
前記回転軸を含む平面に平行なガンマ線を通過させるコリメータと、前記コリメータを通過するガンマ線の強度を測定するガンマ線検出器と、
前記コリメータに垂直な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第１および第２距離測定器と、前記コリメータおよび前記回転軸に平行な平面内の２点から前記チャンネルボックスの側面までの距離を測定する第３および第４距離測定器と、を備えたガンマ線測定器集合体と、
前記第１および第２距離測定器で測定した距離および前記第３および第４距離測定器で測定した距離に基づいて前記コリメータに対する前記燃料集合体の中心軸の位置および前記燃料集合体の前記回転軸の周りの回転角を算出し、前記測定角の数が前記第１ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数および前記第２ガンマ線検出器で測定されるガンマ線を放出する前記燃料棒の本数の少なくない方以上となるように繰り返し前記支持回転機に前記燃料集合体を前記回転軸の周りに回転させて前記ガンマ線検出器にガンマ線の強度を測定させる測定制御器と、
前記ガンマ線検出器で測定されたガンマ線を放出した前記燃料棒のそれぞれのガンマ線強度の分布を前記ガンマ線検出器で測定されたガンマ線強度に基づいて算出する分布演算器と、
を有することを特徴とするガンマ線強度分布測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２４０６（Ｐ２０１１−２４０６Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４７３０８（Ｐ２００９−１４７３０８）
【出願日】平成２１年６月２２日（２００９．６．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２２日（２００９．６．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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