JP2013217923A - 原子炉および格納容器の監視用の装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉および格納容器の監視用の装置および方法を提供する。
【解決手段】正常運転状態中、および非正常運転状態中に原子炉を監視するための装置が、この装置の内部を外部の熱および放射線から防護するように構成された遮蔽層を含む、硬質材料で形成された外箱と、この外箱を原子炉のある表面位置に付着させるように構成された結合ユニットと、この装置付近の環境状態を測定することによって環境測定値を生成するように構成された検知ユニットと、これらの環境測定値を処理することによって測定データを生成するように構成されたデータ処理ユニットと、この装置からこれらの測定データを外部に送信するように構成された送信機と、外部電源とは独立にこの装置に電力を供給するように構成された電源ユニットとを含むことができる。
【選択図】図１

Description

本開示は、一般に、正常運転状態中、および非正常運転状態中に原子炉内、および原子炉周囲の状態を監視することに関する。

深刻な事故の発生中には、原子炉、例えば、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）は、相当な燃料損傷を受ける可能性がある。この燃料損傷は、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）の結果として生じるおそれがある。原子炉が受けた損傷は、原子炉を冷却するために水がかけられた後でさえ、原子炉内、および原子炉周囲の環境状態を監視しようとする妨げになる可能性がある。現在、事故があった原子炉内、および原子炉周囲の状態を判定するための方法は、ロボットの使用を含む。深刻な事故が発生した後でさえも、原子炉の状態に関する情報を受け取ることが望ましい。

米国特許第５，６５２，７７５号明細書

１つまたは複数の実施形態は、正常運転状態中、および非正常運転状態中に原子炉を監視するための装置、この原子炉監視装置を含む原子炉システム、および／またはこの原子炉監視装置を動作させる方法に関する。

少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、原子炉を監視するための装置が、この装置の内部を外部の熱および放射線から防護するように構成された遮蔽層を含む、硬質材料で形成された外箱と、この外箱を原子炉のある表面位置に付着させるように構成された結合ユニットと、この装置付近の環境状態を測定することによって環境測定値を生成するように構成された検知ユニットと、これらの環境測定値を処理することによって測定データを生成するように構成されたデータ処理ユニットと、この装置からこれらの測定データを外部に送信するように構成された送信機と、外部電源とは独立にこの装置に電力を供給するように構成された電源ユニットとを含むことができる。

少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、原子炉システムが、原子炉と、この原子炉のそれぞれの表面位置にそれぞれが取り付けられた１つまたは複数の監視装置とを含むことができる。各監視装置は、その監視装置の内部を外部の熱および放射線から防護するように構成された遮蔽層を含む、硬質材料で形成された外箱と、この外箱を原子炉のある表面位置に付着させるように構成された結合ユニットと、その装置付近の環境状態を測定することによって環境測定値を生成するように構成された検知ユニットと、これらの環境測定値を処理することによって測定データを生成するように構成されたデータ処理ユニットと、その装置からこれらの測定データを外部に送信するように構成された送信機と、外部電源とは独立にその装置に電力を供給するように構成された電源ユニットとを含むことができる。

少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、原子炉が検知ユニットと、送信機と、コントローラとを含む、原子炉構造物に取り付けられた原子炉監視装置を動作させる方法が、コントローラで、原子炉監視装置の動作モードをスタンバイモードで初期設定することを含むことができる。スタンバイモードは、検知ユニットが、原子炉構造物の間断的な環境測定を実行し、これらの環境測定値をコントローラに送るモードであり得る。この方法は、コントローラで、これらの環境測定値と、原子炉監視装置の動きを示す動き測定値の少なくともいずれかに基づいて、原子炉構造物に正常運転状態が存在するか、それとも非正常運転状態が存在するかを判定することをさらに含み得る。この方法は、正常運転状態が存在する場合、動作モードをスタンバイモードとして維持すること、および非正常運転状態が存在する場合、原子炉監視装置の動作モードをアクティブモードに変更することをさらに含み得る。アクティブモードは、検知ユニットが、原子炉構造物の継続的な環境測定を実行し、検知ユニットが、これらの環境測定値を送信機に送り、送信機が、これらの環境測定値を外部の場所にワイヤレスで送信するモードであり得る。

本明細書の限定的でない実施形態の様々な特徴および利点は、発明を実施するための形態を、添付の図面と併せて検討することで、より明白となり得る。添付の図面は、単に例示目的で与えられているに過ぎず、特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。添付の図面は、特に明記しない限り、原寸に比例して描かれているものと考えるべきではない。簡明のため、これらの図面の様々な寸法は、誇張されている場合がある。

少なくとも１つの例示的な実施形態による原子炉システムを示す図である。 少なくとも１つの例示的な実施形態による、原子炉構造物、ならびに監視装置を配置することができる原子炉構造物内の場所の例を示す図である。 少なくとも１つの例示的な実施形態による監視装置を示す図である。 少なくとも１つの例示的な実施形態による監視装置を動作させる方法を示す流れ図である。

或る要素もしくは或る層が、別の要素もしくは別の層の「上」にある、別の要素もしくは別の層「に接続されて」いる、別の要素もしくは別の層「に結合されて」いる、または別の要素もしくは別の層を「覆って」いると説明される場合、その要素もしくはその層は、その別の要素もしくはその別の層の上に直にある、その別の要素もしくはその別の層に直接に接続されている、その別の要素もしくはその別の層に直接に結合されている、またはその別の要素もしくはその別の層を直に覆っていることも、介在する要素もしくは介在する層が存在することもあることを理解されたい。これに対して、或る要素が、別の要素もしくは別の層の「上に直に」ある、別の要素もしくは別の層に「直接に接続されている」、または別の要素もしくは別の層に「直接に結合されている」と説明される場合、介在する要素もしくは介在する層は、全く存在しない。同様の符号は、本明細書全体にわたって同様の要素を指す。本明細書で使用される「および／または」という用語は、リストアップされる関連する項目のうちの１つまたは複数の項目の任意のすべての組合せを含む。

「第１の」、「第２の」、「第３の」などの用語が、本明細書で様々な要素、構成要素、領域、層、および／またはセクションを説明するのに使用され得るものの、これらの要素、構成要素、領域、層、および／またはセクションは、これらの用語によって限定されるべきではないことを理解されたい。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層、またはセクションを、別の要素、構成要素、領域、層、またはセクションから区別するためだけに使用される。このため、後段で説明する第１の要素、第１の構成要素、第１の領域、第１の層、または第１のセクションは、例示的な実施形態の教示を逸脱することなく、第２の要素、第２の構成要素、第２の領域、第２の層、または第２のセクションと呼ぶこともできる。

空間的に相対的な用語（例えば、「〜の下」、「〜より下」、「〜の下方」、「〜より上」、「〜の上方」など）は、図に例示する１つの要素または１つの特徴の、別の要素または別の特徴に対する関係を記述する説明を容易にするために本明細書で使用され得る。空間的に相対的な用語は、使用中、または動作中の装置の様々な向きを、図に示す向きに加えて、包含することを意図していることを理解されたい。例えば、図における装置が上下反対にされた場合、別の要素もしくは別の特徴「より下」にある、または別の要素もしくは別の特徴「の下」にあると説明された要素は、その別の要素もしくはその別の特徴「より上」の向きになる。このため、「〜より下」という用語は、上と下の向きの両方を包含し得る。装置が、それ以外の向きにされて（９０度、または他の向きで回転させられて）、本明細書で使用される空間的に相対的な記述表現が、それに相応して解釈されることも可能であることを理解されたい。

本明細書で使用される用語は、様々な実施形態を説明することだけを目的としており、例示的な実施形態を限定することを意図していない。本明細書で使用される「或る（ａ、ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」という単数形は、文脈がそうでないことを明確に示すのでない限り、複数形も含むことを意図している。「含む」、「含んでいる」、「備える」、および／または「備えている」という用語は、本明細書で使用される場合、記載する特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を明示するが、他の１つまたは複数の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を排除しないことがさらに理解されよう。

例示的な実施形態は、例示的な実施形態の理想化された実施形態（および中間構造物）の概略図である断面図を参照して、本明細書で説明される。このため、例えば、製造上の技術および／または公差の結果、例示の形状との違いが予期される。このため、例示的な実施形態は、本明細書で例示する領域の形状に限定されるものと解釈すべきではなく、例えば、製造からもたらされる形状の寸法誤差を含むものとする。

特に定義しない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含め）は、例示的な実施形態が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同一の意味を有する。用語は、一般的に使用される辞書の中で定義される用語を含め、関係のある技術分野の脈絡におけるそれらの用語の意味と合致する意味を有するものと解釈されなければならず、本明細書で明示的に定義しない限り、理想化された意味、または過度に形式的な意味では解釈されないことがさらに理解されよう。

図１は、原子炉システム１００を示す。原子炉システム１００は、例えば、原子力発電所内に配置されている。原子炉システム１００は、原子炉構造物１１０と、受信ステーション１２０とを含む。原子炉構造物１１０は、例えば、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）、ガス冷却型原子炉、またはカナダ型重水（ＣＡＮＤＵ）炉を含め、任意のタイプの原子炉のための構造物であり得る。

原子炉構造物１１０上に配置されているのが、１つまたは複数の監視装置１３０である。図１に示す例示的な実施形態において、この１つまたは複数の監視装置１３０には、第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃが含まれる。簡単にするため、原子炉構造物１１０上に配置された１つまたは複数の監視装置１３０は、図１に例示する第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃを参照して説明するものの、少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、原子炉構造物１１０に含められる１つまたは複数の監視装置１３０には、任意の数の監視装置が含まれ得る。この１つまたは複数の監視装置１３０のそれぞれは、第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃの構造および動作を有することが可能である。原子炉構造物１１０は、図２を参照して後段でより詳細に説明する。

第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃは、第１から第３の監視装置が配置された位置、およびそれらの位置の周囲において原子炉構造物１１０の環境状態を監視することによって、環境測定値を生成するようにそれぞれ構成される。また、監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃは、例えば、速度および／または加速度を含む動き状態を測定することもできる。第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃは、原子炉構造物１１０内の様々な場所から環境測定値および／または動き測定値が生成され得るように、原子炉構造物１１０内の様々な位置にそれぞれ配置される。第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃは、それらの環境測定値および／または動き測定値を表すデータを、発電所運用者が、それらの環境測定値および／または動き測定値を検討することができる受信ステーション１２０に送信するようにそれぞれ構成される。例えば、少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃは、それらの環境測定値をデジタル化することによって環境データをそれぞれ生成することが可能である。次に、第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃは、この環境データを、例えば、受信ステーション１２０を含め、原子炉構造物の外部の１つまたは複数の場所において受信されるように、低周波数の無線波を使用してブロードキャストすることが可能である。

さらに、第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃは、正常運転状態中、および非正常運転状態中に動作するようにそれぞれ構造化される。本明細書で使用される正常運転状態とは、第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃによって生成される動き測定値または環境測定値のいずれも、発電所運用者の選好に従って決定されたしきい値を超えていない運転状態を指す。本明細書で使用される非正常運転状態とは、第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃによって生成される動き測定値または環境測定値のいずれかが、発電所運用者の選好に従って決定されたしきい値を超えている状態を指す。非正常運転状態は、上昇した原子炉の圧力または温度を含む、それほど深刻でない事象から、例えば、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）を含む非常に深刻な事象までにわたる、いくつかの発電所過渡事象のいずれに関連する場合もある。

第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃはそれぞれ、独立した電源ユニットを含み、例えば、ＬＯＣＡ中の状態を含む深刻な非正常運転状態に関連する著しい量の熱、放射線、および／または物理的力に耐えるようにそれぞれ構成される。したがって、第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃは、原子炉事故の発生中、または原子炉事故後でさえも、原子炉構造物１１０内の環境状態を表すデータを生成し、送信するように構成される。第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃの構造、および動作は、図３および図４を参照して後段でより詳細に説明する。

図１に戻ると、受信ステーション１２０が、１つまたは複数の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃからのワイヤレスで送信された環境データを受信するように構成された受信装置１２２を含む。この受信装置は、例えば、低周波数の無線伝送を受信することができる任意の装置であり得る。少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、受信ステーション１２０は、発電所運用者が、原子炉構造物１１０に含められた１つまたは複数の監視装置のいずれかから受信されたデータを閲覧し、操作することができる入出力装置１２４を含むことができる。この入出力装置は、例えば、パーソナルコンピュータ、またはモニタと、キーボードとを含む端末装置であってもよい。簡単にするため、１つだけの受信ステーションを図１に例示するものの、原子炉システム１００は、例えば、原子炉構造物１１０の外部で、遠隔の位置にそれぞれが配置され、原子炉構造物１１０内の１つまたは複数の位置に配置された１つまたは複数の監視装置１３０によってブロードキャストされた環境データをそれぞれが受信することができる、任意の数の受信ステーションを含むことができる。

したがって、少なくとも１つの例示的な実施形態による原子炉システム１００を使用して、例えば、受信ステーション１２０を含む、原子炉構造物１１０の外部の場所にいる運用者が、例えば、ＬＯＣＡを含む原子炉事故の発生中、または原子炉事故後でも、原子炉構造物１１０内部の複数の場所の状態に関する有益な情報を受信することができる。次に、原子炉構造物１１０、ならびに第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃを配置することができる原子炉構造物１１０内の場所の例を、図２を参照してより詳細に説明する。

図２は、少なくとも１つの例示的な実施形態による、原子炉構造物１１０、ならびに監視装置を配置することができる原子炉構造物１１０内の場所の例を示す。図２に例示するとおり、少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、原子炉構造物１１０は、従来のＢＷＲマークＩ型格納容器の形態を有することが可能である。図２を参照すると、原子炉構造物１１０の上方部分が、ブローアウトパネル２１２を有する核燃料交換ベイ２１０を含む。核燃料交換ベイ２１０より下に、原子炉構造物１１０は、ドライウェル２２０を含む。ドライウェル２２０は、原子炉容器２２５、および原子炉容器２２５の下に配置された原子炉キャビティ２３０を囲む。さらに、図２に例示するとおり、ドライウェル２２０は、ベント２４２を介して、トーラス形状のウェットウェルであるトーラス２４０に接続される。本明細書で使用されるトーラスという用語は、ウェットウェルと同義であると考えてよく、ときとして、ウェットウェルと呼ばれる。トーラス２４０は、圧力抑制プール２４４を含む。さらに、原子炉構造物１１０は、パイプトンネル２５０と、ハッチ２５５とを含むことができる。

図２に例示する第１から第３の位置２７０Ａ〜２７０Ｃが、第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃのいずれかを配置することができる原子炉構造物１１０内の例示的な箇所を示す。第１の位置２７０Ａは、原子炉容器２２５より上の、ドライウェル２２０の上方表面に沿っている。第２の位置２７０Ｂは、原子炉容器２２５と原子炉キャビティ２３０の間の空間内に位置する。第３の位置２７０Ｃは、ウェットウェル、つまり、トーラス２４０の上方内表面に沿って位置する。例えば、第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃを、第１から第３の場所２７０Ａ〜２７０Ｃにそれぞれ配置することができる。３つだけの位置２７０Ａ〜２７０Ｃを図２に例示するものの、少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、第１から第３の監視装置１３０Ａ〜１３０Ｃを含む、原子炉構造物１１０内の監視装置は、原子炉構造物１１０内の任意の場所に配置されることが可能である。監視装置を配置することができる場所のさらなる例には、原子炉スカート２８０の表面、ウェットウェル２４０の外表面、および原子炉キャビティ２３０が含まれる。次に、１つまたは複数の監視装置１３０の構造および動作を、図３および図４を参照して後段でより詳細に説明する。

図３は、例示的な実施形態による第１の監視装置１３０Ａを示す図である。簡単にするため、第１の監視装置１３０Ａだけしか例示しないものの、少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、第２の監視装置、および第３の監視装置１３０Ｂ〜１３０Ｃを含む、１つまたは複数の監視装置１３０のそれぞれが、第１の監視装置１３０Ａと同一の構造、および同一の動作を有し得る。

図３を参照すると、第１の監視装置１３０Ａが、外箱３０５と、遮蔽材３０７と、結合ユニット３１０と、動き測定ユニット３１２と、検知ユニット３１５と、データ処理ユニット３２０と、送信機３２５と、電源ユニット３３０と、コントローラ３３５とを含むことができる。

少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、外箱３０５は、動き測定ユニット３１２と、検知ユニット３１５と、データ処理ユニット３２０と、送信機３２５と、電源ユニット３３０と、コントローラ３３５とを囲み、保持する。外箱３０５は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、鉛、ウラン、または類似した材料を含め、極度の物理的力を経験しながら変形に耐えることができる任意の硬質材料で形成され得る。

遮蔽材３０７は、外箱３０５の一部であってもよく、硬質の外箱３０５の内側に取り付けられてもよい。遮蔽材３０７は、第１の監視装置１３０Ａの内部を外部の熱および／または放射線から防護する任意の材料であり得る。例えば、遮蔽材３０７は、ウラン、タングステン、鉛、および焼結ナノ粒子のうちの１つまたは複数を含み得る。

結合ユニット３１０が、外箱３０５を、第１の監視装置１３０Ａによって監視されている原子炉構造物の表面に取り付ける。例えば、図３では、第１の監視装置１３０Ａが、結合ユニット３１０を介して原子炉構造物１１０に取り付けられる。結合ユニットは、外箱３０５と、第１の監視装置１３０Ａが取り付けられている表面との間で安定した接続を形成することができる任意の装置であり得る。例えば、結合ユニット３１０は、磁石、接着剤、およびボルトのうちの少なくとも１つを含み得る。

動き測定ユニット３１２は、例えば、速度および／または加速度を含む第１の監視装置１３０Ａの動きに関する測定を行うためのハードウェアおよび／またはソフトウェアを含む。少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、動き測定ユニット３１２は、動き信号３１６を出力するように構成される。少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、動き測定ユニット３１２は、第１の監視装置１３０Ａの動き測定値を動きしきい値と比較し、第１の監視装置１３０Ａの動き測定値がその動きしきい値を超えるか否かを示す過度の動きの信号として信号３１６を出力することが可能である。代替として、動き信号３１６は、第１の監視装置１３０Ａの速度値および／または加速度値を示す動きの値の信号であってもよい。動きしきい値は、動き測定ユニット３１２の中に格納されることが可能である。動きしきい値は、例えば、発電所運用者の選好に従って設定され得る。例えば、動き測定ユニット３１２が、第１の監視装置１３０Ａの速度値および／または加速度値を測定するための任意の知られている加速度計の構造および／または動作を有する要素を含むことができる。

少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、動き測定ユニット３１２は、コントローラ３３５に接続されて、コントローラ３３５に動き信号３１６を供給することが可能である。さらに、測定ユニット３１２は、データ処理ユニット３２０に接続されることも可能である。

検知ユニット３１５は、環境測定を実行するためのハードウェアおよび／またはソフトウェアを含む。検知ユニット３１５が測定することができる環境測定値には、例えば、第１の監視装置１３０Ａの表面温度、原子炉のある表面位置の表面温度、第１の監視装置１３０Ａの周囲の放射線レベル、および第１の監視装置１３０Ａの周囲の空気圧のいずれかが含まれ得る。

例えば、検知ユニット３１５は、監視装置１３０Ａの表面温度を測定するように構成された１つまたは複数のＢ熱電対、第１の監視装置１３０Ａが取り付けられた原子炉のある表面位置の表面温度を測定するように構成された赤外線（ＩＲ）温度測定装置、γ線と中性子の少なくともいずれかを測定するように構成された放射線コリメータ、および装置付近の空気圧を測定するように構成された圧力計のいずれかを含み得る。さらに、外箱３０５および遮蔽層３０７は、検知ユニット３１５に含められた計装が測定を行うことを円滑にするポート３５０および３５５を含み得る。例えば、ポート３５０が、放射線、表面温度、および局部的な原子炉温度の測定を円滑にする外箱３０５および遮蔽層における開口および／またはくぼみを含むことができる。別の例として、外箱３０５および遮蔽層３０７は、検知ユニット３１５が圧力測定を行うことを円滑にする開口３５５を含み得る。例えば、ポート３５５は、ブルドン管圧力計３６０に接続されることも可能である。

少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、１つまたは複数の監視装置１３０のそれぞれが、同一のタイプの環境測定（例えば、放射線測定、原子炉温度測定、表面温度測定、圧力測定など）を行うように構成された検知ユニット３１５を含むことができる。代替として、少なくとも１つの別の例示的な実施形態によれば、監視装置１３０のそれぞれが、その監視装置が配置されることになる原子炉構造物内の領域に基づいて、異なるタイプの環境データを監視するように構成されてもよい。例えば、図２を参照すると、原子炉構造物１１０のドライウェル２２０内に配置された１つまたは複数の監視装置１３０の検知ユニット３１５が、原子炉構造物１１０のウェットウェル２４０内に配置された１つまたは複数の監視装置１３０の検知ユニット３１５と比べて、異なるタイプの環境測定を行うように構成されることが可能である。

図３に示すとおり、検知ユニット３１５は、データ処理ユニット３２０に接続される。少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、検知ユニット３１５は、環境測定値３１７をデータ処理ユニット３２０に送ることが可能である。

データ処理ユニット３２０が、受け取った測定値を処理して、処理された測定データ３２２を出力する。例えば、データ処理ユニット３２０は、検知ユニット３１５から受け取った環境測定値３１７を処理することが可能である。データ処理ユニット３２０によって実行される処理には、例えば、アナログ−デジタル変換および暗号化の少なくともいずれかが含まれ得る。少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、データ処理ユニット３２０は、アナログ−デジタル変換を実行することができるハードウェアおよび／またはソフトウェアを含む。例えば、データ処理ユニット３２０は、検知ユニット３１５からアナログ形式で受け取られ得る環境測定値３１７をデジタル形式に変換するアナログ−デジタル変換機能を含むことができる。このアナログ−デジタル変換機能は、その生成されたデジタルデータを、そのデータが関連する測定のタイプに応じて編成して、異なるタイプのデジタルデータ（例えば、放射線データ、原子炉温度データ、表面温度データ、圧力データなど）が、一様で、編成された様態で表されるようにすることも可能である。さらに、少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、データ処理ユニット３２０は、データ暗号化を実行することができるハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことも可能である。例えば、データ処理ユニット３２０は、アナログ−デジタル変換機能によって生成されたデジタル測定データを暗号化する暗号化機能を含み得る。少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、測定データは、意図される受信者だけしかその測定データを読み取ることができないことを確実にするのに役立つように暗号化され得る。意図される受信者には、例えば、図１に示す受信ステーション１２０が含まれる。データ処理ユニット３２０によって実行されるアナログ−デジタル変換機能および暗号化機能は、アナログ−デジタル変換および暗号化のための任意の知られている方法により実行され得る。データ処理ユニット３２０は、処理された環境測定値を、測定データ３２２の形態で送信機３２５に出力する。この測定データは、動き測定ユニット３１２から受け取った動き測定値に基づく、デジタル化され、かつ／または暗号化された動きデータを含むことも可能である。少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、データ処理ユニット３２０は、測定データ３２２をコントローラ３３５に出力することも可能である。

送信機３２５が、測定データ３２２を第１の監視装置１３０Ａから外へワイヤレスで送信する。送信機３２５は、無線信号を使用して測定データ３２２を送信することが可能である。例えば、送信機３２５は、３００Ｈｚから３００ｋＨｚの範囲の低周波数（ＬＦ）または超低周波数（ＵＬＦ）の無線信号を使用して測定データ３２２を送信することが可能である。送信機３２５は、例えば、低周波数の無線波を使用してデータを送信することができる任意の知られている装置を含み得る。低周波数の無線波は、第１の監視装置１３０Ａが取り付けられた原子炉構造物のインフラストラクチャを通り抜けるのに十分なだけ低い任意の無線波であり得る。

電源ユニット３３０が、検知ユニット３１５、データ処理ユニット３２０、送信機３２５、およびコントローラ３３５の動作に必要な電力を供給する。少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、電源ユニット３３０は、第１の監視装置１３０Ａの外部のいずれの電源からも独立に動作することができる。例えば、電源ユニット３３０は、１つまたは複数のバッテリおよび／または燃料電池を含み得る。

少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、電源ユニット３３０の寿命を延ばすために、第１の監視装置１３０Ａ内の１つまたは複数の要素が、少なくとも２つの動作モード、すなわち、スタンバイモードおよびアクティブモードにおいて動作することができる。これらの動作モードは、例えば、コントローラ３３５によって制御することが可能である。

コントローラ３３５は、検知ユニット３１５、データ処理ユニット３２０、送信機３２５、および電源ユニット３３０のうちの１つまたは複数の動作モードを制御する制御信号３４０を生成するためのハードウェアおよび／またはソフトウェアを含む。動作モードは、少なくとも、正常運転状態中の動作のためのスタンバイモードと、非正常運転状態中の動作のためのアクティブモードとを含む。コントローラ３３５は、第１の監視装置１３０Ａが取り付けられた原子炉構造物が、例えば、ＬＯＣＡを含め、非正常状態にあるか否かに基づいて、動作モードを選択することができる。例えば、コントローラ３３５は、データ処理ユニット３２０からの環境測定データ３２２、および／または動き測定ユニット３１２からの動き信号３１６を受け取り、測定データ３２２および／または動き信号３１６に基づいて、非正常状態が存在するか否かを判定することが可能である。次に、コントローラ３３５は、正常状態が存在する場合、動作モードをスタンバイに設定することが可能であり、非正常運転状態が存在する場合、動作モードをアクティブに設定することが可能である。コントローラ３３５は、測定データ３２２、および／または動き信号３１６によって示される動き測定値を、コントローラ３３５の内部に格納されたしきい値と比較することによって、非正常状態が存在するか否かを判定することが可能である。これらのしきい値は、発電所運用者の選好に従って設定され得る。

さらに、動き測定ユニット３１２によって生成された動き信号３１６が、動き測定ユニット３１２の中に格納された動きしきい値を超えた場合、コントローラ３３５は、例えば、動き信号３１６をコントローラ３３５の中に格納された内部しきい値と比較することなしに動き信号３１６に基づいて、動作モードをスタンバイからアクティブに変更することが可能である。

したがって、コントローラ３３５は、動き信号３１６と測定データ３２２のいずれかに基づいて、第１の監視装置１３０Ａの動作状態をスタンバイからアクティブに変更することができる。

スタンバイモードにおいて、正常運転状態中に電力を節約するため、コントローラ３３５は、より低い頻度で、または間断的に動作するように第１の監視装置１３０Ａ内の１つまたは複数の要素を制御することが可能である。アクティブモードにおいて、コントローラ３３５は、より頻繁に、または継続的に動作するように第１の監視装置１３０Ａ内の１つまたは複数の要素を制御することが可能である。したがって、アクティブモードにおいて、第１の監視装置１３０Ａは、例えば、緊急状態中、図１に示す受信ステーション１２０を含む外部の場所にいる発電所運用者に、例えば、絶え間ないリアルタイムの測定データを供給することが可能である。

少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、スタンバイモードにおいて、検知ユニット３１５が、間断的に、例えば、１〜５分に１回、動作して、環境測定値３１７をもたらすことが可能であり、データ処理ユニット３２０が、検知ユニット３１５の動作に対応して間断的に動作することが可能である。さらに、スタンバイモードにおいて、データ処理ユニットが、送信機３２５にはデータを供給せずに、コントローラ３３５だけにデータを供給して、送信機３２５が、データを全く送信しないことが可能である。さらに、スタンバイモードにおいて、電源ユニット３３０が、アクティブモードと比べて、より低い電力出力をもたらすように構成され得る。さらに、動き測定ユニット３１２が、スタンバイモードにおいても、継続的に動作することが可能である。

少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、アクティブモードにおいて、検知ユニット３１５が、継続的に動作して、環境測定値３１７を絶えず生成することが可能であり、データ処理ユニット３２０が、継続的に動作して、環境測定値３１７を絶えず処理して、測定データ３２２を生成することが可能である。さらに、アクティブモードにおいて、データ処理ユニット３２０が、測定データ３２２を送信機３２５に供給することが可能であり、送信機３２５が、例えば、低周波数の無線波を使用して、測定データを継続的に送信することが可能である。さらに、アクティブモードにおいて、電源ユニット３３０が、スタンバイモードと比べて、より高い電力出力をもたらすように構成され得る。さらに、動き測定ユニット３１２が、アクティブモードにおいて継続的な動作の様態を維持することが可能である。

したがって、スタンバイ動作モードおよびアクティブ動作モードを利用することによって、第１の監視装置１３０Ａは、独立した電源を使用しながらも、長期間にわたって機能することが可能である。少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、検知ユニット３１５、データ処理ユニット３２０、送信機３２５、コントローラ３３５、および電源ユニット３３０は、第１の監視装置１３０Ａによって監視されている原子炉の核燃料交換サイクルの長さの少なくとも１．５倍に相当するスタンバイ寿命を備えるように構成される。

動き測定ユニット３１２、検知ユニット３１５、データ処理ユニット３２０、送信機３２５、コントローラ３３５、および電源ユニット３３０に関して前述した動作および機能プロセスは、例えば、１つまたは複数のデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などを含むハードウェアを使用して実施され得る。次に、第１の監視装置１３０Ａを動作させる方法を、図４を参照して後段でより詳細に説明する。

図４は、少なくとも１つの例示的な実施形態による第１の監視装置１３０Ａを動作させる方法を示す流れ図である。図４を、図１に示す原子炉システム１００、および第１の監視装置１３０Ａが、正常非緊急状態中の原子炉構造物１１０Ａに最初に取り付けられているシナリオを参照して説明する。

図４を参照すると、ステップＳ４１０で、第１の監視装置１３０Ａがスタンバイ状態に初期設定される。例えば、コントローラ３３５が、デフォルトでスタンバイ状態に対応する制御信号３４０を出力するように構成され得る。したがって、第１の監視装置１３０Ａの最初の起動時、検知ユニット３１５、データ処理ユニット３２０、送信機３２５、コントローラ３３５、および電源ユニット３３０のそれぞれが、図３を参照して前述したとおり、低電力のスタンバイ状態に入るように制御され得る。

初期設定の後、第１の監視装置１３０Ａが、検知ユニット３１５によって生成された環境測定値、および／または動き測定ユニット３１２によって生成された動き測定値を監視することによって、非正常運転状態の存在を検出する。環境測定値を監視するプロセスは、ステップＳ４２０およびＳ４３０を参照して後段で説明する。動き測定値を監視するプロセスは、ステップＳ４３２およびＳ４３５を参照して後段で説明する。少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、ステップＳ４２０およびＳ４３０は、ステップＳ４３２およびＳ４３５と並行して実行される。したがって、非正常運転状態の存在は、例えば、互いに独立に、検知ユニット３１５によって生成された環境測定値に基づいて、または動き測定ユニット３１２によって生成された動き測定値に基づいて、判定され得る。

ステップＳ４２０で、第１の監視装置１３０Ａが、間断的な環境測定を実行する。例えば、ステップＳ４１０で、コントローラ３３５が、図３を参照して前述したとおり、スタンバイ動作モードで動作するように検知ユニット３１５およびデータ処理ユニット３２０を制御する制御信号３４０を出力するため、検知ユニット３１５およびデータ処理ユニット３２０は、環境測定値３１７を生成すること、および処理することをそれぞれ間断的に行う。例えば、検知ユニット３１５およびデータ処理ユニット３２０は、環境測定値３１７を生成すること、および処理することをそれぞれ１〜５分毎に行うことが可能である。処理ユニット３２０が、環境測定値３１７を処理し、デジタル化された、かつ／または暗号化された測定データ３２２をコントローラ３３５に出力する。

ステップＳ４３０で、第１の監視装置１３０Ａが、測定データが、原子炉構造物１１０に非正常運転状態が存在することを示すか否かを判定する。例えば、コントローラ３３５が、各タイプの測定データ（例えば、原子炉表面温度、監視装置表面温度、放射線レベル、圧力レベルなど）に対応するしきい値を格納することが可能である。さらに、コントローラ３３５が、データ処理ユニット３２０から受け取ったそれらのタイプの測定データのうちの１つまたは複数を、コントローラ３３５内に格納された対応するしきい値と比較することが可能である。

少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、比較する１つまたは複数のタイプの測定データのうちのいずれの値も、コントローラ３３５の中に格納された対応するしきい値を超えない場合、第１の監視装置１３０Ａは、ステップＳ４２０に戻り、第１の監視装置１３０Ａの動作状態としてスタンバイ状態を維持し、測定データ３１７を間断的に生成して、処理することを続ける。

少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、比較する１つまたは複数のタイプの測定データのうちのいずれかの値が、コントローラ３３５の中に格納された対応するしきい値を超えた場合、第１の監視装置１３０Ａは、ステップＳ４４０に進む。

ステップＳ４３２で、第１の監視装置１３０Ａが、動き測定を実行する。例えば、動き測定ユニット３１２が、第１の監視装置１３０Ａの動きに関する測定を実行し、これらの測定値に基づいて動き信号３１６を生成することが可能である。動き測定ユニット３１２が、動き信号３１６をコントローラ３３５に出力することが可能である。

ステップＳ４３５で、第１の監視装置１３０Ａが、動き測定ユニット３１２によって実行された動き測定が非正常運転状態を示すか否かを判定することが可能である。例えば、動き信号３１６は、動き測定ユニット３１２によって実行された動き測定の値を示すデータを含む動き信号であり得る。コントローラ３３５が、動き信号３１６によって示される値を、コントローラ３３５の中に格納されたしきい値と比較し、それらの値がこのしきい値を超える場合、非正常運転状態が存在すると判定することが可能である。代替として、動き測定ユニット３１２が、動き測定値を、動き測定ユニット３１２の中に格納されたしきい値と比較し、この比較に基づいて、動き信号３１６を過度の動きの信号として生成してもよい。過度の動きの信号は、例えば、動き測定ユニット３１２によって測定された動きが動きしきい値を超えないことを示す第１の値と、動き測定ユニット３１２によって測定された動きが動きしきい値を超えることを示す第２の値とを含む２つの値を有することが可能である。コントローラ３３５は、動き信号３１６の値が、測定された動きが動きしきい値を超えることを示す場合、非正常運転状態が存在すると判定することが可能である。

少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、動き信号３１６によって示される測定された動きが、コントローラ３３５の中に格納された対応するしきい値を超えない場合、または動き信号３１６が、動き測定ユニット３１２によって測定された動きが動き測定ユニット３１２の中に格納された動きしきい値を超えないことを示す値を有する場合、第１の監視装置１３０Ａは、ステップＳ４３２に戻り、第１の監視装置１３０Ａの動作状態としてスタンバイ状態を維持し、動き測定ユニット３１２によって実行される動き測定を監視することを続ける。

少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、動き信号３１６によって示される測定された動きが、コントローラ３３５の中に格納された対応するしきい値を超える場合、または動き信号３１６が、動き測定ユニット３１２によって測定された動きが動き測定ユニット３１２の中に格納された動きしきい値を超えることを示す値を有する場合、第１の監視装置１３０Ａは、ステップＳ４４０に進む。

ステップＳ４４０で、第１の監視装置１３０Ａが、第１の監視装置１３０Ａの動作状態をスタンバイからアクティブに変更する。例えば、コントローラ３３５が、スタンバイ制御信号を出力することを止め、アクティブ制御信号を制御信号３４０として出力することを開始する。

ステップＳ４５０で、第１の監視装置１３０Ａが、継続的な環境測定を実行し、測定データを受信ステーション１２０に送信する。例えば、ステップＳ４４０で、コントローラ３３５が、アクティブ信号を制御信号３４０として出力することを始めるため、検知ユニット３１５、データ処理ユニット３２０、送信機３２５、コントローラ３３５、および電源ユニット３３０のそれぞれが、図３を参照して前述したとおり、アクティブ動作モードに入るように制御される。したがって、少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、ステップＳ４５０で、検知ユニット３１５が、環境測定値３１７を継続的に生成し、データ処理ユニット３２０が、環境測定値３１７を処理して、測定データ３２２を生成することを継続的に行い、送信機が、測定データ３２２を受信ステーション１２０に継続的に送信する。このため、原子炉緊急事態中、受信ステーション１２０にいる発電所運用者が、封じ込め戦略をインテリジェントに計画して、実行するのに使用され得る、原子炉構造物１１０内の環境状態に関するリアルタイムの情報を受信する。

いくつかの例示的な実施形態を本明細書で開示してきたが、他の変形形態も可能であり得ることを理解されたい。そのような変形形態は、本開示の趣旨および範囲からの逸脱と見なされるべきではなく、当業者には明白であろうすべてのそのような変更形態が、添付の特許請求の範囲に含められることが意図される。

１００ 原子炉システム
１１０ 原子炉構造物
１２０ 受信ステーション
１２２ 受信装置
１２４ 入出力装置
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ 監視装置
３１２ 動き測定ユニット
３１５ 検知ユニット
３２０ データ処理ユニット
３２５ 送信機
３３０ 電源ユニット
３３５ コントローラ
Ｓ４１０ 動作モードを「スタンバイ」として初期設定する
Ｓ４２０ 間断的な環境測定を実行する
Ｓ４３０ 環境測定値は非正常状態を示すか
Ｓ４３２ 動き測定を実行する
Ｓ４３５ 動きは非正常状態を示すか
Ｓ４４０ 動作モードを「アクティブ」に設定する
Ｓ４５０ 継続的な環境測定を実行し、測定データを受信ステーションに送信する

Claims (21)

1. 原子炉を監視するための装置であって、
   装置の内部を外部の熱および放射線から防護するように構成された遮蔽層を含む、硬質材料で形成された外箱と、
   前記外箱を原子炉のある表面位置に付着させるように構成された結合ユニットと、
   装置付近の環境状態を測定することによって環境測定値を生成するように構成された検知ユニットと、
   前記環境測定値を処理することによって測定データを生成するように構成されたデータ処理ユニットと、
   装置から前記測定データを外部に送信するように構成された送信機と、
   外部電源とは独立に装置に電力を供給するように構成された電源ユニットとを備える装置。
2. 前記外箱が、ステンレス鋼、アルミニウム、鉛、およびウランのうちの少なくとも１つで形成され、前記遮蔽層が、ウラン、タングステン、鉛、および焼結ナノ粒子のうちの少なくとも１つを含む請求項１記載の装置。
3. 前記結合ユニットが、装置を前記原子炉の前記表面位置に取り付けるように構成された磁石、接着剤、およびボルト機構のうちの少なくとも１つを含む請求項１記載の装置。
4. 前記検知ユニットが、装置の表面温度、前記原子炉の前記表面位置の表面温度、装置の周囲の放射線レベル、および装置の周囲の空気圧のうちの１つまたは複数を測定することによって、前記環境測定値を生成するように構成される請求項１記載の装置。
5. 前記検知ユニットが、装置の表面温度を測定するように構成された１つまたは複数のＢ熱電対を含む請求項１記載の装置。
6. 前記検知ユニットが、前記原子炉の前記表面位置の表面温度を測定するように構成された赤外線温度測定装置を含む請求項１記載の装置。
7. 前記検知ユニットが、γ線と中性子の少なくともいずれかを測定するように構成された放射線コリメータを含む請求項１記載の装置。
8. 前記検知ユニットが、装置付近の空気圧を測定するように構成された圧力計を含む請求項１記載の装置。
9. 前記送信機が、低周波数（ＬＦ）または超低周波数（ＵＬＦ）の無線信号を使用して測定データを送信するように構成される請求項１記載の装置。
10. 前記データ処理ユニットが、前記環境測定値に対してアナログ−デジタル変換を実行することによって前記測定データを生成するように構成されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を含む請求項１記載の装置。
11. 前記データ処理ユニットが、前記測定データを暗号化するように構成された暗号化ユニットを含む請求項１記載の装置。
12. 前記環境測定値に基づいて、前記原子炉に正常運転状態が存在するか、それとも非正常運転状態が存在するかを判定し、
    前記示された状態に基づいて、前記検知ユニット、前記データ処理ユニット、および前記送信機のうちの１つまたは複数の制御される要素の動作モードを制御するように構成されたコントローラをさらに備える請求項１記載の装置。
13. 前記正常運転状態が示される場合、前記動作モードが、スタンバイモードであり、前記非正常運転状態が示される場合、前記動作モードが、アクティブモードであり、
    前記１つまたは複数の制御される要素が、前記スタンバイモードにおいて、前記アクティブモードと比べて、より少ない電力しか使用されないように動作するように構成される請求項１２記載の装置。
14. 前記監視装置の動きを測定することによって動き測定値を生成するように構成された動き測定ユニットと、
    前記環境測定値と前記動き測定値の少なくともいずれかに基づいて、前記原子炉に正常運転状態が存在するか、それとも非正常運転状態が存在するかを判定し、
    前記示された状態に基づいて、前記検知ユニット、前記データ処理ユニット、および前記送信機のうちの１つまたは複数の制御される要素の動作モードを制御するように構成されたコントローラとをさらに備える請求項１記載の装置。
15. 前記正常運転状態が示される場合、前記動作モードが、スタンバイモードであり、前記非正常運転状態が示される場合、前記動作モードが、アクティブモードであり、
    前記１つまたは複数の制御される要素が、前記スタンバイモードにおいて、前記アクティブモードと比べて、より少ない電力しか使用されないように動作するように構成される請求項１４記載の装置。
16. 原子炉と、
    前記原子炉のそれぞれの表面位置にそれぞれが取り付けられた１つまたは複数の監視装置であって、
    監視装置の内部を外部の熱および放射線から防護するように構成された遮蔽層を含む、硬質材料で形成された外箱と、
    前記外箱を原子炉のある表面位置に付着させるように構成された結合ユニットと、
    装置付近の環境状態を測定することによって環境測定値を生成するように構成された検知ユニットと、
    前記環境測定値を処理することによって測定データを生成するように構成されたデータ処理ユニットと、
    装置から前記測定データを外部に送信するように構成された送信機と、
    外部電源とは独立に装置に電力を供給するように構成された電源ユニットとをそれぞれが含む監視装置とを備える原子炉システム。
17. 前記１つまたは複数の監視装置のそれぞれに関して、前記監視装置が取り付けられる前記原子炉上の前記表面位置が、前記原子炉の原子炉スカート、前記原子炉の原子炉ドーム領域、および前記原子炉のウェットウェルの少なくとも１つに位置する請求項１６記載のシステム。
18. 前記１つまたは複数の監視装置が、前記原子炉の異なる場所にそれぞれが取り付けられた少なくとも３つの監視装置を含む請求項１６記載のシステム。
19. 前記監視装置および前記原子炉の外部に配置され、前記送信機によって送信された前記測定データを受信するように構成された受信ステーションをさらに備える請求項１６記載のシステム。
20. 前記受信ステーションが、
    前記送信機によって送信された前記測定データを受信するように構成された受信装置と、
    前記受信された測定データに基づいて情報を表示するように構成された表示装置と、
    前記受信ステーションの運用者から入力を受け取るように構成された入力ユニットとを含む請求項１６記載のシステム。
21. 原子炉構造物に取り付けられた原子炉監視装置を動作させる方法であって、原子炉が、検知ユニットと、送信機と、コントローラとを含み、
    前記コントローラで、前記原子炉監視装置の動作モードをスタンバイモードで初期設定するステップであって、前記スタンバイモードは、前記検知ユニットが、前記原子炉構造物の間断的な環境測定を実行し、前記環境測定値を前記コントローラに送るモードである、ステップと、
    前記コントローラで、前記環境測定値と、前記原子炉監視装置の動きを示す動き測定値の少なくともいずれかに基づいて、前記原子炉構造物に正常運転状態が存在するか、それとも非正常運転状態が存在するかを判定するステップと、
    正常運転状態が存在する場合、前記動作モードを前記スタンバイモードとして維持するステップと、
    非正常運転状態が存在する場合、前記原子炉監視装置の前記動作モードをアクティブモードに変更するステップであって、前記アクティブモードは、前記検知ユニットが、前記原子炉構造物の継続的な環境測定を実行し、前記検知ユニットが、前記環境測定値を前記送信機に送り、前記送信機が、前記環境測定値を外部の場所にワイヤレスで送信するモードである、ステップとを備える方法。