JPH0227299A - 冷中性子源装置における減速容器の液面制御方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、熱中性子減速用の液体水素と共存する水素
ガス圧力を制御し、冷中性子を安定に発生させるための
冷中性子源装置における減速容器の液面制御方法に関す
る。

［従来の技術］ 例えば、中性子ラジオグラフィにより使用済み燃料を透
過撮影する場合には、低温の中性子（所謂、冷中性子）
を使用する。冷中性子は、研究用原子炉で発生させた熱
中性子を液体水素で減速することにより得られる。すな
わち、液体水素が貯留された容器（減速容器）を原子炉
プール内に浸漬し、これに熱中性子を照射して液体水素
中を透過させる。熱中性子照射により液体水素が加熱・
ガス化し、容器内液体水素の液位が低下すると共に、容
器内圧が上昇するので、通常、低温ヘリウムにより減速
容器内の水素ガスを冷却凝縮すると共に、緩衝タンクを
別に設けて容器内圧の上昇を緩和する。すなわち、減速
容器及び緩衝タンクを相互に連通して気液二相の閉じた
水素系を形成し、ヘリウム系による冷却能を制御するこ
とにより水素系のガス圧力を調節し、減速容器内の液位
を−定の高さに保持しつつ、熱中性子を液体水素に透過
させて減速する。

従来の冷中性子源装置における減速容器の液面制御方法
は、熱中性子照射により液位が低下しようとすると、コ
ントロールヒータの加熱を調節してヘリウム系の冷却能
を制御する。すなわち、第５図に示すように、減速容器
内の液位を望ましいレベルに維持する所定の水素ガス圧
力に対応する設定値Ｐ！；と検出値との偏差に応じて、
コントロールヒータの加熱量を制御するものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の制御方法においては、水素系の応
答遅れ時間が大きく、波出力の変動等の外乱が水素系に
入ると、水素系を安定状態に復帰させるのに長時間を要
する。通常、このような外乱は、ステップ状等の単純な
ものでなく、振動性等の復雑なものであるため、従来の
制御ループのみでは水素系を安定に保持することは非常
に困難である。このため、減速容器内の液位を所定レベ
ルに保つことができず、所定量の熱中性子を液体水素に
透過させることができない場合があり、冷中性子を安定
に発生させる二とが困難になるという問題点があった。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
波出力等の外乱が水素系に入る場合にも水素圧力が安定
するように制御して減速容器内の液位を一定に保持し、
冷中性子を安定して発生させることができる冷中性子源
装置における減速容器の液面制御方法を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る冷中性子源装置における減速容器の液面
制御方法は、貯留された液体水素により熱中性子を減速
する減速容器の圧力を測定し、この圧力が設定値に一致
するように、制御装置により前記減速容器からの抜熱量
を操作してフィードバック圧力制御を行なうことにより
、間接的に前記減速容器中の液体水素の液面を制御する
減速容器の液面制御方法において、前記フィードバック
圧力制御に加えて、原子炉の波出力を検出し、前記波出
力によって定まる量を前記圧力の設定値又は制御装置の
出力にフィードフォワード量として付加することを特徴
とする。

［作用］ この発明に係る冷中性子源装置における減速容器の液面
制御方法においては、フィードバック用制御ループとは
別個にフィードフォワード用制御ループを設け、このフ
ィードフォワード用制御ループを介して核出力外乱によ
る水素圧力変動を早期に抑制し、水素系を安全に制御す
ることができる。

［実施例］ 以下、添付の図面をｐ照してこの発明の第１の実施例に
ついて具体的に説明する。

第１図はこの発明の第１の実施例に係る冷中性子源装置
の制御方法に使用された制御系を示すブロック図、第２
図は原子炉と水素系との関係を示す模式図、第３図は水
素系とヘリウム系との関係を示す模式図である。小型の
研究用原子炉２がプール３内に設けられている。減速容
器６が、保護箱５に収納された状態でプール３内に浸漬
されている。原子炉２と減速容器６とは相互に所定の距
離をもって離隔しており、所定量の熱中性子が減速容器
６に照射されるようになっている。減速容器６は、その
内部に数リットルの液体水素が貯留されており、管８を
介してプール外の緩衝タンク９と相互に連通されること
により気液二相の閉じた水素系を形成している。また、
冷中性子通路７が、減速容器６の後方からプール外のラ
ジオグラフィ設備（図示せず）まで設けられており、中
性子が減速容器６の液体水素１１を透過してプール外へ
導かれるようになっている。

第３図に示すように、減速容器６及び緩衝タンク９から
なる水素系と、コールドボックス１６をＨするヘリウム
系と、が熱交換部１２を介して相互に熱交換するような
構成となっている。減速容器６の熱交換部１２の近傍に
は真空断熱層１３が設けられ、外部からの輻射熱が抑制
されるようになっている。一方、ヘリウム系においては
、ボックス１６の上流側にヘリウム供給源（図示せず）
が設けられており、供給管１９を介して低温のへリウム
ガスがコールドボックス１６内に供給され、冷却される
ようになっている。すなわち、ヘリウムガスがコールド
ボックス１６内に供給されると、熱交換用プレートフィ
ン１８の放熱により冷却され、更に膨張タービン２２を
通過して断熱膨張され、冷却されるようになっている。

ヘリウムは、管１４により熱交換部１２に導かれ、コー
ルドボックスの出口管２０を介してヘリウム供給源に返
戻されるようになっている。なお、コールドボックス１
６内には、低温精製器（図示せず）がタービン２２の上
流側に、バイパス弁（図示せず）がタービン２２の下流
側にそれぞれ設けられている。

また、コントロールヒータ２６がタービン２２と減速容
器６との間に取付けられ、減速容器６に供給されるべき
低温ヘリウムが加熱されるようになっている。第１図の
ブロック図に示すように、制御系には二つの制御ループ
が設けられている。

その一つは、従来と同様のフィードバック制御ループで
あり、ヒータ２６が制御部３０の出力側に接続され、更
に、制御部３０には緩衝タンク９の圧力検出器１０から
の水素圧力信号が人力され、水素ガス圧力設定値Ｐｓと
の偏差に基づき制御部３０によりヒータ２６の動作が制
御されるように構成されたものである。なお、原子炉２
の核出力が検出器（図示せず）により検出されるように
なっている。

もう一方の制御ループは、検出された核出力を核出力補
償回路３２に入力し、コントロールヒータ゛２６の出力
をフィードフォワード制御するものである。核出力補償
回路の伝達関数０１は、コントロールヒータ伝達関数Ｇ
Ｈ及びヘリウム系・水素圧力変換プロセスの伝達関数Ｃ
Ｐを用いて、下記（１）式に示す特性をもたせるものと
する。

０１２ＧＮ／Ｇ）Ｉ　ＧＰ　　　　　　−（１）ここに
、Ｇ、は核出力・水素圧力変換プロセスの伝達関数であ
る。

次に、上記第１の実施例の動作について説明する。

減速容器６を原子炉ブール３に浸漬し、熱中゛性子を照
射する。コールドボックス１６のバイパス弁を閉じると
共に膨張タービン２２を駆動させ、低温ヘリウムをヘリ
ウム系に循環させる。減速容器６の熱交換部１２にてヘ
リウム系と水素系とを相互に熱交換させ、熱中性子照射
によりガス化した水素を冷却凝縮し、液位の低下を抑制
する。このとき、原子炉の核出力を検出し、核出力補償
回路３２に入力してコントロールヒータ出力を制御する
。一方、水素ガス圧力設定値Ｐｓと水素ガス圧力との偏
差を用いてコントロールヒータ出力をＰＩＤ制御する。

上記第１の実施例によれば、核出力の外乱を（１）式の
特性をａする核出力補償回路に入力し、コントロールヒ
ータ出力を制御するので、核出力・水素圧力変換プロセ
ス、コントロールヒータ及びコンデンサの応答の遅れに
よる影響を回避することができ、外乱が入った場合に水
素系を迅速に安定させることができる。このため、減速
容器内の液位の低下を迅速に回復させると共に、液位の
急激な低下を有効に阻止することができ、冷中性子を安
定に発生させることができる。

第４図は、この発明の第２の実施例に係る冷中性子源装
置における減速容器の液面制御方法に使用された制御部
のブロック図を示す。前述の第１の実施例と第２の実施
例とが相互に共通する部分について説明を省略する。こ
の第２の実施例では、核出力補償回路を用いたフィード
フォワード制御ループを章更している。すなわち、検出
された核出力を核出力補償回路３２に入力し、その回路
の出力を制御部３０の前に人力する。

この場合の核出力補償回路の伝達関数は、（２）式に示
す特性をもたせるようにする。

Ｇ２　＝Ｃ；Ｎ　／Ｇｃ　Ｇｏ　Ｇｐ　　　　−（２）
ここに、Ｇｃは制御部の伝達関数である。

上記第２の実施例の場合も、水素ガス圧力は、核出力の
外乱に対し、応答遅れ時間の影響を受けなくなり、水素
系を迅速に安定化することができる。

［発明の効果］ この発明によれば、核出力等の外乱に対して冷中性子源
装置を迅速に安定化させることができる。

このため、減速容器内の液位の急激な低下を有効に回避
することができ、冷中性子を連続的に安定に供給するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例に係る冷中性子源装置
における減速容器の液面制御方法に使用された制御系を
示すブロック図、第２図は原子炉と水素系との関係を示
す模式図、第３図は水素系とヘリウム系との関係を示す
模式図、第４図はこの発明の第２の実施例に係る冷中性
子源装置における減速容器の液面制御方法に使用された
制御系を示すブロック図、第５図は従来の制御方法に使
用されている制御系を示すブロック図である。 ２・・・原子炉、３・・・プール、６・・・減速容器、
９・・・緩衝タンク、１０・・・圧力検出器、１１・・
・液体水素、１２・・・熱交換部、１６・・・コールド
ボックス、２６・・・ヒータ、３０・・・制御部％０１
１Ｇ２・・・核出力補償伝達関数、ＧＮ・・・核発熱伝
達関数、Ｇｃ・・・制御系伝達関数、Ｇ、・・・コント
ロールヒーク仏達関数、ｃｒ・・・コンデンサ伝達関数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 貯留された液体水素により熱中性子を減速する減速容器
   の圧力を測定し、この圧力が設定値に一致するように、
   制御装置により前記減速容器からの抜熱量を操作してフ
   ィードバック圧力制御を行なうことにより、間接的に前
   記減速容器中の液体水素の液面を制御する減速容器の液
   面制御方法において、前記フィードバック圧力制御に加
   えて、原子炉の核出力を検出し、前記核出力によって定
   まる量を前記圧力の設定値又は制御装置の出力にフィー
   ドフォワード量として付加することを特徴とする冷中性
   子源装置における減速容器の液面制御方法。