オンライン臨界安全監視システムの開発研究(V)

R&D Study on on-line criticality surveillance system (V)

山田 澄*

Yamada, Susumu*

核燃料加工・再処理システムの臨界安全をより一層確実なものとするための未臨界度モニタリングシステムの必要性と重要性に鑑みて、本研究では、必要な場合に容易に設置できる安価で即応性の良い臨界安全監視システムを開発することを目的として、平成3年から、5年間の基礎研究と4年間の開発研究を行ってきた。本報告はこれら一連の研究を総括するものである。核燃料加工施設で観測される中性子信号あるいはガンマ線モニタからの信号は基本的にランダム時系列であることに着目し、ランダム時系列解析手法の一つである逐次型自己回帰移動平均(ARMA)モデル同定手法をオンライン未臨界度推定に応用した安価で即応性の良い臨界安全監視システムを開発するための知見を蓄積することが本研究の目的である。平成3年からの5年間にわたる基礎研究では、1)定常時系列にたいして、未臨界度を推定するのに最適な逐次型自己回帰移動平均(ARMA)モデル同定アルゴリズムの検討、2)未臨界度を精度よく推定するために必要となる信号前処理法の検討、3)時間的に変化する未臨界度を、できるだけ時間遅れを発生せずに追跡できる逐次型自己回帰移動平均(ARMA)モデル同定アルゴリズムの開発、4)これらの手法を臨界安全監視システムに応用するために必要となるシステム構成・要素モジュールの基本概念についての検討、5)核燃料サイクル開発機構のDCA実験データの解析等を行い、逐次型自己回帰移動平均(ARMA)モデル同定手法を用いた臨界安全監視システムの実用化に必要となる知見を蓄積した。平成9年からの4年間にわたる開発研究では、1)それまでに蓄積した成果を実際の臨界安全監視システムとして構築するために必要となるモジュールに付いての検討、2)解析表示モジュールの中でARMAモデル同定と平行して信号解析を行う冗長系として重要な要素となるディジタル適用フィルタモジュールの開発と実データ解析、3)ガンマ線信号を用いたFeynman-法による未臨界度推定モジュールと、その信号取得に必要となる高速パルス信号処理系の提案、4)電源雑音を除去するノッチフィルタの設計法と実際のソフトウエアの開発、5)逐次型ARMAモデル同定プログラムをはじめとする一連のプログラムのワークステーションへの移植作業、等が行われた。なお、本報告では内容の一貫性を保つため、未臨界原子炉のARMAモデル

In view of necessity and importance of criticality surveillance systems for ensuring the safety of nuclear fuel manufacturing and reprocessing plants, 5-year basic studies and 4-year R&D studies on an on-line criticality surveillance system were carried out since 1991. This report is a summary of these series of studies. Noticing that the signal from a neutron detector is random in principle, these series of studies aimed to accumulate knowledge for developing an inexpensive criticality surveillance system with quick response based on the Auto-Regressive Moving Average (ARMA) model identification algorithm. During five-year basic studies on criticality surveillance system since 1991, we obtained knowledge required for developing a criticality surveillance system based on the ARMA model identification algorithm through (1)studies on recursive ARMA model identification algorithms most appropriate for estimating subcriticality form time series data under a steady state condition, (2)studies on pre-processing of signal from neutron detectors, (3) developing a new recursive ARMA model identification algolithm with small time delay to estimate time-dependent subcriticality, (4) proposing a basic concept for the elements required for an on-line criticality surveillance system, and (5) numerical analysis of data from the DCA experiments. During next four-year R&D studies on a criticality surveillance system since 1996, we (1) proposed modules required for a no-line criticality surveillance system, (2) revealed effectiveness of a adaptive digital filter (ADF) algorithm, as an important redundancy to the recursive ARMA model identification algorithm to be used in the signal processing module through numerical analysis of real data, (3) proposed a module of the Feynman- method over ray signal and a fast signal processing module for ray signal, (4)devdoped a line-noise removal filter(Notch filter) and revealed its effectiveness for the DCA ...