JP7431982B2 - 炉内反応炉出力および線束測定のための固体原子核ポンピング型レーザセンサ、直接エネルギー変換、ならびに関連する方法 - Google Patents
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Description
本出願は、「Solid State Nuclear Pumped Lasing Sensors for In Pile Reactor Power and Flux Measurement, Direct Energy Conversion, and Related Methods」に関する2020年1月6日出願の米国仮特許出願第62/957,583号の利益を主張する。
この発明は、アメリカ合衆国エネルギー省により認められた契約番号DE-AC07-05-ID14517の下で政府支援により行われた。政府は、本発明にある種の権利を有する。
いくつかの実施形態では、方法400は、図4の行為402に示したように、原子炉システム100の反応炉容器(例えば、反応炉炉心)内部に少なくとも1つのセンサアセンブリ(例えば、センサアセンブリ118)を配置することを含むことができる。1つまたは複数の実施形態では、反応炉炉心内部に少なくとも1つのセンサアセンブリを配置することは、反応炉炉心内部にセンサアセンブリのセット(例えば、センサアセンブリのセット150)を配置することを含むことができる。さらにその上、いくつかの実施形態では、反応炉炉心内部に少なくとも1つのセンサアセンブリを配置することは、反応炉炉心の全体にわたり多数のセンサアセンブリまたはセンサアセンブリのセットを配置すること(例えば、分散させること)を含むことができる。
実施形態1。原子炉の運転特性を決定するためのセンサアセンブリであって、核分裂性種または非核分裂性種のうちの少なくとも一方をドープされ、原子炉の炉心内部に配置されるように構成された固体レーザ媒質と、固体レーザ媒質に動作可能に結合され、原子炉の炉心から外へ原子炉の制御システムまで延伸するように構成された光ファイバとを備える、センサアセンブリ。
実施形態3。固体レーザ媒質を部分的に囲むフルミラーコーティングと、固体レーザ媒質の長手方向端部に配置された双方向ミラーコーティングと、双方向ミラーコーティングを光ファイバへ結合するインターフェース部分と、フルミラーコーティングおよびインターフェース部分の少なくとも一部分を囲むケーシングとをさらに備える、実施形態1または2に記載のセンサアセンブリ。
実施形態6。固体レーザ媒質が、イットリウムアルミニウムガーネットを含む、実施形態1から5のいずれか1つに記載のセンサアセンブリ。
実施形態8。反応炉炉心を画定する反応炉容器と、反応炉炉心の外側に配置された、原子炉システムを運転するための制御システムと、反応炉炉心内部に部分的に配置された少なくとも1つのセンサアセンブリであって、少なくとも1つのセンサアセンブリが、核分裂性種をドープされ、原子炉システムの反応炉炉心内部に配置された少なくとも1つの固体レーザ媒質と、少なくとも1つの固体レーザ媒質に動作可能に結合され、原子炉システムの反応炉炉心から外へ延伸し、原子炉の制御システムに動作可能に結合された少なくとも1つの光ファイバとを備える、少なくとも1つのセンサアセンブリとを具備する、原子炉システム。
実施形態11。複数の固体レーザ媒質の固体レーザ媒質の各々が、異なる核分裂性種をドープされる、実施形態10に記載の原子炉システム。
実施形態19。レーザ光が、原子炉によってポンピングされる、実施形態17または18に記載の方法。
Claims (21)
- 原子炉の運転特性を決定するためのセンサアセンブリであって、
少なくとも1つの核分裂性種をドープされ、前記原子炉の炉心内部に配置されるように構成された固体レーザ媒質と、
前記固体レーザ媒質に動作可能に結合され、前記原子炉の前記炉心から外へ前記原子炉の制御システムまで延伸するように構成された光ファイバと
を備える、センサアセンブリ。 - 前記少なくとも1つの核分裂性種が、ウラン、プルトニウム、アメリシウム、またはカルフォルニウムのうちの1つまたは複数を含む、請求項1に記載のセンサアセンブリ。
- 前記固体レーザ媒質を部分的に囲むフルミラーコーティングと、
前記固体レーザ媒質の長手方向端部に配置された双方向ミラーコーティングと、
前記双方向ミラーコーティングを前記光ファイバに結合するインターフェース部分と、
前記フルミラーコーティングおよび前記インターフェース部分の少なくとも一部分を囲むケーシングと
をさらに備える、請求項1に記載のセンサアセンブリ。 - 前記固体レーザ媒質が、ガーネット、サファイア、ルビー、またはエメラルドのうちの1つまたは複数を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
- 前記固体レーザ媒質が、円柱状の形状を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
- 前記固体レーザ媒質が、イットリウムアルミニウムガーネットを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
- レーザ光を発生させ、前記光ファイバに前記レーザ光を向けるために前記固体レーザ媒質の一部をポンピングするための放射線に応じて、前記少なくとも1つの核分裂性種が、励起可能であり、前記光ファイバは前記原子炉から外へ前記レーザ光を伝送する、請求項1から3のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
- 反応炉炉心を画定する反応炉容器と、
前記反応炉炉心の外側に配置された、原子炉システムを運転するための制御システムと、
前記反応炉炉心内部に一部が配置された少なくとも1つのセンサアセンブリであって、
核分裂性種をドープされ、前記原子炉システムの前記反応炉炉心内部に配置された少なくとも1つの固体レーザ媒質と、
前記少なくとも1つの固体レーザ媒質に動作可能に結合され、前記原子炉システムの前記反応炉炉心から外へ延伸し、前記制御システムに動作可能に結合された少なくとも1つの光ファイバと
を備える、少なくとも1つのセンサアセンブリと
を具備する、原子炉システム。 - 前記少なくとも1つのセンサアセンブリが、前記原子炉システムの前記反応炉炉心の全体にわたって分散された複数のセンサアセンブリを備える、請求項8に記載の原子炉システム。
- 前記少なくとも1つのセンサアセンブリが、複数の固体レーザ媒質および複数の光ファイバを備える、請求項8または9に記載の原子炉システム。
- 前記複数の固体レーザ媒質の前記固体レーザ媒質の各々が、異なる核分裂性種をドープされる、請求項10に記載の原子炉システム。
- 前記核分裂性種が、ウラン、プルトニウム、アメリシウム、またはカルフォルニウムのうちの1つまたは複数を含む、請求項8または9に記載の原子炉システム。
- 前記固体レーザ媒質が、ガーネット、サファイア、ルビー、またはエメラルドのうちの1つまたは複数を含む、請求項8または9に記載の原子炉システム。
- レーザ光を発生させ、少なくとも1つの光ファイバに前記レーザ光を向けるために前記少なくとも1つの固体レーザ媒質の一部をポンピングするための放射線に応じて前記核分裂性種が励起可能であり、前記少なくとも1つの光ファイバは、前記反応炉炉心から外へ前記レーザ光を伝送する、請求項8または9に記載の原子炉システム。
- 前記制御システムが、
少なくとも1つの追加のプロセッサと、
命令を記憶する少なくとも1つの追加の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体とを備え、前記命令が、前記少なくとも1つの追加のプロセッサにより実行されたときに、制御システムに、
レーザ光を前記少なくとも1つの固体レーザ媒質から、前記少なくとも1つの光ファイバを通して受光させ、
前記レーザ光を解析させ、
前記レーザ光の前記解析を介して、前記原子炉システムの少なくとも1つの運転特性を決定させる、請求項8または9に記載の原子炉システム。 - 前記少なくとも1つの運転特性が、反応炉出力、内部中性子線束、ガンマ線束、ベータ線束、または外部放射線線束のうちの1つまたは複数を含む、請求項15に記載の原子炉システム。
- 原子炉の運転特性を決定する方法であって、
原子炉内部に少なくとも1つのセンサアセンブリを配置するステップであり、前記少なくとも1つのセンサアセンブリが、
反応炉炉心内部に配置され、少なくとも1つの核分裂性種をドープされた固体レーザ媒質と、
前記固体レーザ媒質に動作可能に結合され、前記反応炉炉心から前記原子炉の制御システムまで外へ延伸する光ファイバと
を備える、ステップと、
前記原子炉の運転中に、レーザ光を前記光ファイバから受光するステップと、
前記レーザ光を解析するステップと、
前記レーザ光の前記解析に少なくとも一部は基づいて、前記原子炉の前記運転特性を決定するステップと
を含む、方法。 - 前記運転特性が、反応炉出力、内部中性子線束、ガンマ線束、ベータ線束、または外部放射線線束のうちの1つまたは複数を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記固体レーザ媒質の一部が、前記レーザ光を発生させるために前記原子炉によってポンピングされる、請求項17または18に記載の方法。
- 前記原子炉の前記運転特性を決定するステップに応じて、リアルタイムで前記原子炉の運転パラメータを調節するステップをさらに含む、請求項17または18に記載の方法。
- 前記固体レーザ媒質の核分裂性種に、前記原子炉中で生成された中性子線束との相互作用を介して原子核分裂を起こさせるステップと、
前記レーザ光を発生させ、前記光ファイバに前記レーザ光を向けるために、前記固体レーザ媒質の一部を、運動エネルギーによって直接的にまたは熱励起によって間接的に、前記原子核分裂を介して生成された核分裂片を介してポンピングするステップと、
前記原子炉から外へ前記光ファイバで前記レーザ光を向けるステップと
をさらに含む、請求項17または18に記載の方法。
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