CN107402251A - 钠‑铯电离检测器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了钠‑铯电离检测器。提供了用于同时检测气体中的钠(Na)和铯(Cs)二者的钠‑铯检测系统和方法。该检测系统包括两个不相同的电离室,每个电离室具有电离气体中的Na和Cs的阳极和阴极。每个电离室产生与Na和Cs浓度成比例的电流,并且基于该电流确定气体中的Na浓度和Cs浓度。

Description

钠-铯电离检测器
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求于2016年5月20日提交的、标题为“Sodium-Cesium Ionization Detector”的美国临时申请第62/339,221号的权益,该美国临时申请据此通过引用并入本 文。
[0003] 介绍
[0004] 过去,钠冷核反应堆(sodium-cooled nuclear reactor)已经因为它们适用于发 电核电站而被操作和研究。在研究型反应堆的操作期间确定的一个缺点是Cs-137裂变产物 从液态钠冷却剂中携带(carryover)出来并携带进入反应堆的蒸气处理系统。在大多数以 前的反应堆设计中,铯释放的后果是相对小的,因为从少数失效的燃料细棒释放的量很小。 然而,由于目前正在开发的一些现代反应堆,例如行波反应堆(Traveling Wave Reactor), 被设计成用排气式燃料细棒(vented fuel pin)操作,释放到一次钠冷却剂(primary sodium coolant)和反应堆盖气体空间的铯的量将大得多。
[0005] 钠-铯电离检测器
[0006] 本公开内容描述了用于同时检测气体中的钠(Na)和铯(Cs)二者的新的钠-铯检测 系统和方法。新的检测系统包括两个不相同的电离室,每个电离室具有阳极和阴极,该阳极 和阴极电离气体中的Na和Cs。每个电离室产生与Na和Cs浓度成比例的电流,并且基于该电 流确定气体中的Na浓度和Cs浓度。
[0007] 通过以下详述的阅读和相关附图的考察,表征本文所述的钠-铯检测系统和方法 的这些和各种其它特征以及优点将是明显的。另外的特征在以下说明书中阐明,并且部分 从说明书中将是明显的或可通过技术实践而习得。该技术的益处和特征将通过此处的书面 说明书和权利要求书以及附图中特别指出的结构来实现和获得。
[0008] 应理解,前述的介绍和以下的详述二者都仅为示例性的和解释性的,并且意图提 供对如所要求权利的本发明的进一步的解释。
[0009] 附图简述
[0010] 构成本申请的一部分的以下附图示出了所描述的技术,并且不意味着以任何方式 限制如所要求权利的本发明的范围,本发明的范围应以本文所附权利要求为依据。
[0011] 图1以框图形式图示了钠冷核反应堆的一些基本部件。
[0012]图2图示了 Na-Cs检测器的实施方案。
[0013] 图3图示了使用不同几何结构的阳极的Na-Cs检测器的实施方案。
[0014] 图4图示了使用卷绕的丝(coiled filament)的电离室的实施方案的几个视图。
[0015] 图5图示了电离室的实施方案的几个视图,所述电离室除了其使用直的丝 (straight filament)之外与图4的电离室相同。
[0016] 图6图示了分析物检测器的另一个实施方案,所述分析物检测器具有可用于确定 和区分η个数目的分析物的三个或更多个中的某个数目(η)的电离室。
[0017] 图7图示了使用如上文所述的电离检测器来确定流中的两种不同分析物的浓度的 方法的实施方案。
[0018] 详述
[0019] 在描述作为本公开内容的主题的钠-铯检测系统和方法之前,应当理解,本公开内 容不限于本文公开的特定结构、工艺步骤或材料,而是扩展到其等同物,如将被相关领域的 普通技术人员所认识到的。还应理解,本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的,而 不意图是限制性的。必须注意的是,除非上下文另外清楚地指示,否则如本说明书中所使用 的,单数形式“一 (a) ”、“一 (an) ”和“该(the) ”包括复数指示物。因此,例如,提及“一种氢氧 化锂(a lithium hydroxide)”不应被视为定量地或来源限制的,提及“一个步骤(a step)” 可以包括多个步骤,提及反应的“产生”或“产物”不应被视为反应的全部产物,以及提及“反 应”可以包括提及这样的反应步骤中的一个或更多个。因此,反应的步骤可以包括类似材料 的多个或重复的反应以产生确定的反应产物。
[0020] 本公开内容描述了用于同时检测气体中的Na和Cs二者的系统和方法。为了本申请 的目的,在其中携带气体中的Cs的检测是重要的的钠冷核反应堆的情形中,将描述Na-Cs检 测器的实施方案。然而,将理解的是,检测系统和方法可以适用于其中在Na也存在时需要检 测Cs的任何情形中,而不仅仅是在核反应堆的情形中。
[0021] 图1以框图形式图示了钠冷核反应堆的一些基本部件。通常,反应堆100包括在反 应堆容器105中的反应堆堆芯104,堆芯104包含产生热的可裂变燃料,所述热经由诸如钠金 属的液体冷却剂106除去。为了本公开内容的目的,可裂变材料包括任何易裂变材料、任何 可变成裂变物质的材料(fertile material)或易裂变材料和可变成裂变物质的材料的组 合,并且冷却剂106是钠金属。可裂变燃料可以呈固体或液体形式(在操作温度下),并且可 以保持或可以不保持在某个容器内。在熔融燃料实施方案(未示出)中,冷却剂106可以是铀 和钠盐的混合物,其中该混合物是一次冷却剂和燃料二者。在固体燃料实施方案中,燃料可 以是被保持在一个或更多个容器内的固体铀化合物,该一个或更多个容器与钠金属冷却剂 接触或浸没在钠金属冷却剂的池中。
[0022] 在任何情况下,可裂变燃料将热传递到一次液体冷却剂106。冷却剂106可以是钠 金属。冷却剂106可以完全填充容纳燃料的容器105或可以不完全填充容纳燃料的容器105, 并且所示的实施方案被图示有任选的顶部空间102,顶部空间102可以在冷却剂106的水平 面上方填充有诸如氩气的惰性气体。基于使用的特定燃料的特性和类型来选择反应堆堆芯 104的尺寸,以实现和维持燃料处于不间断的临界状态,在此期间由燃料中不间断地产生中 子所产生的热导致燃料的温度升高。通过在堆芯104周围提供一个或更多个反射器108以将 中子反射回堆芯来改善反应堆100的性能。冷却剂106在反应堆堆芯104和位于堆芯104的外 部的一个或更多个主热交换器110之间循环。循环可以使用一个或更多个栗112进行。
[0023] 主热交换器110将热从冷却剂106传递到二次冷却剂(secondary coolant) 114,二 次冷却剂114通过二次冷却剂回路115循环。在实施方案中,二次冷却剂可以是钠或另外的 液态金属例如铅、或是盐例如NaCl-MgCh。在实施方案中,反射器108在每个主热交换器110 和反应堆堆芯104之间,如图1中所示。
[0024] 在所示的实施方案中,来自主热交换器110的加热的二次冷却剂114被传递到发电 系统120,发电系统120用于产生某种形式的功率,例如热功率、电功率或机械功率。反应堆 堆芯104、主热交换器110、栗112、钠冷却剂循环管道(包括未示出的其它辅助部件,例如止 回阀、截止阀、法兰、排水箱等)和冷却剂在操作期间通过其循环或接触其的任何其它部件 可被称为一次钠冷却剂回路116。同样,二次冷却剂回路115包括二次冷却剂通过其循环的 那些部件,包括主热交换器110、冷却剂栗113和二次冷却剂循环管道(包括未示出的其它辅 助部件,例如止回阀、截止阀、法兰、排水箱等)。
[0025] 反应堆100还包括至少一个安全壳容器(containment vessel) 118,其容纳燃料和 其它放射性材料,以防止它们在紧急情况下的释放。在液体燃料实施方案(如所示的)中,当 冷却剂也是燃料时,该容器将包围一次钠冷却剂回路116。在固体燃料实施方案中,固体燃 料将被容器118容纳,但并不是所有的钠冷却剂回路116都需要被如此容纳。注意,取决于实 施方案,二次冷却剂回路115中的一些需要在安全壳容器118内或者二次冷却剂回路115都 不需要在安全壳容器118内。
[0026] 图1还公开了携带气体处理系统132。处理系统132接收携带气体128并将其处理以 安全地排放到大气中。处理系统132包括气体处理系统126、Na-Cs检测器130和用于存储收 集的污染物的存储系统124。处理系统132可以接收来自如所示的顶部空间102和/或来自冷 却剂回路116中的任何位置的携带气体128。可能主要是惰性气体如氩气的携带气体128将 含有一些Na蒸气以及挥发性裂变产物,所述挥发性裂变产物包括Cs-137和Kr、Xe和Ar的各 种同位素。然后,携带气体128通过Na-Cs蒸气阱134以从携带气体128中除去Na和Cs Ja和Cs 二者都将干扰下游处理系统的操作,所以离开蒸气阱134的气体由Na-Cs检测器130监测以 确定携带气体128中的Cs的量。然后,携带气体流被传送到气体处理系统126,气体处理系统 126去除携带气体中的任何其他污染物或提供足够的停留时间用于携带气体中的任何其它 污染物的衰变。然后将清洁的气体122排放到大气中或再循环到发电厂的某部分。收集的污 染物被保存在存储系统124中用于随后的处置。
[0027] 在图1中所示的实施方案中,携带气体128将包含Na蒸气和Cs蒸气二者。如上文所 述,Na和Cs二者都不利于气体处理系统126的操作,但不是相同的程度。例如,从蒸气阱输出 的携带气体中的Cs的可接受的浓度可以是小于按重量计1个百万分率(ppm),这在与Na的可 接受的浓度相比时可能是小的。除非另有说明,否则以ppm表示的所有浓度将均是按重量 计。因此,独立地监测多少钠和多少Cs离开蒸气阱是有益的,以便防止对下游处理系统的损 害。然而,Na和Cs二者都是碱金属,并且在监测期间可能是难以区分的。
[0028] 图2图示了Na-Cs检测器的实施方案。在检测器200中,使用一对电离室202、204来 监测气体,例如从Na-Cs蒸气阱排出的气体。电离室202、204可以相对于待监测的气流206是 串联的(如所图示的)或是并联的(未示出)。在实施方案中,电离室202、204是使用热线(hot wire)将气体中的Na和Cs的原子电离,并且然后监测在暴露至气体的阳极(其也是热线)和 阴极之间的所得到的电离电流的仪器。
[0029] 电离室202、204不相同。都电离气体中的Na和Cs并产生与Na和Cs浓度成比例的电 流,但它们的反应不同,因为比例在室之间是不同的。在图2中所示的实施方案中,第一室 202的电流输出(I1) 212为:
Figure CN107402251AD00061
[0031] 并且第二室204的输出(I2) 214为:
Figure CN107402251AD00062
[0033] 此外,第一室202的电流输出(I1) 212是Na浓度(CNa)和Cs浓度(Ccs)的某个函数F1 (CNa,CCs)。类似地,第二室204的电流输出(I2) 214是Na浓度和Cs浓度的某个函数?2 (CNa, Ccs)。两个函数^和^是不同的(S卩,函数可以用数学上一致的方程来表示,而不是相同函数 的变化形式,例如F^k · F2,其中k是常数)。两个函数?^^是由电离室的设计固定的,并 且可以通过使用已知的Na和Cs气体浓度在受控条件下测试电离室来确定。
[0034] 以下的事实允许电流被比较并且每个组分的浓度通过数学分析被确定:两个室 202、204输出电流212、214,电流212、214是相同Na-Cs气体浓度的不同函数。在所示的实施 方案中,来自室202、204的电流输出212、214被传送到数据处理器208,数据处理器208计算 并且输出210Na和Cs的浓度。下面参考图3的具体实施方案提供示例性计算。
[0035] 检测器200的输出是分析物的浓度,分析物在本实施方案中为Cs和Na。浓度可以作 为不间断的监测的一部分被显示和/或存储,或者可以被安全系统用于一旦检测到离开蒸 气阱的气体中的Na或Cs的高浓度就产生警报或自动关机信号。例如,在实施方案中,可以将 一个或更多个Na阈值和Cs阈值与数据处理器的输出210实时地进行比较。一旦确定浓度满 足或超过特定阈值,就可以执行与特定阈值相关联的动作(例如,产生警报、发送消息、发出 关机命令等)。
[0036] 本公开内容的一个方面是如何产生不同的函数FdPF2。一般来说,只要函数是固定 的且不同的,室设计如何改变以产生不同的函数是无关紧要的。可以通过改变阳极材料或 阴极材料或室之间的涂层来产生这样的不同的函数。
[0037] 已经发现,产生具有对于相同分析物的不同函数FjPF2的两个电离室的另一种方 法是:改变室之间的阳极或阴极的几何结构。已经确定,不同的阳极或阴极几何结构,例如, 第一室利用用于热线/阳极组合的直的线(straight wire)而第二室利用用于热线/阳极的 卷绕的线(coiled wire),产生不同的函数,Fi和F2。
[0038] 此外,在本实施方案中,分析物具有不同的尺寸。也就是说,Cs具有比Na大的原子 半径。由于分析物的尺寸不同,分析物在电离室内充分不同地反应以产生函数FjPF2,函数 FjPF2不是相同函数的变化形式,如上文所述的。
[0039] 图3图示了使用不同几何结构的阳极的Na-Cs检测器的实施方案。在检测器300中, 两个电离室302、304再次串联地被设置在流动的气流306中。在所示的实施方案中,除了阳 极几何结构不同外,两个电离室302、304是相同的。第一室302设置有作为阳极302a的卷绕 的丝,并且第二室304设置有作为阳极304a的直的丝。使用电流发生器302g、304g和相关联 的加热电路(由虚线示出),通过使稳定的电流通过阳极来加热阳极302a、304a。在可选择的 实施方案中,与所示的独立电路相反,两个阳极可以是单个加热电路的一部分。在实施方案 中,将阳极加热至足以电离分析物的温度。在Cs和Na的情况下,温度高于800°C,例如1000 °C,是足够的。尽管图3图示了与直的阴极的室串联并且首先被气流接触的卷绕的阴极的 室,但在可选择的实施方案中,直的阴极的室可以放置在卷绕的阴极的室之前或者两个室 可以是以并行配置并排的,如上文所讨论的,使得每个室仅暴露至气流的一部分。
[0040] 阴极302c、304c可以是任何尺寸或形状,例如板(如所示的)、线、管、在其中心处具 有阳极的管,或围绕或部分围绕其相关联的阳极302a、304a的网。在实施方案中,阴极是具 有围绕相关联的阳极的穿孔的金属管。穿孔足够大以允许大量的气体流入环形区域以接触 阳极。参照下文的图4和图5讨论该实施方案的实例。
[0041] 通过直流电压源302v、304v在阳极-阴极对之间施加电压电位。可以使用任何电压 源。在实施方案中,阳极可以是带负电荷的,并且阴极可以是接地的或带正电荷的,以便在 它们之间产生目标电位V。
[0042] 在操作中,通过管中的穿孔进入检测器的金属蒸气将通过由应用到阳极的电流产 生的热而变为电离的。电离导致带正电荷的离子和带负电荷的电子的分离。这些带电粒子 朝向带相反电荷的阳极和阴极移动并导致电流的产生。检测到的电流与所产生的离子的数 目成正比,并因此与气体中的Na和Cs的浓度成正比。
[0043] 阳极丝可以由任何合适的材料制成,所述合适的材料是导电的并且能够耐受热和 气体环境以及具有足以使Na和Cs电离的功函数。在实施方案中,阳极选自贵金属或其合金, 以提供优异的耐腐蚀性。例如,钯、铂及其合金是合适的阳极材料。还可以使用铼、钽和钢的 镍-络合金。
[0044] 在所示的实施方案中,每个室设置有电流计302m、304m以测量由分析物的电离产 生的电流。电流传感器的输出是模拟的或数字的信号,所述信号指示通过阴极的实时电流。 来自两个室302、304的信号312、314被传送到处理系统308,在处理系统308它们被分析以确 定气体中的Na和Cs浓度310。
[0045] 在实施方案中,Na和Cs浓度从总电流Itcit确定,总电流Itcit通过带有迭代过程的算 法、由每个电离室302、304产生。在该算法中,例如,使用幂律校准曲线函数使电流与元素浓 度相关:
Figure CN107402251AD00081
[0047] 其中:
[0048] Cx是元素浓度;
[0049] ax和bx是关于通过测试确定的元素和阳极丝几何结构的参数;并且
[0050] Ix是由元素产生的电流。
[0051] 对于Na元素和Cs元素二者,校准曲线函数(3)被生成,在Ix的方面被重新整理,并 被组合成上述的电流输出方程⑴和(2)。在知道由每个电离室302、304产生的总电流1!和12 的情况下,可以将输出方程(2)代入输出方程(1)中,使得其被减少为单个变量,例如Cs浓 度。因此,该算法迭代地解开关于Cs浓度的输出方程(1)。然后将计算的Cs浓度插入另一个 输出方程⑵中,以解出另一个变量,例如Na浓度。在可选择的实施方案中,可以首先迭代地 解出Na浓度,并且然后确定Cs浓度。此外,该算法可用于使用相同数目的电离室确定任何数 目的分析物,如下文图6中所描述的。
[0052] 图4示出了使用卷绕的丝的电离室的实施方案400的几个视图。图4包括示出卷绕 的丝的阳极402a的线框图和阴影图。阳极402a在管状阴极402c内,管状阴极402c在侧壁中 设置有许多个被称为穿孔402p的圆形开口以允许气体进入环形区域并与来自阳极402a的 热接触。绝缘体(insulation) 402i被图示为在阳极线路(wiring)和阴极线路的部分上。该 绝缘体402i控制在阳极402a和阴极402c之间产生的电场的位置以及围绕阳极402a的高温 区的位置。
[0053] 图5图示了电离室的实施方案500的几个视图,所述电离室除了其使用直的丝之外 与图4的电离室相同。图5包括示出卷绕的丝的阳极502a的线框图和阴影图。阳极502a在管 状阴极502c内,管状阴极502c在侧壁中设置有许多个被称为穿孔502p的圆形开口以允许气 体进入环形区域并与来自阳极502a的热接触。绝缘体502i被图示为在阳极线路和阴极线路 的部分上。该绝缘体502i控制在阳极502a和阴极502c之间产生的电场的位置以及围绕阳极 502a的高温区的位置。
[0054] 可以使用任何其它几何结构代替如图3和图4所示的圆形线圈,或者如图5所示的 直的线圈,只要两个电离室的几何结构以及因此得到的Cs和Na函数是不同的。例如,可以使 用椭圆形线圈(围绕椭圆形柱体卷绕的线)、方形线圈(围绕正方形棱柱卷绕的线)、三角形 的(围绕三角形棱柱卷绕的线)或其它的线圈横截面。类似地,对于丝可以使用二维形状,例 如锯齿形或正弦曲线形。在又一个变化形式中,可以改变阳极长度上的线圈或弯曲部的数 目。在又一个变化形式中,可以改变线圈的直径。在又一个实施方案中,阳极可以是相同的 形状,但是阳极和阴极之间的电位、涂层、或阳极和阴极材料可以是不同的以获得不同的电 离室的函数。
[0055] 图6图示了分析物检测器600的另一个实施方案,分析物检测器600具有可用于确 定和区分η个数目的分析物的三个或更多个中的某个数目(η)的电离室。在所示的实施方案 中,每个电离检测器602:1对分析物具有不同的响应函数,这允许在通过数据处理器608分 析之后确定气流606中的不同分析物的效果并且区分和报告610浓度。
[0056] 在又一个实施方案中,电离室中的一个或更多个除作为电离室之外还可以用作流 量计。在此实施方案中,将丝的温度保持在固定温度,并测量电流。为了在变化的气流下保 持温度,电流也必须改变。通过在检测器中使用之前用载气校准电离室,可以确定响应于可 变流的电流。这允许电离室的加热电路中的一个或更多个除了提供用于电离分析物的电离 能之外还被用作热线流量计。在例如本文描述的许多应用的情况下,其中载气是通过检测 器的气体中按重量计的绝大部分,加热电路仅需要校准以确定其对纯载气的流动的响应。 对于更精确的流量测量,通过电离产生的电流也可被用于确定流量,例如在确定流量时通 过从加热电路电流减去所测量的电离电流。
[0057] 图7图示了使用如上文所述的电离检测器来确定流中的两种不同分析物的浓度的 方法的实施方案。在所示的实施方案中,方法700开始于在第一气体监测操作702中使气体 流过第一电离室。第一电离室已被测试并且具有已知的响应函数F1,该函数指示了对于两 种分析物的给定浓度,将在室的阳极和阴极之间产生的电流的总量(aggregated amount)。 因此,使气体流过第一室导致产生第一电离电流,所述第一电离电流是第一分析物和第二 分析物的浓度的已知的第一函数F1。
[0058] 方法700还包括在第二气体监测操作704中使气体流过第二电离室。第二电离室已 被测试并且具有已知的响应函数F2,该函数指示了对于两种分析物的给定浓度,将在室的 阳极和阴极之间产生的电流的总量。响应函数F2与第一电离室的响应函数F1不同。在实施方 案中,这种不同是由于两个室的阳极或阴极之间的结构或材料的不同。因此,使气体流过第 二室导致产生第二电离电流,所述第二电离电流是第一分析物和第二分析物的浓度的已知 的第二函数F2。
[0059] 然后在分析操作7 0 6中使用两个室的电流输出来确定两种分析物的浓度。分析操 作706包括数字分析第一电流和第二电流、或从电流例如电流的模拟数字转换得到的信号, 以基于第一函数朽和第二函数F2来确定第一分析物和第二分析物的浓度。
[0060] 然后可以在比较操作708中将浓度中的一个或二者与一个或更多个预定阈值进行 比较。每个阈值可以与不同的条件相关联,所述不同的条件例如指示正常操作的可接受的 范围、应当产生警报的高范围,以及应当改变或终止气流的紧急范围。
[0061] 基于比较操作708的结果,产生操作710产生与一个或更多个超过的阈值相关联的 一个或更多个信号,例如操作正常的信号、产生警报的信号和/或控制气体的流动的信号。
[0062] 尽管有所附的权利要求,但本公开内容还由以下项目限定:
[0063] 1. 一种检测器,包括:
[0064] 第一电离室,所述第一电离室具有第一阳极和第一阴极,所述第一阳极具有第一 阳极几何结构;和
[0065] 第二电离室,所述第二电离室具有第二阳极和第二阴极,所述第二阳极具有不同 于所述第一阳极几何结构的第二阳极几何结构。
[0066] 2.如上述项目所述的检测器,还包括:
[0067] 数据处理器,所述数据处理器从来自所述第一电离室的第一输出和来自所述第二 电离室的第二输出产生第一分析物的浓度。
[0068] 3.如上述项目中的任一项所述的检测器,其中所述第一输出是所述第一阳极和所 述第一阴极之间的第一电流或从所述第一电流得到的信号中的一种。
[0069] 4.如上述项目中的任一项所述的检测器,其中所述第一分析物是铯和钠中的一 种。
[0070] 5.如上述项目中的任一项所述的检测器,其中所述第一电离室和所述第二电离室 中的至少一个的所述阴极是管状阴极,使得所述阳极位于所述管状阴极内。
[0071] 6.如上述项目中的任一项所述的检测器,其中所述管状阴极具有侧壁,所述侧壁 具有在其中界定的至少一个开口。
[0072] 7.如上述项目中的任一项所述的检测器,其中所述阴极和所述阳极中的至少一个 具有绝缘体(insulation)的至少一部分。
[0073] 8.如上述项目中的任一项所述的检测器,其中所述第一阳极和所述第二阳极中的 至少一个是贵金属或其合金。
[0074] 9.如上述项目中的任一项所述的检测器,还包括:
[0075] 至少一个第三电离室,所述至少一个第三电离室具有第三阳极和第三阴极,所述 第三阳极具有不同于所述第一阳极几何结构和所述第二阳极几何结构的第三阳极几何结 构。
[0076] 10.如上述项目中的任一项所述的检测器,其中所述第一阳极和所述第二阳极中 的至少一个是卷绕的阳极,而另一个阳极是直的阳极。
[0077] 11. 一种钠-铯检测器,包括:
[0078] 第一电离室,所述第一电离室具有在管状阴极内的加热的、卷绕的阳极并且输出 与流过所述第一电离室的钠离子和铯离子成比例的第一电流;
[0079]第二电尚室,所述第二电尚室具有在管状阴极内的加热的、直的阳极并且输出与 流过所述第二电离室的钠离子和铯离子成比例的第二电流;和
[0080] 数据处理器,所述数据处理器基于所述第一电流和所述第二电流输出钠浓度和铯 浓度。
[0081] 12.如项目11所述的钠-铯检测器,其中所述第一电离室和所述第二电离室被串联 配置,使得所述钠离子和所述铯离子首先流过所述两个电离室中的一个并且然后流过另一 个电离室。
[0082] 13.如项目11所述的钠-铯检测器,其中所述第一电离室和所述第二电离室被并联 配置,使得所述钠离子和所述铯离子的第一部分流过所述第一电离室,并且第二部分的钠 离子和铯离子流过所述第二电离室。
[0083] 14. —种监测气体的两种分析物的方法,包括:
[0084] 使气体流过第一电离室,从而产生第一电离电流,所述第一电离电流是第一分析 物和第二分析物的浓度的已知的第一函数Fi;
[0085] 使气体流过第二电离室,从而产生第二电离电流,所述第二电离电流是第一分析 物和第二分析物的浓度的已知的第二函数F2;
[0086] 基于所述第一函数F1和所述第二函数^分析所述第一电流和所述第二电流以确定 所述第一分析物和所述第二分析物的浓度;
[0087] 将至少一种分析物的浓度与阈值进行比较;和
[0088] 一旦确定所述至少一种分析物的浓度超过所述阈值就产生信号。
[0089] 15.如项目14所述的方法,其中所述第一分析物和所述第二分析物中的至少一种 是铯并且另一种分析物是钠。
[0090] 16.如项目14和15中任一项所述的方法,其中所述第一电离室和所述第二电离室 被串联配置,以便使气体流过所述第一电离室是在使气体流过所述第二电离室之前。
[0091] 17.如项目14-16中任一项所述的方法,其中所述第一电离室和所述第二电离室被 并联配置,以便使气体流过所述第一电离室与使气体流过所述第二电离室同时发生。
[0092] 18.如项目14-17中任一项所述的方法,其中产生信号还包括产生警报。
[0093] 19.如项目14-18中任一项所述的方法,其中产生信号还包括控制气体通过所述第 一电离室和所述第二电离室的流动。
[0094] 20.如项目14-19中任一项所述的方法,其中控制气体的流动还包括停止气体的流 动。
[0095] 21.—种钠冷核反应堆,包括:
[0096] 反应堆堆芯;
[0097] 钠冷却剂系统;
[0098] 反应堆控制系统;和
[0099] 至少一个钠-铯检测器,每个钠-铯检测器具有:
[0100] 第一电离室,所述第一电离室具有在管状阴极内的加热的、卷绕的阳极并且输出 与流过所述第一电离室的钠离子和铯离子成比例的第一电流;
[0101]第二电尚室,所述第二电尚室具有在管状阴极内的加热的、直的阳极并且输出与 流过所述第二电离室的钠离子和铯离子成比例的第二电流;和
[0102] 数据处理器,所述数据处理器向所述反应堆控制系统输出基于所述第一电流和所 述第二电流确定的钠浓度和铯浓度。
[0103] 尽管陈述技术的广泛范围的数字范围和参数为近似值,但是在具体实例中陈述的 数值被尽可能精确地报告。然而,任何数值都固有地包含由其相应测试测量中出现的标准 偏差而必然导致的某些误差。
[0104] 将清楚的是,本文描述的系统和方法很好地适应于实现所提到的目的和优点以及 其中固有的目的和优点。本领域技术人员将认识到,本说明书中的方法和系统可以以许多 方式实现,并因此不受前述示例性实施方案和实例的限制。换句话说,以硬件和软件的各种 组合、通过单个或多个部件执行的功能元件、以及各个功能可以在客户端或服务器级别的 软件应用程序之间分配。在这点上,本文描述的不同实施方案的任何数目的特征可以组合 成一个单独的实施方案,并且具有少于或多于本文描述的所有特征的可选择的实施方案是 可能的。
[0105]虽然为了本公开内容的目的已经描述了各种实施方案,但是可以作出各种改变和 修改,这些改变和修改完全在本公开内容所涵盖的范围内。例如,可以设计多个分析物检测 器以确定与使用Na-K冷却盐的反应堆一起使用的Na、K和Cs的浓度。可以作出许多其它改 变,这些改变对于本领域技术人员将是容易想到的并且被包括在本公开内容的精神中。

Claims (21)

1. 一种检测器,包括: 第一电离室,所述第一电离室具有第一阳极和第一阴极,所述第一阳极具有第一阳极 几何结构;和 第二电离室,所述第二电离室具有第二阳极和第二阴极,所述第二阳极具有不同于所 述第一阳极几何结构的第二阳极几何结构。
2. 如权利要求1所述的检测器,还包括: 数据处理器,所述数据处理器从来自所述第一电离室的第一输出和来自所述第二电离 室的第二输出产生第一分析物的浓度。
3. 如权利要求2所述的检测器,其中所述第一输出是所述第一阳极和所述第一阴极之 间的第一电流或从所述第一电流得到的信号中的一种。
4. 如权利要求2所述的检测器,其中所述第一分析物是铯和钠中的一种。
5. 如权利要求1所述的检测器,其中所述第一电离室和所述第二电离室中的至少一个 的所述阴极是管状阴极,使得所述阳极位于所述管状阴极内。
6. 如权利要求5所述的检测器,其中所述管状阴极具有侧壁,所述侧壁具有在其中界定 的至少一个开口。
7. 如权利要求5所述的检测器,其中所述阴极和所述阳极中的至少一个具有绝缘体的 至少一部分。
8. 如权利要求1所述的检测器,其中所述第一阳极和所述第二阳极中的至少一个是贵 金属或其合金。
9. 如权利要求1所述的检测器,还包括: 至少一个第三电离室,所述至少一个第三电离室具有第三阳极和第三阴极,所述第三 阳极具有不同于所述第一阳极几何结构和所述第二阳极几何结构的第三阳极几何结构。
10. 如权利要求1所述的检测器,其中所述第一阳极和所述第二阳极中的至少一个是卷 绕的阳极,并且另一个阳极是直的阳极。
11. 一种钠-铯检测器,包括: 第一电离室,所述第一电离室具有在管状阴极内的加热的卷绕的阳极并且输出与流过 所述第一电离室的钠离子和铯离子成比例的第一电流; 第二电离室,所述第二电离室具有在管状阴极内的加热的直的阳极并且输出与流过所 述第二电离室的钠离子和铯离子成比例的第二电流;和 数据处理器,所述数据处理器基于所述第一电流和所述第二电流输出钠浓度和铯浓 度。
12. 如权利要求11所述的钠-铯检测器,其中所述第一电离室和所述第二电离室被串联 配置,使得所述钠离子和所述铯离子首先流过所述两个电离室中的一个并且然后流过另一 个电离室。
13. 如权利要求11所述的钠-铯检测器,其中所述第一电离室和所述第二电离室被并联 配置,使得所述钠离子和所述铯离子的第一部分流过所述第一电离室,并且第二部分的钠 离子和铯离子流过所述第二电离室。
14. 一种监测气体的两种分析物的方法,包括: 使气体流过第一电离室,从而产生第一电离电流,所述第一电离电流是第一分析物和 第二分析物的浓度的已知的第一函数FI; 使气体流过第二电离室,从而产生第二电离电流,所述第二电离电流是第一分析物和 第二分析物的浓度的已知的第二函数F2; 基于所述第一函数F1和所述第二函数^分析所述第一电流和所述第二电流以确定所述 第一分析物和所述第二分析物的浓度; 将至少一种分析物的浓度与阈值进行比较;和 一旦确定所述至少一种分析物的浓度超过所述阈值就产生信号。
15. 如权利要求14所述的方法,其中所述第一分析物和所述第二分析物中的至少一种 是铯并且另一种分析物是钠。
16. 如权利要求14所述的方法,其中所述第一电离室和所述第二电离室被串联配置,以 便使气体流过所述第一电离室是在使气体流过所述第二电离室之前。
17. 如权利要求14所述的方法,其中所述第一电离室和所述第二电离室被并联配置,以 便使气体流过所述第一电离室与使气体流过所述第二电离室同时发生。
18. 如权利要求14所述的方法,其中产生信号还包括产生警报。
19. 如权利要求14所述的方法,其中产生信号还包括控制气体通过所述第一电离室和 所述第二电离室的流动。
20. 如权利要求19所述的方法,其中控制气体的流动还包括停止气体的流动。
21. —种钠冷核反应堆,包括: 反应堆堆芯; 钠冷却剂系统; 反应堆控制系统;和 至少一个钠-铯检测器,每个钠-铯检测器具有: 第一电离室,所述第一电离室具有在管状阴极内的加热的卷绕的阳极并且输出与流过 所述第一电离室的钠离子和铯离子成比例的第一电流; 第二电离室,所述第二电离室具有在管状阴极内的加热的直的阳极并且输出与流过所 述第二电离室的钠离子和铯离子成比例的第二电流;和 数据处理器,所述数据处理器向所述反应堆控制系统输出基于所述第一电流和所述第 二电流确定的钠浓度和铯浓度。
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