KR101959093B1 - 자기 출력식 무선 노내 검출기 - Google Patents

자기 출력식 무선 노내 검출기 Download PDF

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마이클 씨 프리블
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Abstract

방사선조사 환경 내에서 파라미터를 모니터링하고 또한 모니터링된 파라미터를 나타내는 신호를, 상기 방사선조사 환경으로부터 전력을 공급받는 무선 송신기를 사용하는 부식성이 낮은 환경으로 전달하는 방법 및 장치가 제공된다. 무선 송신기를 위한 전력은 방사능 환경 내에 배치되는 자기 출력식 방사선 검출기로부터 인출된다.

Description

자기 출력식 무선 노내 검출기{SELF-POWERED WIRELESS IN-CORE DETECTOR}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 "무선 노내 중성자 모니터(WIRELESS IN-CORE NEUTRON MONITOR)"라는 명칭으로 동시에 본 출원과 동시에 출원된 미국 특허 출원 제 12/986,242 호(대리인 정리번호: NSD2010-009)에 관련된다.
본 발명은 일반적으로 원자로의 노심 내에서 방사선을 모니터링하기 위한 방법 및 장치, 더 상세하게는 노후된 가동 플랜트 내의 가동식 노내 검출기들을 경제적으로 교체할 수 있는 종류의 방법 및 시스템에 관한 것이다.
현재 가동 중인 많은 노후화된 원자로에서, 원자로 제어 및 보호 시스템들에서 사용되는 바와 같은 원자핵 속(flux)의 측정은 벌써 1967년 이래 사용되어온 노내 속 매핑(flux mapping) 시스템에 의해 보완되는 노외 검출기들에 의존되었고, 이 노내 속 매핑 시스템은 원래 노심 설계의 검사 및 일부의 교정 측정을 제공하기 위한 용도였다.
더욱 대형의 원자로 노심을 향한 증대하는 경향에 의해, 노심 출력 분포의 악영향의 가능성 및 노외 검출기가 이와 같은 가능한 불리한 분포를 적절히 검출할 수 있는지의 여부에 대해 약간의 우려가 존재해 왔다. 시험 데이터는 현재 사용 중인 분할 섹션(split section) 노외 검출기는 축방향 속(axial flux) 경사에 반응하지만 경사 측정의 정확도는 검출기 웰(wells)에서 사용되는 형상 및 구성 물질에 의해, 또한 용기와 검출기 사이의 간격에 의해 영향을 받았다. 이들 영향을 위한 보정 계수가 개발되었으나, 노외 검출기가 모든 경우에 불리한 출력 분포의 적절한 경보를 제공할 것인지에 대해 여전히 약간의 의문이 존재하였다.
전술한 우려를 미연에 방지하기 위해, 더 정확하고, 상세하고, 자동화되고, 빈번하게 갱신된 원자로 노심 출력 분포의 데이터 판독을 제공함으로써, 이동 가능한 노내 검출기를 사용하는 출력 분포를 자동적으로 모니터링하기 위한 방법이 개방되었다. 1976년 1월 13일 특허되고 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제 3,932,211 호에서 교시되는 방법은 사전에 결정된, 단속적인, 지정된 시각에 작동하는 프로그램에 따라 정상 출력 작동 중에 원자로 노심 영역 내에 이동 가능한 검출기를 삽입한다. 삽입 상태에서, 검출기는 고정된 사전 결정된 경로를 따라 노심 영역을 통해 자동적으로 구동된다. 검출기의 출력은 노심 위치의 함수로서 기록되어 원자로 출력 분포의 그래프 표시를 제공한다.
바람직하게, 다수의 이동 가능한 검출기가 노심 반응 영역의 외측의 원자로 열 환경 내에 통상적으로 보관되는 전기적으로 복수의 집단(redundant groupings) 내에 배치된다. 작동 시, 검출기는 원자로 용기의 하부 헤드를 통해, 노심 지지 플레이트를 통해 또한 규정된 연료 집합체 하부 노즐들을 통해 원자로 내로 구동되어 연료 집합체 계기장비 튜브에 이르고, 이 튜브를 통해 검출기는 원하는 노심 고도까지 연장한다. 사전 결정된 시간 프로그램에 의해 결정되는 바와 같이, 검출기들의 다른 집단들은 원자로 노심의 물리적 특성에 의해 관리되는 시차를 둔 시간 간격으로 노심 내의 계기장비 팀블들 내의 대응하는 직선 경로들을 따라 구동된다. 프로그래밍된 검출기 구동 순서는 소정의 제어된 반응 변화 시에 자동적으로 재개되어 플랜트 운전자에게 가장 의미있는 데이터 입력을 제공한다.
이 이동 가능한 검출기 구동 및 루팅(routing) 시스템들은 복잡하고, 또한 사용 및 연수의 증가로 인해 고장을 일으킨다. 계속되는 또는 연장되는 플랜트의 가동을 허용하기 위해, 가동 중인 플랜트에서 노화가 진행 중인 이동 가능한 노내 검출기 시스템의 대체를 위한 선택은 전체 가동 사이클을 통해 원자로 노심 내의 고정된 축방향 및 반경방향의 위치들에 삽입된 상태로 유지되는 원자로 센서들을 사용하는 시스템이다. 이와 같은 유형의 센서는 고정식 노내 검출기라고 명명되고 또한 다수의 축방향 고도(elevations)에서 노내의 방사능을 측정하는 능력을 갖는다. 이 센서들은 원자로 노심의 내측에서 반경방향 및 축방향의 출력의 분포를 측정하기 위해 사용된다. 이 출력 분포 측정 정보는 원자로가 설계 원자력 분포 한계 내에서 가동 중인지의 여부를 판정하기 위해 사용되고, 따라서 이동 가능한 노내 검출기들의 복잡성을 방지한다. 이 측정 기능을 수행하기 위해 사용되는 전형적인 노내 센서는 이 센서의 주위에서 발생하는 핵분열의 양에 비례하는 전류를 생성한다. 이 유형의 센서는 전류를 생성하기 위한 외측의 전력 공급원을 필요로 하지 않으므로 통상적으로 자기 출력식 검출기라고 부르고, 1998년 4월 20일에 출원되고 또한 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제 5,745,538 호에 더 완전하게 설명되어 있다. 도 1은 자기 출력식 검출기 요소(10) 내에서 전류 I(t)를 생성하는 메커니즘의 개략도를 제공한다. 바나듐과 같은 중성자 유감 물질이 이미터(emitter) 요소(12)를 위해 사용되고, 또한 중성자 조사에 반응하여 전자를 방출한다. 전형적으로, 자기 출력식 검출기는 계기장비 팀블(thimble) 조립체들 내에 집합된다. 대표적인 노내 계기 팀블 조립체는 도 2에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 본질적으로 비소모성 중성자 유감 이미터 요소(12)에 의해 발생되는 신호 레벨은 낮지만, 단일의 완전한 노심 길이의 중성자 유감 이미터 요소는 복잡하고 고가의 신호 프로세서 없이 적절한 신호를 제공한다. 노심의 다양한 축방향 영역에 기인하는 단일의 중성자 유감 이미터 요소에 의해 발생되는 완전장(full length) 신호의 비율은, 노심의 축방향 영역을 한정하는 도 2에 도시되는 다양한 길이의 감마 유감 요소들(14)에 의해 발생되는 신호를 배분하는 것으로부터 결정된다. 배분 신호들은 핵분열 생성물에 기인되어 지연되는 감마 방사선의 효과들 중 많은 것을 제거하는 비율을 취한다. 이 노내 계기 팀블 조립체들은 또한 연료 집합체들로부터 배출되는 냉각재의 온도를 측정하기 위한 서모커플(18)을 포함한다. 자기 출력식 검출기 요소들 및 원자로 노심 내의 각 노내 계기 팀블 조립체 내의 서모커플로부터 출력되는 전기 신호는 전기 커넥터(20)에서 수집되고, 또한 최종 처리 및 측정된 노심 출력 분포를 생성하는 것에서의 사용을 위해 원자로로부터 충분히 이격된 위치로 전송된다.
도 3은 노심의 출력 분포를 측정하기 위해 노심 내의 연료 집합체들의 계기장비 팀블들 내의 고정식 노내 계기 팀블 조립체들(16)을 사용하는 WTNCISETM의 제품명으로 Westinghouse Electric Company LLC에 의해 현재 판매되는 노심 모니터링 시스템의 일례를 도시한다. 케이블(22)은 계기 팀블 조립체들(16)로부터 격납 시일 테이블(24)을 통해 신호 처리 캐비닛(26)으로 연장하고 또한 서모커플(T/C) 및 자기 출력식 검출기(SPD) 신호들을 신호 처리 캐비닛(26)에 전달하고, 이곳에서 출력들은 조정되고, 디지털화되고, 다중화되고, 또한 격납 벽들(28)을 통해 컴퓨터 워크스테이션(30)으로 송신되고, 이곳에서 출력들은 추가 처리되어 디스플레이될 수 있다. 노내 계기 팀블 조립체들로부터의 서모커플 신호들은 또한 기준 접점 유닛(RJU; 32)으로 전송되고, 이 기준 접점 유닛은 이 신호들을 워크스테이션(30)에 연결되는 플랜트 컴퓨터(36)와 통신하는 부적합 노심 냉각 모니터(ICCM; 34)로 송신한다.
가동 중인 플랜트에서 기존의 이동 가능한 노내 검출기 시스템을 교환하기 위해, 자기 출력식 검출기들(14) 및 서모커플들(18)의 신호를 루팅하는 케이블들(22)을 설치하는 것이 필요하다. 또한, 격납부(28)로부터의 송신을 위한 자기 출력식 검출기 신호들을 디지털화 및 다중화할 수 있는 하드웨어들(26, 32)을 설치하고 또한 이 하드웨어들에 전력을 공급하는 것이 필요하다. 이 설비는 매우 고가이고, 또한 WINCISETM 시스템의 비용의 약 60%에 상당한다.
따라서, 가동 중인 플랜트 내에서 이동 가능한 노내 검출기를 교환하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
또한, 격납부의 내측에 설치되는 것이 필요한 많은 케이블 루팅 및 전자장치를 배제하는 개선된 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
더욱이, 이와 같은 개선된 시스템은 바람직하게 자기 출력식이어야 하고, 또한 실질적으로 유지보수가 불필요해야 한다.
고정된 노내 검출기들을 구비하는 이동 가능한 노내 검출기들의 교환에 현재 관련되는 격납부 내 케이블, 전력 설비, 및 자기 출력식 검출기 신호 처리 전자 하드웨어와 관련되는 비용의 대부분을 방지할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다. 전술한 목적들을 달성하는 본 발명의 방법은 방사선조사 환경(irradiated environment)의 상태를 나타내는 파라미터들을 모니터링하고 또한 모니터링된 파라미터를 나타내는 신호를 발생한다. 파라미터의 모니터링에서, 이 방법은 방사선조사 환경으로부터 전류를 생성하고 또한 이 전류를 사용하여 무선 송신기에 전력을 공급한다. 다음에 무선 송신기는 모니터링된 파라미터를 나타내는 신호를 부식성이 낮은 환경, 바람직하게는 격납부의 외측에 전달한다.
하나의 실시형태에서, 이 방법은 재충전식 배터리로부터 무선 송신기에 전력을 공급하는 단계 및 방사선조사 환경으로부터 전력을 얻는 충전기로부터 재충전식 배터리를 재충전하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 재충전 단계를 수행하는 충전기는 자기 출력식 방사선 검출기이다. 하나의 용도에서, 방사선조사 환경은 원자로이고, 무선 송신기 및 충전기는 노내 계기 팀블 조립체의 일부이다.
본 발명은 또한 방사선 환경의 강도를 나타내는 전류를 발생하도록 방사선 환경 내에 설치되는, 방사선 환경에 반응하는 자기 출력식 방사선 검출기 조립체를 갖는 노내 계기 팀블 조립체를 기도한다. 무선 송신기는 부식성이 낮은 환경에 무선으로 전류의 적어도 일부를 송신하기 위해 자기 출력식 방사선 검출기에 의해 전류에 연결된다. 노내 계기 팀블 조립체는 방사선 환경으로부터 전력을 얻는 무선 송신기에 전력을 공급하기 위한 전원을 더 포함한다.
바람직하게, 자기 출력식 방사선 검출기 조립체는 전원에 전력을 공급하는 제 1 자기 출력식 방사선 검출기를 포함한다. 하나의 실시형태에서, 전원에 전력을 공급하는 제 1 자기 출력식 방사선 검출기는 또한 방사선 환경의 강도를 나타내는 전류를 발생한다. 다른 실시형태에서, 제 2 자기 출력식 방사선 검출기는 방사선 환경의 강도를 나타내는 전류를 발생한다.
바람직하게, 전원은 무선 송신기에 전력을 공급하기 위한 재충전식 배터리로부터 인출되고, 충전기는 방사선조사 환경으로부터 전력을 얻는 재충전식 배터리에 연결된다. 바람직하게, 충전기는 자기 출력식 방사선 검출기이다.
본 발명의 추가의 이해는 첨부된 도면들과 관련한 이하의 바람직한 실시형태들의 설명으로부터 얻어질 수 있다.
도 1은 자기 출력식 검출기의 개략도이고;
도 2a는 노내 계기 팀블 조립체의 평면도이고;
도 2b는 도 2a의 노내 계기 팀블 조립체의 전방의 시스(sheath)의 내부의 개략도이고;
도 2c는 도 2a의 노내 계기 팀블 조립체의 후방 단부의 전기 커넥터의 단면도이고;
도 3은 노내 모니터링 시스템의 개략 배치도이고;
도 4는 본 발명이 적용될 수 있는 원자로 시스템의 단순화된 개략도이고;
도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 원자로 용기 및 내부 부품들의 부분 단면의 정면도이고;
도 6은 원자력 연료 집합체의 부분 단면의 정면도이고;
도 7은 많은 가동 플랜트들에서 사용되는 기본적인 노내 이동 가능한 검출기의 매핑 시스템의 사시도이고;
도 8은 본 발명에 의해 사용될 수 있는 전력 공급부의 개략 회로도이고;
도 9는 본 발명에 따른 자기 출력식 무선 노내 계기 장비의 노심 출력 분포 측정 시스템의 개략 배치도이다.
가압수로 냉각되는 원자로 발전 시스템의 일차 측은 유용한 에너지를 생성하기 위한 이차 측으로부터 분리되고 또한 열교환 관계인 폐쇄된 회로를 포함한다. 이 일차 측은 핵분열성 물질을 포함하는 다수의 연료 집합체들을 지지하는 노심 내부 구조물을 포위하는 원자로 용기를, 열교환 증기 발생기 내의 일차 회로, 내부 체적 가압기, 펌프 및 가압수를 순환시키기 위한 파이프를 포함하고, 파이프는 각 증기 발생기 및 펌프를 원자로 용기에 독립적으로 연결한다. 증기 발생기, 펌프 및 용기에 연결되는 파이프의 시스템을 포함하는 일차 측의 부분들의 각각은 일차 측의 루프를 형성한다.
설명의 목적을 위해, 도 4는 원자로 노심(44)을 포위하는 폐쇄 헤드(42)를 갖는 대체로 원통형의 원자로 압력 용기(40)를 포함하는 단순화된 원자로 일차 시스템을 도시한다. 물과 같은 액상의 원자로 냉각재는 노심(44)을 통해 펌프(46)에 의해 용기(40) 내로 펌핑되고, 노심에서 열 에너지가 흡수되어, 전형적으로 증기 발생기라고 부르는 열교환기(48)로 배출되고, 여기서 열은 증기 구동되는 터빈 발전기와 같은 이용 회로(도시되지 않음)로 이송된다. 다음에 원자로 냉각재는 펌프(46)로 복귀함으로써 일차 루프를 완성한다. 전형적으로, 다수의 전술한 루프들이 원자로 냉각재 파이프(50)에 의해 단일의 원자로 용기(40)에 연결된다.
본 발명을 포함하는 예시적인 원자로 설계는 도 5에 도시되어 있다. 다수의 병렬의 수직방향의 동일하게 연장하는 연료 집합체들(80)로 구성되는 노심(44)에 추가하여, 기타 용기 내부 구조들은 하측 내부 구조물들(52) 및 상측 내부 구조물들(54)로 분할될 수 있다. 종래의 설계에서, 하측 내부 구조물들의 기능은 용기 내에서 직접 유동뿐만 아니라 노심 부품들을 지지하고, 정렬시키고, 안내하는 것이다. 상측 내부 구조물들(54)은 연료 집합체들(80)(간단히 하기 위해 도면에는 2 개의 연료 집합체만이 도시되어 있다)을 구속하거나 이차적 구속체를 제공하고, 또한 제어봉(56)과 같은 가이드 기구류 및 부품들을 지지한다. 도 5에 도시된 예시적인 원자로에서, 냉각재는 하나 이상의 입구 노즐들을 통해 원자로 용기(40) 내로 유입되고, 용기(40)와 노심 배럴(60) 사이의 애뉼러스(annulus)를 통해 하방향으로 유동하고, 하측의 원자로 용기 플리넘(plenum; 61) 내에서 180° 선회되고, 연료 집합체들(80)이 안착되어 있는 하측 지지 플레이트(62) 및 하측 노심 플레이트(64)을 통해 또한 조립체들의 주위를 통과하여 상방향으로 진행한다. 일부의 설계들에서, 하측 지지 플레이트(62) 및 하측 노심 플레이트(64)는 단일 구조물인 62와 동일한 고도를 갖는 하측 노심 지지 플레이트로 치환된다. 노심(44)으로부터 배출되는 냉각재는 상측 노심 플레이트(66)의 하측면을 따라 또한 다수의 천공들(68)을 통해 상방향으로 유동한다. 다음에 냉각재는 상방향 및 반경방향으로 하나 이상의 출구 노즐들(70)을 향해 유동한다.
상측 내부 구조물들(54)은 용기(40) 또는 용기 헤드(42)로부터 지지될 수 있고 또한 상측 지지 조립체(72)를 포함한다. 하중은 주로 다수의 지지 컬럼들(74)에 의해 상측 지지 조립체(72)와 상측 노심 플레이트(66) 사이에서 전달된다. 각 지지 컬럼은 선택된 연료 집합체(80) 및 상측 노심 플레이트(66) 내의 천공(68)의 상측에 정렬된다.
직선적으로 이동 가능한 제어봉(56)은 구동 샤프트(76) 및 중성자 독 로드(poison rods)를 전형적으로 포함하고, 중성자 독 로드는 상측 내부 구조물들(54)을 통해 또한 제어봉 안내 튜브들(79)에 의해 정렬된 연료 집합체들(80) 내로 안내된다.
도 6은 일반적으로 도면부호 80으로 표시되는 연료 집합체의 수직 방향으로 단축된 형태로 도시되는 정면도이다. 연료 집합체(80)는 가압수형 원자로에서 사용되는 형식이고, 그 하측 단부에 하부 노즐(82)을 포함하는 구조 골격을 갖는다. 하부 노즐(82)은 원자로의 노심 영역에서 하측 노심 지지 플레이트(64) 상에서 연료 집합체(80)를 지지한다. 하부 노즐(82)에 추가하여, 연료 집합체(80)의 구조 골격은 또한 그 상측 단부의 상부 노즐(84) 및 다수의 안내 튜브들 또는 팀블들(86)을 포함하고, 팀블들은 하부 및 상부 노즐들(82, 84) 사이에서 종방향으로 연장하고 또한 반대측 단부들에서 강고하게 부착된다.
연료 집합체(80)는 안내 팀블들(86)을 따라 축방향으로 이격되고 또한 안내 팀블들(86)에 장착되는 다수의 횡단 방향의 그리드들(grids; 88) 및 횡단 방향으로 이격되고 또한 그리드들(88)에 의해 지지되는 가늘고 긴 연료봉(90)의 정돈된 배열체를 더 포함한다. 도 6에서 볼 수 없으나, 이 그리드들(88)은 종래 형식으로 에그-크레트(egg-crate) 패턴으로 교호 배치되는 직교하는 스트랩들(straps)로부터 형성되고, 4개의 스트랩들의 인접하는 계면은 대략 정사각형 지지 셀(cells)을 형성하고, 이 지지 셀을 통해 연료봉들(90)이 상호 횡단 방향으로 이격되는 관계로 지지된다. 많은 종래의 설계에서, 지지 셀들을 형성하는 스트랩들의 대향하는 벽들 내에 스프링들 및 딤플들(dimples)이 스탬핑 가공된다. 이 스프링들 및 딤플들은 지지 셀들 내로 반경방향으로 연장하고 또한 이들 사이에 연료봉들을 포획하고, 정 위치에 연료봉들을 유지하기 위해 연료봉 클래딩(cladding) 상에 압력을 가한다. 또한, 이 집합체(80)는 그 중심부에 위치되는 하부 및 상부 노즐들(82, 84) 사이에 연장하고 또한 하부 및 상부 노즐들(82, 84)에 장착되는 계기장비 튜브(92)를 갖는다. 이와 같은 부품들의 배치에 의해, 연료 집합체(80)는 부품들의 조립체를 손상시키기 않고 편리하게 조작될 수 있는 일체 유닛을 형성한다.
전술한 바와 같이, 집합체(80) 내에서 그 배열체 내의 연료봉들(90)은 연료 집합체의 길이를 따라 이격되는 그리드들(88)에 의해 상호 이격되는 관계로 유지된다. 각 연료봉(90)은 다수의 핵연료 펠릿들(pellets; 94)을 포함하고 또한 상측 및 하측 단부 플러그(96, 98)에 의해 그 대향 단부들이 폐쇄된다. 연료 펠릿들(94)은 상측 단부 플러그(96)와 펠릿 스택의 상부 사이에 배치되는 플리넘 스프링(100)에 의해 스택 내에 유지된다. 핵분열성 물질로 구성되는 연료 펠릿들(94)은 원자로의 무효 전력(reactive power)의 생성의 원인이다. 펠릿들을 둘러싸는 클래딩은 핵분열 부산물이 냉각재 내에 진입하는 것 및 더욱 원자로 시스템의 오염을 방지하는 장벽으로서 기능한다.
핵분열 과정을 제어하기 위해, 다수의 제어봉(56)이 연료 집합체(80) 내의 사전에 결정된 위치들에 위치되는 안내 팀블들(86) 내에서 왕복 운동될 수 있다. 특히, 상기 상부 노즐(84)의 상측에 위치되는 연료봉 집합체 제어 메커니즘(또한 스파이더 조립체라고도 함)(78)은 제어봉(56)을 지지한다. 이 제어 메커니즘은 다수의 방사상으로 연장하는 플루크(flukes) 또는 아암들(104)을 구비하는 암나사산을 갖는 원통형 허브 부재(102)를 갖고, 플루크 또는 아암들은 제어봉(56)과 함께 도 5에 관하여 전술한 스파이더 조립체(78)를 형성한다. 모두 주지의 방식으로 제어봉 허브들(hubs; 102)에 결합되는 제어봉 구동 샤프트(76)(도 5에 도시됨)의 모터 동력 하에서, 제어 메커니즘(78)이 안내 팀블들(86) 내에서 수직방향으로 제어봉들을 이동시키도록 작동될 수 있고, 이것에 의해 연료 집합체(80) 내에서 핵분열 과정을 제어하도록, 각 아암(104)은 제어봉(56)에 상호 연결된다.
전술한 바와 같이, 축방향 출력 분포를 매핑하기 위해, 플랜트 설계 한계가 초과되지 않은 것을 보장하기 위해, 많은 종래의 플랜트는 도 7에 도시된 것과 같은 이동 가능한 노내 검출기를 사용한다. 노내 매핑 시스템은 일반적으로 플랜트의 크기에 따라 4 ~ 6 개의 검출기/구동 조립체들을 포함하고, 이 조립체들은 연료 집합체(80) 내의 계기장비 튜브(92) 내에서 연장하는 노내 속(flux) 팀블들의 다양한 조합체에 접근할 수 있는 형태로 상호 연결된다. 팀블 상호 연결 기능을 얻기 위해, 각 검출기는 5-경로 및 10-경로 회전 기계식 이송 장치와 관련된다. 노심 맵(map)은 검출기들이 구동되는 특정 팀블들을, 이송 장치들에 의해, 선택하는 것에 의해 작성된다.
도 7은 이동 가능한 노내 방사선 검출기들의 삽입을 위한 기본 시스템을 도시한다. 이동 가능한 방사선 검출기들(112)이 구동되어 진입하는 후퇴 가능한 팀블들(110)은 대략 도시된 바와 같은 루트들(routes)을 취한다. 팀블들(110)은 원자로 용기(40)의 하부로부터 콘크리트 차폐 영역(114)을 통해 다음에 팀블 시일 테이블(24)까지 연장하는 도관들(118)을 통해 원자로 노심(44) 내로 삽입된다. 이동 가능한 검출기 노내 속 팀블들은 그 (원자로) 선단부에서 폐쇄되어 있으므로, 내부가 건조하다. 따라서, 노내 속 팀블들은 원자로 수압(2500 psig 설계)과 기압 사이의 압력 방벽의 역할을 한다. 후퇴 가능한 팀블들(110)과 도관들(118) 사이의 기계식 시일은 시일 테이블(116)에 제공된다. 도관들(118)은 원자로 용기(40)의 본질적인 연장부들이고, 팀블들(110)은 노내 계기장비 이동 가능한 검출기들(112)의 삽입을 허용한다. 작동 중에, 팀블들(110)은 부동 상태이고 또한 연료 교환 또는 유지보수 작업 중에 감압 상태에서만 후퇴될 것이다.
이동 가능한 노내 검출기들의 삽입을 위한 구동 시스템은 도시된 바와 같이 구동 유닛들(120), 리미트 스위치 조립체들(122), 5-경로 회전식 이송 장치(124), 10-경로 회전식 이송 장치(126) 및 차단 밸브(128)을 포함한다.
각 구동 유닛은 중공의 나선상-랩(wrap) 구동 케이블을 노심 내로 밀어 넣고, 이 케이블 및 이 나선상-랩 구동부의 중공 중심을 통해 나사결합되는 소직경 동축 케이블의 선단부에 소형의 이동 가능한 검출기(112)가 부착되어 있고, 소직경 동축 케이블은 검출기 출력을 구동 케이블의 후단부로 다시 전달한다. 검출기 신호들을 제어실을 향해 송신하기 위한 전자장치들은 도 3에 도시되고 또한 고정된 노내 검출기 시스템에 대해 이전에 설명한 개략 배치도와 유사하다. 본 발명을 위해 본 명세서에서 설명되는 방법의 바람직한 실시형태는, 이동 가능한 속 매핑 검출기 시스템들이 이전에 설명된 고정된 노내 검출기 시스템으로 교환되는 경우에는 필요할 수 있는, 격납부 내 케이블들, 전력 설비, 및 검출기 신호 처리 전자장치 하드웨어와 관련되는 비용의 대부분을 삭감할 수 있다.
이 바람직한 실시형태는 전술한 도 2a, 2b, 및 2c에 도시된 것과 유사한 노내 계기 팀블 조립체들의 전기 커넥터 출력부에 부착되는 소형의 무선 주파수 송신기들의 사용에 의존한다. 그러나, 호환 가능한 수신기를 구비하고, 이 수신기가 가시선(line of sight) 내에 위치될 수 있는 경우에는, 적외선 송신기와 같은 기타 무선 송신기도 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명에 따라 개별의 자기 출력식 검출기 신호들(아날로그 또는 디지털)을 측정하고 송신하기 위해 사용되는 전기 하드웨어는 소형의 환경적으로 조건을 갖춘 용기 내에 수용되고, 이 용기는 노내 계기 팀블 조립체(16)와 일체이거나 또는 독립형 장치로서 부착될 수 있다. 신호 송신용 전기 하드웨어를 위한 주 전력 공급원은 도 8에 도시된 예시적인 전력 공급부의 일부로서 도시되는 재충전식 배터리(132)이다. 본 발명의 하나의 실시형태에 따르면, 배터리(132) 상의 충전은 전력 공급부(130) 내에 수용되는 전용의 전력 공급부 자기 출력식 검출기 요소(134)에 의해 생성되는 전력의 사용에 의해 유지되므로, 원자로 내의 핵 방사선은 장치를 위한 궁극적인 전원이고, 배터리(132)의 충전을 유지한다. 전력 공급부 자기 출력식 검출기 요소(134)는 조정 회로(136)를 통해 배터리(132)에 연결되고, 다음에 이 배터리는 도 2a, 2b 및 2c에 대해 설명된 바와 같은 고정식 노내 검출기 및 노심을 모니터링하는 서모커플로부터 수신된 신호를 송신하는 신호 송신 회로(138)에 연결된다. 대안적으로, 모니터링 검출기에 의해 발생되는 전력의 특정 백분율은 신호 조정 회로(136)로 전송되어 신호 송신기 회로(138)에 전력을 공급하기 위한 배터리(132)를 충전한다. 이 후자의 실시형태에서, 모니터링 회로로부터의 전력의 나머지는 원자로 격납부의 외측의 수신 회로에의 무선으로 전송을 위한 송신기 회로(138)에 전송될 수 있다. 이에 따라 수신된 모니터링 신호는 다음에 신호 송신 회로(138)에 전력을 공급하기 위해 전송된 신호의 강도를 위해 보상하도록 교정되어야 한다. 도 8에 도시된 전력 공급부의 특수 설계는 수신기에 자기 출력식 검출기 신호 데이터를 송신하기 위해 요구되는 전력의 양에만 의존한다. 필요한 전력의 양은 특정 작업 환경의 신호 송신 거리 및 무선 주파수 신호 대 잡음 특성에 의존한다. 일반적으로, 전력 공급부는, 낮은 원자로 출력 레벨에서 최장의 수명 및 발전 능력을 제공하도록, 그 주위의 감마 방사선의 양에 기초하여 전력을 공급하도록 설계된다. 미국 특허 제 5,745,538 호와 같은 다수의 기존의 백금계 자기 출력식 검출기 설계가 존재하고, 이 설계는 공통의 용도를 위해 적합한 성능을 제공할 것이다.
도 9는 본 발명에 따라 구성된 자기 출력식 무선 노내 검출기 계기장비의 노심 출력 분포 측정 시스템의 개략적인 배치를 도시한다. 도 9에 도시된 개략 배치도는, 시일 테이블(24)의 상측의 격벽 내의 케이블이 무선 송신기(138) 및 무선 수신기(116)에 의해 대체되어 있고, 격납부 내 전자장치(26, 32)가 각각 SPD 신호 처리 시스템(108) 및 격납부(28)의 외측에 위치되는 노심 출구 서모커플 신호 처리 시스템(106)에 의해 각각 대체되어 있는 것을 제외하면, 종래의 노내 모니터링 시스템을 위한 도 3에 도시된 개략 배치도와 동일하다. 모든 다른 관점들에서 이 시스템들은 동일하다. 따라서, 본 발명은 도 2a, 2b, 2c에 도시된 고정된 노내 검출기들에 의해 도 7에 도시된 종래의 노내 이동 가능한 검출기들의 교체를 현저하게 단순화시킨다.
본 발명의 특정 실시형태들이 상세히 설명되었으나, 본 기술분야의 전문가들은 본 개시의 전체적인 사상에 비추어 이 실시형태들의 세부에 대해 다양한 개조 및 변경이 개발될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 특정의 실시형태들은 예시적인 것에 불과하고 또한 전폭의 첨부된 청구항 및 그 임의의 또한 모든 등가물에 의해 주어지는 발명의 범위를 제한하지 않는다.

Claims (11)

  1. 원자로의 압력용기 내 환경(40)의 방사선의 강도를 나타내는 신호를, 격납용기 바깥환경(116)으로 송신하는 방법으로서,
    자기급전형 방사선 검출기(10)를 이용하여, 상기 압력용기 내 환경(40)의 방사선의 강도를 나타내는 신호를 발생시키는 단계와,
    상기 자기급전형 방사선 검출기(10)를 이용하여 전류를 발생시키는 단계와,
    상기 전류에 의해 무선송신기(138)에 급전하는 단계와,
    상기 무선송신기(138)에 의해 상기 신호를 상기 격납용기 바깥환경(116)으로 무선송신하는 단계에 의해 이루어지고,
    상기 급전하는 단계는,
    충전가능한 전지(132)에 의해 상기 무선송신기(138)에 급전하는 단계와,
    상기 자기급전형 방사선 검출기(10)를 이용함으로써 상기 충전가능한 전지(132)를 재충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    격납용기 바깥환경으로의 신호의 송신 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선송신기(138) 및 상기 자기급전형 방사선 검출기(10)는 노내 계기 팀블 집합체의 일부인 것을 특징으로 하는
    격납용기 바깥환경으로의 신호의 송신 방법.
  4. 원자로의 압력용기 내 환경(40)의 방사선의 강도를 나타내는 전류를 발생시키는 자기급전형 방사선 검출기 집합체(10)와,
    상기 전류에 의해 구동되고, 상기 전류의 적어도 일부를 격납용기 바깥환경(116)으로 무선송신하는 무선송신기(138)와,
    상기 무선송신기에 급전하는 전원(134)에 의해 이루어지고,
    상기 자기급전형 방사선 검출기 집합체(10)가 상기 전원에 전력을 공급하는 자기급전형 방사선 검출기(134)를 포함하고,
    상기 자기급전형 방사선 검출기(134)가, 상기 압력용기 내 환경(40)의 방사선의 강도를 나타내는 상기 전류도 발생시키고,
    상기 전원이,
    상기 무선송신기(138)에 급전하는 충전가능한 전지(132)와,
    상기 전지(132)에 접속된 충전기(134)로 이루어지고,
    상기 충전기(134)는 상기 자기급전형 방사선 검출기(10)인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는
    노내 계기 팀블 집합체(16).
  5. 삭제
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  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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