JP2012505392A - 高速及び熱外中性子の流れのオンライン測定のための装置 - Google Patents
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Abstract
Description
−全体としての中性子の流れが大(例えば、1E14n/cm2/s以上)であり、
−全体としての中性子の流れに対して熱中性子の寄与が大きく、
−ガンマ線が強烈であり、
−高速流の時間変化を監視するために(オンラインの)リアルタイム測定が望ましく、
−炉心において行われる測定(より一般的には、「炉心内(in−core)」測定と呼ばれる)が望ましいという制約を有する測定に、特に好都合に適用される。
−線量計を、分析のために炉心から取り出さなければならない(したがって、炉のサイクルの終了後に得られる事後測定である)。
−得られる量が、照射の継続時間にわたって積分された流れであり、したがって時間変化を得ることが不可能である。
−主として高速中性子の検出に適する材料を含んでいる高速中性子検出器(DNR)、
−主として熱中性子の検出に適する材料を含んでいる熱中性子検出器(DNT)、
−瞬間tnにおいて、前記高速中性子検出器によって送達される検出信号からデジタル信号VR(tn)を送達する第1の電子回路、
−瞬間tnにおいて、前記熱中性子検出器によって送達される検出信号から第2のデジタル信号VT(tn)を送達する第2の電子回路、
−瞬間tnにおいて、前記高速中性子検出材料の同位体組成及び前記熱中性子検出材料の同位体組成を決定することができる手段、
−瞬間tnにおいて、前記同位体組成から、前記高速中性子検出器の高速中性子に対する進行性の感度I11(tn)、前記高速中性子検出器の熱中性子に対する進行性の感度I12(tn)、前記熱中性子検出器の熱中性子に対する進行性の感度I21(tn)、及び前記熱中性子検出器の高速中性子に対する進行性の感度I22(tn)を決定することができる手段、及び
−瞬間tnにおいて、高速及び熱外中性子の流れφ1(tn)並びに熱中性子の流れφ2(tn)を、以下の連立方程式:
VR(tn)=KR×I11(tn)×φ1(tn)+KR×I12(tn)×φ2(tn)、及び
VT(tn)=KT×I21(tn)×φ1(tn)+KT×I22(tn)×φ2(tn)
(ここでKR及びKTは、それぞれ前記高速中性子検出器の較正のための係数及び前記熱中性子検出器の較正のための係数である)から計算するための手段(CALC)
を備えることを特徴とする測定装置を提案する。
φ(tn,E)=φ1(tn)・f1(E)+φ2(tn)・f2(E,θ)、
(ここで、
−f1(E)=ffiss(E)+αfepi(E)、及び
−f2(E,θ)=fmxw(E,θ)であり、
ffiss(E)は、中性子の流れの核分裂成分であり、fepi(E)は中性子の流れの熱外成分であり、fmxw(E,θ)は中性子の流れのMaxwellian成分であり、αは、中性子の流れの熱外成分と中性子の流れの核分裂成分との間の比例係数である)を使用して計算するための手段をさらに備える。
Rk(tn)=mk1・φ1(tn)+mk2(θ)・φ2(tn)
によって与えられ、ここで
及び
であって、ここで
−f1(E)=ffiss(E)+αfepi(E)、及び
−f2(E,θ)=fmxw(E,θ)
であり、ffiss(E)は、中性子の流れの核分裂成分であり、fepi(E)は中性子の流れの熱外成分であり、fmxw(E,θ)は中性子の流れのMaxwellian成分であり、αは中性子の流れの熱外成分と中性子の流れの核分裂成分との間の比例係数であり、
−Yk(E)は、k番目の積分結果を特徴付ける応答関数である。
Ea<E<Ebであるならば、Yk(E)=1であり、
そうでないならば、Yk(E)=0であり、
Rk(tn)が、エネルギがEaとEbの間である中性子の流れであり、すなわち:
である。
であり、
Ni’は、媒体内に存在する同位体iの原子の数であり、
は、媒体内での反応rに関する同位体iの有効微視的部分であり、Rk(tn)は、媒体内での反応rの速度であり、すなわち:
であり、反応rが、例えば核分裂又は捕捉又は拡散あるいは損傷反応である。
(ここでNi(tn)は、主として高速中性子の検出に適する材料の同位体iの瞬間tnにおける同位体組成であり、
は、同位体iの有効部分である)、
(ここでNj(tn)は、主として熱中性子の検出に適する材料の同位体jの瞬間tnにおける同位体組成であり、
は、同位体jの有効部分である)
と記述される。
及び
(ここでNi(tn)は、主として高速中性子の検出に適する材料の同位体iの瞬間tnにおける同位体組成であり、
は、同位体iの有効部分である)、並びに
(ここで
は、主として熱中性子の検出に適する材料の瞬間tnにおける熱フルーエンスtnΨ(tn)の関数として表にまとめられた補正の消耗関数であり、SRh(E)はコレクトロンの感度である)と記述される。
・加圧された検出ガスを収容することができ、中性子が通過できる壁を有している筐体、
・互いに電気的に絶縁されており、間に電圧を印加することができる第1及び第2の電極、
・前記2つの電極の少なくとも一方に付着させられ、少なくとも99.5%の原子の純度のプルトニウム242を含んでいる核分裂性物質、及び
・前記加圧された筐体に含まれており、核分裂の生成物によるイオン化が可能である検出ガス
を含んでいる。
・例えば4%のチッ素が加えられたアルゴンを収容しているPu242のプルトニウム核分裂チャンバなど、主として高速中性子について高感度である中性子検出器、
・Pu242のプルトニウム核分裂チャンバによって供給される信号を変動モードで操作できるようにする電子プロセッサ、
・変動モードにおける使用に適合し、Pu242のプルトニウム核分裂チャンバを核分裂チャンバによって供給される信号を使用する処理電子機器へと接続するケーブルによる接続(したがって、ケーブルの特徴インピーダンスは、電子プロセッサの入力インピーダンスに適するように変更される)、
・例えばコレクトロン(「自己出力形中性子検出器(Self Powered Neutron Detector)」を略してSPND)又はウラニウムU235の核分裂チャンバなど、主として熱中性子について高感度である中性子検出器、
・PMM演算コード(「測定のモデル化のプロセス(Process of Modelling of Measurement)」を略してPMM)、及び
・コンピュータ
を備える。
1)高速及び熱外中性子の流れの成分φ1(tn)及び熱中性子の流れの成分φ2(tn)の以下のような計算。
φ1(tn)=h11・VR(tn)+h12・VT(tn)
φ2(tn)=h21・VR(tn)+h22・VT(tn)
2)以下の式:
Rk(tn)=mk1・φ1(tn)+mk2(θ)・φ2(tn)
(ここで、大きさmk1及びmk2は、以下のそれぞれの式によって与えられる:
(ここで、Yk(E)は、エネルギサポート[Emin,Emax]に関して定められ、最終結果Rk(tn)を特徴付ける応答関数である)
を使用した少なくとも1つの結果
の計算。
E>ESにおいて、Yk(E)=1、及び
E≦ESにおいて、Yk(E)=0
f1(E)=ffiss(E)+α・fepi(E)
f2(E,θ)=fmxw(E,θ)
(ここで、ffiss(E)、fepi(E)、及びfmxw(E,θ)が、それぞれ中性子の流れの核分裂成分、中性子の流れの熱外成分、及び中性子の流れのMaxwellian成分である。成分ffiss(E)、fepi(E)、及びfmxw(E,θ)は、この技術分野において公知の大きさである。係数αは、熱外成分と核分裂成分との間の公知の比例係数である。)
Ea<E<Ebであるならば、Yk(E)=1
そうでない場合、Yk(E)=0
(ここで、Ni’は、媒体内に存在する同位体iの原子の数であり、
は、媒体内の反応rに関する同位体iの有効微視的部分であり、Rk(tn)が、媒体内の反応rの速度である。
第1の測定の瞬間t0の前に、PMMは、以下の作業を実行する。
f1(E)=ffiss(E)+α・fepi(E)
f2(E,θ)=fmxw(E,θ)、
(ここで、核分裂成分ffiss、熱外成分fepi、及びMaxwellian成分fmxwは、この技術分野において公知の大きさである。)
1.2.1 DNR及びDNT検出器が核分裂チャンバである場合:
すなわち、核分裂チャンバが、指数jによって特定される:
− j=1が、高速中性子の検出のための核分裂チャンバ(例えば、Pu242チャンバ)であり、
− j=2が、熱中性子の検出のための核分裂チャンバ(例えば、U235チャンバ)である。
入力データは、核分裂チャンバのデポジットの初期の同位体組成
(各々の同位体iの原子の数)で構成される。瞬間
において与えられるこの同位体組成は、核分裂チャンバの製造者によって行われる化学的分析からもたらされ、あるいは有利には、核分裂チャンバの以前の照射においてPMMによって行われた計算から得られる。
核分裂チャンバの感度Ijiが、核分裂速度RDjと該当の流れの成分との間の比として定められ、すなわち以下のようであることが、再掲される:
RDj=Ij1・φ1+Ij2・φ2
コレクトロンと核分裂チャンバとの間の相違は、コレクトロンの固体検出材料における自己保護及び自己吸収現象を、デポジットがきわめて薄い(単位面積あたりの質量が1mg/cm2未満である)核分裂チャンバの場合と異なり、無視することができない点にある。したがって、流れの最中のエボリューションの計算がより複雑になり、オンラインで実行することが不可能である。したがって、計算が前もって実行され、後述されるように、コレクトロンによって積分される熱フルーエンスに依存する消耗関数の形態にて結果が表にまとめられる。
RDj=Ij1・φ1+Ij2・φ2
−
:コレクトロンによって積分された初期の熱フルーエンス(熱の流れの時間積分)。瞬間
において与えられるこのフルーエンスは、新しいコレクトロンの場合にはゼロである。他の場合には、コレクトロンの先の使用(照射)の際にPMMによって行われた計算から得られる。
−SRh:有効捕捉部、エミッタの自己保護、及び放射された電子の自己吸収を考慮に入れたSPND(例えば、ロジウムRh SPND)の感度(専門家によって行われる計算)。
−U(Ψ):熱フルーエンスΨの関数として表にまとめられた消耗関数(専門家による計算、又は実験的経験からのフィードバック)。
2.1)コンピュータCALC及びPMMの時間同期
コンピュータCALC及びPMMの時間同期が、図4に示されている。
PMMは、コンピュータによって使用される解釈行列M及びHを更新するために、測定値VR及びVTを使用する。減速材の温度θが測定される場合、それもこのプロセスにおいて使用されるが、そうでない場合には、PMMは、ユーザによって入力される温度(検出器の照射の全体を通じて一定であると仮定される)を使用する。
θが測定される場合、
θが入力される場合、
Npは、瞬間Tp−1及びTpの間にPMMへと送信される測定値の数である。
平均の測定は、行列Hを使用してコンピュータが行うものとPMMによって解釈される。以下が最初に計算され:
次いで平均中性子流が、以下によって計算される:
観察1:平均の流れが、Hpを計算するために使用される。したがって、PMMは、Hpを計算するためにHp−1を使用し、これは反復アルゴリズムである。
観察2:2つのPMMの計算の間の時間間隔が可能な限り短いと仮定されるため、以下の工程において平均の流れを使用することを容認できる。
温度θがユーザによって入力され、一定であると仮定される場合、何も行う必要がない。Mp=M0である。
Hpの計算は、中性子の流れがもはやゼロではなく、エボリューションの計算において中性子の検出材料との相互作用が考慮されなければならない点で、H0の計算と異なる。
すなわち、指数jによって特定される核分裂チャンバ(DNR核分裂チャンバについて、j=1であり、DNT核分裂チャンバについて、j=2である)。
入力データは、以下のとおりである。
−瞬間Tp−1における核分裂チャンバのデポジットの同位体組成
(各々の同位体iの原子の数)。
は、初期化段階においてPMMによって計算される。
−平均中性子の流れ
核分裂チャンバの感度Ijiが、核分裂速度と該当の流れの成分との間の比として定められ、すなわち以下のようであることを、思い出されたい:
RDj=Ij1・φ1+Ij2・φ2
すなわち、コレクトロン(例えば、ロジウム(Rh)コレクトロン)が、指数jによって特定される。
反復的なやり方で進められる:
かつ
Ψj(T0)=Ψj(t0)
(ここで、
は、関数SRh(E)及びU(Ψ)の計算において使用された約束事と同じ約束事を使用して
から推定される熱の流れである。
入力データは、以下のとおりである。
−Ψj(Tp):コレクトロンによって積分された熱フルーエンス(熱の流れの時間積分)。
−SRh(E):有効捕捉部、エミッタの自己保護、及び放射された電子の自己吸収を考慮に入れたコレクトロン(例えば、ロジウム(Rh)コレクトロン)の感度(専門家によって行われる計算)。
−U(Ψ):熱フルーエンスΨの関数として表にまとめられた消耗関数(専門家による計算、又は実験的経験からのフィードバック)。
Th=Ndt
のような継続時間Thの巡る時間枠について、デジタル分散VR(tn)を計算する。
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Claims (20)
- エネルギ区間[Emin,Emax]における瞬間tnの高速及び熱外中性子の流れφ1(tn)のオンライン測定のための装置であって、
− 主として高速中性子の検出に適する材料を含んでいる高速中性子検出器(DNR)、
− 主として熱中性子の検出に適する材料を含んでいる熱中性子検出器(DNT)、
− 瞬間tnにおいて、前記高速中性子検出器によって送達される検出信号からデジタル信号VR(tn)を送達する第1の電子回路(C1)、
− 瞬間tnにおいて、前記熱中性子検出器によって送達される検出信号から第2のデジタル信号VT(tn)を送達する第2の電子回路(C2)、
− 瞬間tnにおいて、前記高速中性子検出材料の同位体組成及び前記熱中性子検出材料の同位体組成を決定することができる手段(PMM、CE)、
− 瞬間tnにおいて、前記同位体組成から、前記高速中性子検出器の高速中性子に対する進行性の感度I11(tn)、前記高速中性子検出器の熱中性子に対する進行性の感度I12(tn)、前記熱中性子検出器の熱中性子に対する進行性の感度I21(tn)、及び前記熱中性子検出器の高速中性子に対する進行性の感度I22(tn)を決定することができる手段(PMM、CE)、並びに
− 瞬間tnにおいて、高速及び熱外中性子の流れφ1(tn)と、熱中性子の流れφ2(tn)とを、以下の連立方程式:
VR(tn)=KR×I11(tn)×φ1(tn)+KR×I12(tn)×φ2(tn)、及び
VT(tn)=KT×I21(tn)×φ1(tn)+KT×I22(tn)×φ2(tn)
(ここでKR及びKTは、それぞれ前記高速中性子検出器の較正のための係数及び前記熱中性子検出器の較正のための係数である)
から計算するための手段(CALC)
を備えることを特徴とする測定装置。 - すべての中性子の流れφ(tn,E)を、以下の式:
φ(tn,E)=φ1(tn)・f1(E)+φ2(tn)・f2(E,θ)
(ここで、
−f1(E)=ffiss(E)+αfepi(E)、及び
−f2(E,θ)=fmxw(E,θ)
であり、ffiss(E)は中性子の流れの核分裂成分であり、fepi(E)は中性子の流れの熱外成分であり、fmxw(E,θ)は中性子の流れのMaxwellian成分であり、αは中性子の流れの熱外成分と中性子の流れの核分裂成分との間の比例係数である)を使用して計算するための手段(CALC)
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の測定装置。 - 区間[Emin,Emax]について、瞬間tnにおけるNr個の積分結果を計算するための手段(CALC)をさらに備えており、ここでNrは1以上の整数であり、k番目(k=1、2、・・・Nr)の積分結果は以下の式:
Rk(tn)=mk1・φ1(tn)+mk2(θ)・φ2(tn)
によって与えられ、ここで
及び
であって
−f1(E)=ffiss(E)+αfepi(E)、及び
−f2(E,θ)=fmxw(E,θ)
であり、ffiss(E)は、中性子の流れの核分裂成分であり、fepi(E)は中性子の流れの熱外成分であり、fmxw(E,θ)は中性子の流れのMaxwellian成分であり、αは中性子の流れの熱外成分と中性子の流れの核分裂成分との間の比例係数であり、
−Yk(E)はk番目の最終結果を特徴付ける応答関数であることを特徴とする、請求項1に記載の装置。 - 前記反応rが、核分裂、捕捉、拡散、又は損傷反応である、請求項5に記載の測定装置。
- 前記熱中性子検出器が、ウラニウムU235を含んでいる核分裂チャンバである、請求項7に記載の測定装置。
- 前記熱中性子検出器が、ロジウム、バナジウム、又は銀コレクトロンである、請求項9に記載の測定装置。
- 前記高速中性子検出器が、しきい値核分裂性デポジットを有する核分裂チャンバである、請求項7ないし10のいずれか一項に記載の測定装置。
- 前記核分裂チャンバが、少なくとも99.5%の純度のプルトニウムPu242を含んでいる核分裂チャンバである、請求項11に記載の測定装置。
- 前記少なくとも99.5%の純度のプルトニウムPu242を含んでいる核分裂チャンバが、
・加圧された検出ガスを収容することができ、中性子が通過できる壁を有している筐体(1、20)、
・互いに電気的に絶縁されており、間に電圧を印加することができる第1及び第2の電極(21、26、120)、
・前記2つの電極の少なくとも一方に付着させられ、少なくとも99.5%の原子の純度のプルトニウム242を含んでいる核分裂性物質、及び
・前記加圧された筐体に含まれており、核分裂の生成物によるイオン化が可能である検出ガス
を含んでいる、請求項12に記載の測定装置。 - 前記第1及び第2の電極のいずれか一方が前記筐体の一部を形成し、したがって前記電極が外側電極(1)及び内側電極(2)と称される、請求項13に記載の測定装置。
- 前記核分裂性物質(3)が前記内側電極の壁に付着させられている、請求項14に記載の測定装置。
- 前記検出ガスが4%のチッ素が加えられたアルゴンである、請求項13ないし15のいずれか一項に記載の測定装置。
- 前記高速中性子検出器が、ネプツニウムNp237、ウラニウムU238、又はトリウムTh232を含んでいる核分裂チャンバである、請求項11に記載の測定装置。
- 前記第1の電子回路(C1)が、前記高速中性子検出器によって送達される信号のデジタル分散の形態のデジタル信号VR(tn)を送達するデジタル分散計算プロセッサを含んでいる、請求項1ないし17のいずれか一項に記載の測定装置。
- 前記第2の電子回路(C2)が、前記熱中性子検出器によって送達される信号のデジタル分散の形態のデジタル信号VT(tn)を送達するデジタル分散計算プロセッサを含んでいる、請求項1ないし18のいずれか一項に記載の測定装置。
- 前記第2の電子回路(C2)がデジタル電流−電圧変換回路である、請求項1ないし18のいずれか一項に記載の測定装置。
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