KR20200089755A - 핵 반응로에서 사용 가능한 검출 장치, 및 연관된 방법 - Google Patents
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Abstract
검출 장치가 핵 연료봉의 내부 내에서 지지되는 공진 전기 회로를 포함하고, 공진 전기 회로는 여기 펄스에 응답하여 응답 펄스를 생성하고, 응답 펄스를 연료봉의 클래딩을 통해서 반응로 내의 다른 위치로 송신하고, 반응로 내에는 연료봉이 수용되고 클래딩 내에는 어떠한 틈도 없다. 응답 펄스의 특성은 연료봉의 상태를 나타낸다. 검출 장치는 또한, 연료봉에 근접하여, 반응로 내에서, 클래딩의 외측에 배치되고 여기 펄스를 생성하도록 그리고 여기 펄스를 클래딩을 통해서 공진 전기 회로로 송신하도록 구성된 송신기를 포함한다. 수신기가 클래딩의 외측에서 반응로 내에서 지지되고, 응답 펄스에 응답하여, 신호를 반응로 외측의 전자 프로세싱 장치에 통신한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2018년 6월 28일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/691,178호 및 2017년 12월 8일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/596,311호의 우선권을 주장하고, 이러한 출원의 개시 내용은 본원에서 참조로 포함된다.
개시되고 청구된 개념은 일반적으로 원자력 장비, 그리고 보다 특히 핵 반응로의 연료 조립체의 연료봉 및 계장 관(instrumentation tube)과 함께 이용될 수 있는 검출 장치에 관한 것이다.
많은 현재 기술 수준의 핵 반응로 시스템에서, 다수의 축방향 높이들에서 코어 내의 방사능을 직접적으로 측정하기 위해서 코어-내 센서가 이용된다. 열전쌍 센서들이 또한, 냉각제가 코어를 빠져 나가는 높이에서 코어 주위의 여러 지점에 위치되어, 다양한 반경방향 위치에서 냉각제 배출 온도의 직접적인 측정을 제공한다. 이러한 센서는 반응로 코어 내의 파워(power)의 반경방향 및 축방향 분포를 직접적으로 측정하기 위해서 이용된다. 이러한 파워 분포 측정 정보는, 반응로가 원자력 분포 한계 내에서 동작되는지의 여부를 결정하기 위해서 이용된다. 이러한 기능을 실시하기 위해서 이용되는 전형적인 코어-내 센서는, 그 주위에서 발생되는 핵분열의 양에 비례하는 전류를 생산하는 자가-전력 공급형 검출기(self-powered detector)이다. 이러한 유형의 센서는 일반적으로 코어 주위의 여러 연료 조립체 내의 기구 씸블(instrument thimble) 내에 배치되고, 전류를 생산하기 위한 전력의 외부 공급원을 필요로 하지 않고, 일반적으로 자가-전력 공급형 검출기로 지칭되며, 1998년 4월 28일자로 허여되고 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제5,745,538호에서 보다 전체적으로 설명되어 있다.
코어의 다양한 매개변수를 측정할 수 있고, 전형적으로 코어 주위의 여러 연료 조립체 내의 기구 씸블 내에 배치되는 다른 유형의 센서가 2017년 1월 27일자로 출원된 미국 특허출원 제15/417,504호에서 설명되어 있다. 이러한 유형의 센서는 송신기 디바이스를 이용하고, 그러한 송신기 디바이스는 중성자 플럭스를 검출하도록 구조화된 자가-전력 공급형 중성자 검출기, 중성자 검출기와 병렬로 전기적으로 연결된 커패시터, 입력 단부 및 출력 단부를 가지는 가스 배출관, 및 공진 회로와 직렬로 출력 단부에 전기적으로 연결되는 안테나를 포함한다. 가스 방출 관의 입력 단부는 커패시터에 전기적으로 연결된다. 안테나는, 자가-전력 공급형 검출기에 의해서 모니터링되는 중성자 플럭스의 세기를 나타내는 일련의 펄스를 포함하는 신호를 방출하도록 구조화된다. 다른 코어 매개변수가 또한, 공진 회로의 인덕턴스 및 커패시턴스의 값을 변경하는 그러한 매개변수의 영향에 의해서 모니터링될 수 있다.
출력을 반응로 외부로 통신하기 위한 신호 리드를 필요로 하지 않는, 또 다른 코어-내 센서가 미국 특허 제4,943,683호에서 개시되고, 그러한 특허는 핵 반응로 코어의 연료 조립체 내로 통합된 비정상 검출 유닛을 가지는 핵 반응로 코어용 비정상 진단 시스템, 및 반응로 용기 외측에 제공되는 송신기-수신기를 설명한다. 송신기-수신기는 신호를 무선으로 비정상 검출 유닛에 송신하고 비정상 검출 유닛에 의해서 생성된 에코 신호를 무선으로 수신한다. 비정상 검출 유닛이 핵 반응로 코어 내의 비정상, 예를 들어 연료 조립체 내의 비정상적인 온도 상승을 검출할 때, 에코 신호의 모드는 기준 신호로부터 벗어난다. 이어서, 송신기-수신기는 기준 신호로부터의 에코 신호의 편차를 검출하고, 비정상 검출 신호를 플랜트 보호 시스템에 제공한다. 센서는, 그러한 센서가 내부에 장착된 연료 조립체 주위의 냉각제 온도를 실제로 모니터링한다.
전술한 센서의 각각이 핵 반응로의 코어 내의 상태를 직접적으로 모니터링하지만, 그러한 센서는 제한이 있었다. 그에 따라, 개선이 바람직할 것이다.
전술한 센서 중 어느 것도, 반응로 동작 중에 코어 내의 핵 연료봉 내의 상태를 직접적으로 모니터링하지 않는다. 최신 연료 클래딩 재료가 상업적으로 이용되기 전에, 이들은 규정에 따른 승인을 받기 위해서 엄격히 테스트되어야 했다. 최신 연료 클래딩 재료를 테스트하기 위한 기존 방법론은 연료봉이 몇 번의 연료 사이클에 걸쳐 테스트될 것 그리고 방사 테스트의 종료 시에 검사될 것을 요구한다. 이는 몇 년이 소요되는 긴 프로세스이고, 그 몇 년의 시간 동안 연료 클래딩 데이터는 이용될 수 없다. 기존 방법에서, 중요 데이터는, 조사 후 검사 활동(post irradiation examination activity) 중에만 획득된다. 연료봉 내에 배치될 수 있고, 몇 번의 연료 사이클에 걸쳐 위험한 상태를 견딜 수 있고, 연료봉의 클래딩 내로의 침투를 요구하지 않는, 파일-내 센서(in-pile sensor)가 요구된다.
본 발명은, (또한 펄스 유도로 알려진) 원격 유도 또는 자기 인터로게이터(interrogator)를 가지는 핵 연료봉 실시간 피동적 무결성 검출 장치를 제공하는 것에 의해서, 전술한 목적을 달성한다. 검출 장치는 핵 연료봉의 내부 내에서 지지되도록 구성된, 그리고 유입 여기 펄스에 응답하여 일반적으로 사인파형인 응답 펄스를 생성하도록 그리고 핵 연료봉의 클래딩을 통해서 핵 연료봉이 내부에 수용되는 반응로 내의 다른 위치로 이동하는 자기 파동 형태의 응답 펄스를 송신하도록 구조화된 공진 전기 회로를 포함하고, 생성된 펄스의 특성은 연료봉의 상태를 나타낸다. 검출 장치는 또한, 연료봉에 근접하여, 반응로 내에서, 클래딩의 외측에 배치되도록 구조화되고 여기 펄스를 생성하고 여기 펄스를 클래딩을 통해서 공진 전기 회로로 송신하도록 구성된 송신기, 및 핵 연료봉에 근접하여, 클래딩의 외측에서 반응로 내에서 지지되도록 구조화되고 응답 펄스를 수신하고, 응답 펄스에 응답하여, 신호를 반응로 외측의 전자 프로세싱 장치에 통신하도록 구성된 수신기를 포함한다.
바람직하게, 공진 회로는 핵 연료봉의 플리넘(plenum) 내에서 지지된다. 하나의 그러한 실시예에서, 응답 펄스의 특성은 중심-선 연료 펠릿 온도를 나타낸다. 다른 그러한 실시예에서, 응답 펄스의 특성은 연료 펠릿 연신을 나타낸다. 또 다른 그러한 실시예에서, 응답 펄스의 특성은 연료봉 내부 압력을 나타낸다. 또한, 응답 펄스의 특성은 복수의 연료봉의 상태를 동시에 나타내도록 구성될 수 있다.
2개의 상이한 축방향 위치들에서의 측정을 제공하기 위해서, 부가적인 공진 전기 회로가 또한 연료봉의 하단 부분에 위치될 수 있다. 바람직하게, 공진 회로는, 생성된 펄스를 방출하는 특정 핵 연료봉을 식별하기 위해서 해석될 수 있는, 특유의 주파수를 가지는 응답 펄스를 생성하도록 커패시턴스 및 인덕턴스와 같은 특성이 선택되는, 복수의 회로 구성요소를 포함한다.
또한, 검출 장치는 보정 회로(calibration circuit)를 포함할 수 있고, 그러한 보정 회로는 핵 연료봉의 내부 내에서 지지되도록 구성되고, 수신기에 의해서 수신될 수 있고 구성요소 열화(劣化) 또는 온도 변동과 연관된 임의의 신호 변화에 대해서 수신기에 의해서 수신된 응답 펄스를 교정하기 위해서 이용될 수 있는, 송신기로부터의 여기 펄스에 의해서 문의될(interrogated) 때 정적 보정 신호를 생성하도록 구조화된다.
따라서, 개시되고 청구된 개념의 양태는, 연료 조립체의 복수의 연료봉 중의 연료봉과 함께 이용될 수 있는 개선된 검출 장치를 제공하고, 그러한 연료봉은 내부 영역을 갖는 클래딩을 가지며, 연료봉은 핵 반응로 내에 위치되고, 검출 장치는 반응로의 외측에 위치된 전자 프로세싱 장치와 협력할 수 있다. 일반적으로 말하자면, 검출 장치는 클래딩의 외측에 그리고 연료봉에 근접하여 핵 반응로의 내측에 배치되도록 구조화되고 여기 펄스를 생성하도록 그리고 여기 펄스를 클래딩을 통해서 내부 영역 내로 송신하도록 구조화된 송신기, 내부 영역 내에서 지지되도록 그리고 여기 펄스에 응답하여 응답 펄스를 생성하도록 그리고 내부 영역으로부터 그리고 클래딩을 통해서 이동되도록 구조화된 자기 파동 형태의 응답 펄스를 송신하도록 구조화된 공진 전기 회로를 갖는 전기 회로 장치로서, 응답 펄스의 특성이 연료봉의 상태를 나타내는, 전기 회로 장치, 및 클래딩 외측에서 그리고 연료봉에 근접하여 핵 반응로 내에서 지지되도록 구조화되는 수신기로서, 응답 펄스를 수신하도록 그리고 응답 펄스에 응답하는 출력을 전자 프로세싱 장치에 통신하도록 구조화되는, 수신기를 포함할 수 있다.
개시되고 청구된 개념의 다른 양태는, 연료 조립체의 복수의 연료봉 중의 연료봉의 상태를 검출하는 개선된 방법을 제공하고, 연료봉은 내부 영역을 갖는 클래딩을 가지며, 연료봉은 핵 반응로 내에 위치되고, 검출 장치는 반응로의 외측에 위치된 전자 프로세싱 장치와 협력할 수 있다. 일반적으로 말하자면, 방법은 상태를 검출하기 위해서 검출 장치를 이용하는 단계를 포함하고, 검출 장치는, 클래딩의 외부에 그리고 연료봉에 근접하여 핵 반응로의 내부에 배치되도록 구조화되는 송신기, 내부 영역 내에서 지지되는 공진 전기 회로를 가지는 전기 회로 장치, 및 클래딩 외측에서 그리고 연료봉에 근접하여 핵 반응로 내에서 지지되는 수신기를 갖는다. 일반적으로 말해서, 이용하는 단계는, 송신기를 이용하여 여기 펄스를 생성하고 여기 펄스를 클래딩을 통해서 그리고 내부 영역 내로 송신하는 단계, 전기 회로 장치를 이용하여 여기 펄스에 응답하여 응답 펄스를 생성하고 응답 펄스를 자기장 신호의 형태로 내부 영역으로부터 클래딩을 통해서 송신하는 단계, 연료봉의 상태를 나타내는 특성을 가지도록 응답 펄스를 생성하는 단계, 및 수신기에서 응답 펄스를 수신하고 응답 펄스에 응답하는 출력을 전자 프로세싱 장치에 통신하는 단계를 포함할 수 있다.
첨부 도면과 함께 읽을 때, 이하의 설명으로부터, 본 발명을 더 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은, 핵 설비의 연료봉 및 기구 씸블과 함께 이용될 수 있는 개시되고 청구된 개념의 제1 실시예에 따른 개선된 검출 장치의 기능도이다.
도 2는, 다시, 도 1의 검출 장치와 함께 이용될 수 있는 연료봉 및 기구 씸블을 포함하는 연료 조립체를 포함하는 핵 반응로를 가지는 핵 설비의 개략도이다.
도 3은 도 1의 검출 장치의 다른 개략도이다.
도 4는 도 1의 검출 장치의 전기 회로 장치가 내부에 위치된 연료봉의 부분 절취도이다.
도 5a는 도 4의 전기 회로 장치에 의해서 출력되는 예시적인 응답 신호의 궤적(trace)의 도면이다.
도 5b는 도 4의 전기 회로 장치에 의해서 출력되는 대안의 응답 신호의 예시적인 대안의 궤적의 도면이다.
도 6은 부분적으로 절취된, 그리고 개시되고 청구된 개념의 제2 실시예에 따른 전기 회로 장치를 포함하는 다른 연료봉의 도면이다.
도 7은 도 6의 전기 회로 장치의 페라이트 봉(ferritic rod)의 온도에 따른 투과율의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 8은 도 2에서 전반적으로 도시된 바와 같이 연료봉에서 이용될 수 있는 개시되고 청구된 개념의 제3 실시예에 따른 전기 회로 장치의 개략도이다.
도 9는 개시되고 청구된 개념의 제4 실시예에 따른 전기 회로 장치가 내부에 위치되는 연료봉의 개략도이다.
도 10은 개시되고 청구된 개념의 제5 실시예에 따른 다른 전기 회로 장치가 내부에 위치되는 다른 연료봉의 개략도이다.
도 11은 개시되고 청구된 개념의 제6 실시예에 따른 다른 전기 회로 장치가 내부에 위치되는 다른 연료봉의 개략도이다.
도 12는 도 2에서 전반적으로 도시된 바와 같이 연료봉에서 이용될 수 있는 개시되고 청구된 개념의 제7 실시예에 따른 다른 전기 회로 장치의 개략도이다.
도 13은 개시되고 청구된 개념의 제8 실시예에 따른 다른 전기 회로 장치가 내부에 위치되는 다른 연료봉의 개략도이다.
명세서 전체를 통해서, 유사한 번호는 유사한 부분을 나타낸다.
도 1은, 핵 설비의 연료봉 및 기구 씸블과 함께 이용될 수 있는 개시되고 청구된 개념의 제1 실시예에 따른 개선된 검출 장치의 기능도이다.
도 2는, 다시, 도 1의 검출 장치와 함께 이용될 수 있는 연료봉 및 기구 씸블을 포함하는 연료 조립체를 포함하는 핵 반응로를 가지는 핵 설비의 개략도이다.
도 3은 도 1의 검출 장치의 다른 개략도이다.
도 4는 도 1의 검출 장치의 전기 회로 장치가 내부에 위치된 연료봉의 부분 절취도이다.
도 5a는 도 4의 전기 회로 장치에 의해서 출력되는 예시적인 응답 신호의 궤적(trace)의 도면이다.
도 5b는 도 4의 전기 회로 장치에 의해서 출력되는 대안의 응답 신호의 예시적인 대안의 궤적의 도면이다.
도 6은 부분적으로 절취된, 그리고 개시되고 청구된 개념의 제2 실시예에 따른 전기 회로 장치를 포함하는 다른 연료봉의 도면이다.
도 7은 도 6의 전기 회로 장치의 페라이트 봉(ferritic rod)의 온도에 따른 투과율의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 8은 도 2에서 전반적으로 도시된 바와 같이 연료봉에서 이용될 수 있는 개시되고 청구된 개념의 제3 실시예에 따른 전기 회로 장치의 개략도이다.
도 9는 개시되고 청구된 개념의 제4 실시예에 따른 전기 회로 장치가 내부에 위치되는 연료봉의 개략도이다.
도 10은 개시되고 청구된 개념의 제5 실시예에 따른 다른 전기 회로 장치가 내부에 위치되는 다른 연료봉의 개략도이다.
도 11은 개시되고 청구된 개념의 제6 실시예에 따른 다른 전기 회로 장치가 내부에 위치되는 다른 연료봉의 개략도이다.
도 12는 도 2에서 전반적으로 도시된 바와 같이 연료봉에서 이용될 수 있는 개시되고 청구된 개념의 제7 실시예에 따른 다른 전기 회로 장치의 개략도이다.
도 13은 개시되고 청구된 개념의 제8 실시예에 따른 다른 전기 회로 장치가 내부에 위치되는 다른 연료봉의 개략도이다.
명세서 전체를 통해서, 유사한 번호는 유사한 부분을 나타낸다.
개시되고 청구된 개념에 따른 개선된 검출 장치(4)가 도 1에 전반적으로 도시되어 있다. 검출 장치(4)는, 예를 들어, 핵 반응로(12)의 격납부를 의미하는, 번호 12로 도 2에서 개략적으로 도시된 핵 반응로의 연료 조립체(10)(도 2) 내에 포함되는, 연료봉(6) 및 기구 씸블(8)과 함께 이용될 수 있다.
검출 장치(4)는 핵 반응로(12)의 격납부 내에 위치되고, 검출 장치(4)는, 핵 반응로(12)의 격납부 외부에 위치되는 전자 프로세싱 장치(16)와 협력할 수 있다. 그에 따라, 검출 장치(4)는 핵 반응로(12)의 격납부의 내부 내에 위치되는 가혹한 환경 내에 위치되도록 의도되는 반면, 전자 프로세싱 장치(16)는 핵 반응로(12)의 격납부 외부의 온화한 환경 내에 위치된다.
도 1로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 전자 프로세싱 장치(16)는 트랜시버(18) 및 신호 프로세서(22)를 포함하는 것으로 확인될 수 있다. 트랜시버(18)는, 유선 연결부로, 기구 씸블(8) 내에 위치된 인터로게이션 장치(48)와 연결된다. 신호 프로세서(22)는 프로세서 및 저장부(24)를 포함하고, 저장부(24)는 다수의 루틴(28)을 내부에 저장하고, 저장부(24)는 다수의 데이터 표(30)를 내부에 추가적으로 저장한다. 루틴(28)이 프로세서에서 실행되어, 검출 장치(4)가 다양한 동작을 실시하게 하며, 그러한 동작은 신호를 트랜시버(18)로부터 수신하는 것 그리고, 연료봉(6) 내의 상태를 나타내는 트랜시버(18)로부터의 신호의 양태에 상응하는 값을 검색하기 위해서 데이터 표(30)에 접근하는 것을 포함한다.
도 1로부터 더 이해될 수 있는 바와 같이, 말하자면, 연료봉(6)은 클래딩(32)을 포함할 수 있고, 클래딩(32) 내에 위치된 내부 영역(36) 및 내부 영역(36) 내에 위치된 다수의 연료 펠릿(38)을 가질 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "다수의"라는 표현 및 그 변형은 넓게, 1의 양을 포함하는, 임의의 0이 아닌 양을 지칭할 것이다. 연료봉은, 일반적으로 연료봉(6)의 수직 상부 단부인 플리넘(42)을 갖는다.
말하자면, 검출 장치(4)는, 내부 영역(36) 내의 연료봉(6)의 플리넘(42) 내에서 지지되는 전기 회로 장치(44)를 포함할 수 있다. 검출 장치(4)는 또한, 기구 씸블(8)의 내부 내에 위치된다고 할 수 있는 인터로게이션 장치(48)를 더 포함한다. 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 전기 회로 장치(44)는 내부 영역(36) 내에 위치되고, 어떠한 틈 또는 다른 개구부도 클래딩(32) 내에 형성하지 않으면서, 인터로게이션 장치(48)와 통신하며, 그에 의해서 유리하게 클래딩(32)을 온전하게 유지하고, 유리하게 내부 영역(36) 내에 완전히 수용되게 연료 펠릿(38)을 유지한다.
도 1로부터 더 이해될 수 있는 바와 같이, 그리고 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 전기 회로 장치(44) 및 인터로게이션 장치(48)는 서로 무선으로 통신한다. 말하자면, 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 상태는, 예를 들어, 연료 펠릿(38)의 온도, 연료 펠릿(38)의 물리적 연신의 범위, 및 연료봉(6)의 내부 내의 주변 압력을 포함할 수 있다. 이러한 3개의 상태는 전기 회로 장치(44)에 의해서 직접적으로 검출될 수 있고 인터로게이션 장치(48)를 통해서 전자 프로세싱 장치(16)에 통신된다. 마찬가지로 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 온도 및 연료 펠릿(38)의 연신이 다양한 방식으로 검출되고, 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 주변 압력이 다양한 방식으로 검출되는 여러 실시예가 개시된다. 이러한 특성은 제한하기 위한 것이 아님을 이해할 수 있을 것이고, 또한 본 개시 내용의 사상으로부터 벗어나지 않고도 다른 특성이 잠재적으로 검출될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 3으로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 말하자면, 전기 회로 장치(44)는, 센서로서 동작되고, 커패시터(54) 및 인덕터(56)를 포함하는 복수의 회로 구성요소를 포함하는, 공진 전기 회로(50)를 포함할 수 있다. 회로 구성요소는, 예를 들어, 커패시터(54)의 커패시턴스 및 인덕터(56)의 인덕턴스와 같은 값들 또는 특성들을 가지고, 그러한 값들 또는 특성들은 공진 전기 회로(50)에 특유의 공칭 주파수를 부여하도록 선택되고, 그러한 특유의 공진 주파수는, 인터로게이션 장치(48)에 의해서 검출될 때, 전기 회로 장치(44)가 내부에 위치되는 특정 연료봉(6)을 식별하기 위해서 이용될 수 있다.
이와 관련하여, 전기 회로 장치(44)의 복수의 예가 연료 조립체(10)의 복수의 상응하는 연료봉(6) 내에 위치될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 검출 장치(4)의 동작 중에, 인터로게이션 장치(48)는, 예를 들어, 연료 펠릿(38)의 온도 및/또는 연신, 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 주변 압력 등과 같은, 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 특성 또는 상태 중 하나 이상을 나타내는 것으로 해석될 수 있는 신호를 전기 회로 장치(44)로부터 수신하기 위해서, 전기 회로 장치(44)에 문의한다. 연료 조립체(10)는 다수의 연료봉(6)을 포함하고, 연료 조립체(10)의 연료봉(6)의 하위세트는, 내부에 위치된 상응하는 전기 회로 장치(44)를 각각 가질 수 있다. 인터로게이션 장치(48)가 그 인터로게이션 신호를 전송할 때, 여러 전기 회로 장치(44)가 그에 응답하여, 클래딩(32) 또는 상응하는 연료봉(6)을 통해서 송신되고 인터로게이션 장치(48)에 의해서 수신되는 신호를 출력할 것이다. 여러 전기 회로 장치(44)로부터의 여러 신호의 각각은 사인 주파수(signature frequency)를 제공하기 위해서 전기 회로 장치(44)의, 예를 들어, 커패시터(54) 및 인덕터(56)의 다양한 특성을 선택하는 것에 의해서 선택되는 특유의 공칭 주파수를 갖는다. 그에 따라, 전자 프로세싱 장치(16)는, 어떠한 신호가 연료 조립체(10)의 어떠한 연료봉(6)에 상응하는지를 결정하기 위해서, 여러 검출 신호의 주파수들을 이용할 수 있다.
도 3으로부터 더 이해될 수 있는 바와 같이, 전기 회로 장치(44)는, 보정 회로로서 이용될 수 있는 공진 전기 회로(60)를 부가적으로 포함한다. 즉, 공진 전기 회로(50)는 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 특성 또는 상태를 감지하는 센서 회로로서 이용될 수 있고, 공진 전기 회로(60)는, 구성요소 열화, 온도 변동, 및 기타에 대해서 공진 전기 회로(50)로부터의 신호를 보상하기 위한 보정 회로로서 이용될 수 있다. 이와 관련하여, 공진 전기 회로(60)는, 공진 전기 회로(50)의 커패시터(54) 및 인덕터(56)와 동일한 재료 특성을 갖도록 선택된 커패시터(62) 및 인덕터(66)를 포함한다. 그러나, 그리고 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 공진 전기 회로(50)는, 예를 들어, 연료 펠릿(38)의 온도 및/또는 연신, 및/또는 내부 영역(36) 내의 주변 압력과 같은, 내부 영역(36) 내에서 측정되는 상태에 노출된다. 보정 회로로서 사용될 수 있는 공진 전기 회로(60)는 일반적으로, 측정되는 상태에 노출되지 않는다. 그러한 보정은, 본원의 다른 곳에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 비율계량 분석(ratiometric analysis)을 이용하는 것에 의해서 제공된다.
도 3으로부터 더 이해될 수 있는 바와 같이, 말하자면, 인터로게이션 장치(48)는 송신기(68) 및 수신기(72)를 포함할 수 있다. 송신기(68)는 자기장 신호의 형태인 여기 펄스(74)를 출력하도록 구성되고, 그러한 여기 펄스는 인터로게이션 장치(48)가 내부에 위치되는 기구 씸블(8)의 클래딩을 통해서 송신될 수 있고 또한 연료봉(6)의 클래딩(32)을 통해서 송신될 수 있다. 그에 따라, 여기 펄스(74)는 공진 전기 회로(50 및 60)의 인덕터(56) 및 인덕터(66)에 의해서 수신될 수 있고, 그에 따라, 알려진 방식으로, 공진 전기 회로(50 및 60) 내에서 공진 전류를 유도한다. 공진 전기 회로(50 및 60) 내의 유도 전류는 공진 전기 회로(50)로부터의 응답 펄스(78) 및 공진 전기 회로(60)로부터의 응답 펄스(80)의 출력을 초래한다. 응답 펄스(78 및 80)는, 단순한 무선 주파수 신호가 아니고, 전기 회로 장치(44)로부터 클래딩(32)을 통해서 그리고 기구 씸블(8)의 클래딩을 통해서 송신될 수 있고 그에 따라 수신기(72)에서 수신될 수 있는, 자기장 신호의 형태이다.
여기 펄스(74)는 일반적으로 사인파형 구성이다. 마찬가지로, 응답 펄스(78 및 80)는 사인파형이나, 이들은 감쇠되는 사인파형 신호이고, 도 5a 및 도 5b가, 2개의 상이한 응답 펄스(78)를 나타내는 궤적의 쌍을 도시한다는 것을 주목하여야 한다. 이와 관련하여, 응답 펄스(78)의 주파수는, 온도와 같은, 연료봉(6) 내의 하나의 매개변수와 상호 연관될 수 있고, 응답 펄스(78)의 피크 진폭은, 연료 펠릿(38)이 연신과 같은, 연료봉(6) 내의 다른 매개변수에 상응할 수 있고, 응답 펄스 속도(78)의 감쇠율은, 내부 영역(36) 내의 주변 압력과 같은, 연료봉(6) 내의 또 다른 매개변수와 상호 연관될 수 있다. 따라서, 응답 펄스(78)는, 전기 회로 장치(44)가 내부에 위치되는 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 복수의 매개변수 또는 상태와 상호 연관될 수 있다.
응답 펄스(78 및 80)의 전술한 비율계량 분석은 전형적으로, 구성요소 열화 및 온도 변동의 영향을 제거하기 위해서, 응답 펄스(78) 대 응답 펄스(80)의 또는 그 반대의 비율을 취하는 것을 포함한다. 예를 들어, 공진 전기 회로(50 및 60)가 시간 경과에 따라 열화될 수 있고, 그에 따라 그로부터 출력되는 신호에 영향을 미칠 수 있다. 마찬가지로, 공진 전기 회로(50 및 60)로부터 출력되는 신호는 핵 반응로(12)의 온도에 따라 달라질 수 있다. 이러한 인자를 보상하기 위해서, 공진 전기 회로(50) 및 공진 전기 회로(60)가 시간에 걸쳐 실질적으로 동일한 비율로 열화되는 것으로 가정한다. 또한, 공진 전기 회로(50 및 60)는 핵 반응로(12)의 내부 내의 동일한 전반적인 즉, 전체적인 온도에 노출될 것이다. 예를 들어 주파수의 비율과 같은, 응답 펄스(78 및 80)의 비율을 취하는 것에 의해서, 그리고 데이터 표(30)에서 온도, 연신, 및/또는 압력의 상응하는 값을 참조하기 위해서 그러한 비율을 이용하는 것에 의해서, 공진 회로(50) 내의 구성요소 열화 및 온도 변동의 개별적인 영향이 제거된다. 이러한 것은, 공진 전기 회로(50 및 60) 모두가 동일한 구성요소 열화 및 온도 변동을 겪는다고 가정하는 것으로 인해서, 비율계량 신호가 구성요소 열화 및 온도 변동과 독립적이기 때문이다.
도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 전기 회로 장치(44)는, 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내에 위치되는 연신 송신 장치(84)를 더 포함한다. 연신 송신 장치(84)는, 도시된 예시적인 실시예에서 세라믹 재료로 형성되고 연료 펠릿(38)의 적층체에 대항하여(against) 접경되는 지지부(86)를 포함한다. 지지부(86)는 그 내부에 형성된 수용부(87)를 가지고, 연신 송신 장치(84)는, 페라이트 봉(88) 형태이고 수용부(87) 내에 수용되는 세장형 요소를 더 포함한다. 인덕터(56)는, 주위에 위치된 코일(90), 및 세라믹 재료로 형성되는 관(92)의 외부 표면을 포함한다. 관(92)은 내부(94)를 가지고, 그러한 내부(94) 내에는 지지부(86)에 대향되는 페라이트 봉(88)의 단부가 수용될 수 있다.
연료 펠릿(38)의 온도가 증가됨에 따라, 연료 펠릿은 팽창되고, 그에 따라 연료 펠릿(38)은 지지부(86)를 그리고 그에 따라 페라이트 봉(88)을 도 4의 우측 방향으로 밀고, 그에 따라 내부(94) 내에서 비교적 더 큰 범위까지 수용되게 하며, 이는 인덕터(56)의 인덕턴스를 변경한다. 인덕터(56)의 인덕턴스의 그러한 변경은 공진 전기 회로(50)의 주파수를 조정하고, 이는, 여기 펄스(74)가 공진 전기 회로(50) 내의 전기 공진을 여기시킬 때, 검출될 수 있다. 그에 따라, 공진 전기 회로(50)로부터의 응답 펄스(78)는, 연료 펠릿(38)의 연신의 범위를 나타내는 주파수를 갖는다. 응답 펄스(78 및 80)는 수신기(72)에 의해서 수신되고, 수신기(72)는 그에 응답하여 다수의 신호를 전자 프로세싱 장치(16)로 전송한다. 전자 프로세싱 장치(16)는 응답 펄스(78 및 80)의 또는 그 반대의 비율을 이용하여, 데이터 표(30)로부터, 응답 펄스(78 및 80)의 사인 공칭 주파수를 기초로, 전기 회로 장치(44)가 내부에 위치되는 연료봉(6)의 신원을 검색하고, 부가적으로 데이터 표(30)로부터, 응답 펄스(78)에 의해서 예시된 바와 같은 연료 펠릿(38)의 연신의 범위에 상응하는 값을 검색한다. 이어서, 이러한 데이터는, 예를 들어, 핵 반응로(12)의 주 데이터 모니터링 시스템 내로, 또는 다른 곳으로 전송될 수 있다.
이와 관련하여, 공진 전기 회로(60)에 의해서 표시되는 보정 회로는 여러 연료봉(6)의 내부 내의 연료 연신, 중심선 연료 온도, 및 주변 압력과 같은 특성 또는 상태의 검출에 있어서 매우 중요한 것이 아님을 주목하여야 한다. 따라서, 보정 회로(60)는 본질적으로 선택적인 것이고, 데이터 수집 동작을 단순화하기 위해서 그리고 구성요소 열화 및 온도 변동과 관련된 한계를 극복하기 위해서 이용될 수 있으나, 보정 회로(60)는 검출 장치(4)의 동작에 필수적인 것으로 간주되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 개시 내용의 사상으로부터 벗어나지 않고도, 본원의 다른 곳에서 설명되는 여러 다른 실시예에서 여러 가지 다른 유형의 전기 회로 장치가 보정 회로를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 보정 회로(60)가 전기 회로 장치(44)와 관련하여서만 설명되었다는 것을 주목하여야 하지만, 본원의 다른 전기 회로 장치의 임의의 다른 실시예가 그러한 보정 회로를 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 바와 같이, 응답 펄스(78)는, 피크 진폭, 주파수, 및 감쇠율과 같은 특성을 가지는 감쇠되는 사인 파동이다. 도 5a는 하나의 그러한 응답 펄스(78)의 궤적(96A)을 도시하고, 도 5b는 다른 그러한 응답 펄스(78)의 다른 궤적(96B)을 도시한다. 도 5a 및 도 5b로부터, 도 5a의 궤적은 도 5b의 궤적(96B)보다 더 큰 피크 진폭, (도 5b의 주기(98B)에 비해서 더 짧은 주기(98A)에 의해서 표시되는 바와 같은) 더 큰 주파수를 가지고, 추가적으로 더 큰 감쇠율을 갖는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 온도, 압력, 및 연신 중 임의의 하나가 궤적(96A 및 96B) 중 어느 하나의 주파수로부터 직접적으로 측정될 수 있지만, 복수의 그러한 매개변수가, 예를 들어, 루틴(28) 및 데이터 표(30)의 구성에 따라서, 각각의 그러한 궤적(96A 및 96B)으로부터 동시에 유도될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 말하자면, 코일(90)에 대한 페라이트 봉(88)의 상대적인 이동으로 인해서, 연료 펠릿(38)의 연신이 인덕터(56)의 인덕턴스 값에 영향을 미칠 수 있다. 이는, 공진 전기 회로(50)에 의해서 출력되는 그리고 그에 따라 루틴(28) 및 데이터 표(30)의 이용을 통해서 전자 프로세싱 장치(16)에 의해서 검출될 수 있는, 응답 펄스(78)의 주파수에 영향을 미친다.
도 6은 개시되고 청구된 개념의 제2 실시예에 따른 개선된 전기 회로 장치(144)를 도시한다. 전기 회로 장치(144)는 커패시터(154) 및 인덕터(156)를 가지는 공진 전기 회로(150)를 포함하고, 그에 따라 전기 회로 장치(44)와 기능이 유사하다. 그러나, 전기 회로 장치(144)는, 연료봉(6) 내의 중심선 연료 펠릿 온도의 측정을 가능하게 하는 온도 전송 장치(184)를 포함한다. 구체적으로, 온도 전송 장치(184)는, 수용부(187)가 내부에 형성되도록 변경된, 변경 연료 펠릿(186)을 포함한다. 온도 전송 장치(184)는, 세장형 요소이고 수용부(187) 내에 수용되는 텅스텐 봉(189)을 더 포함한다. 세장형 요소(189)가 본원에서 설명된 예시적인 실시예에서 텅스텐으로 형성되는 것으로 도시되었지만, 몰리브덴 및 기타와 같은 매우 다양한 다른 내화 금속 및 합금 중 임의의 것이 텅스텐 대신 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 온도 전송 장치(184)는, 텅스텐 봉(189)에 대항하여 접경되는 페라이트 봉(188)을 더 포함하고, 텅스텐 봉(189)이 변경 연료 펠릿(186)과 접경된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 인덕터(156)는, 페라이트 봉(188) 위에 직접 배치되는 코일(190)을 포함한다.
동작 중에, 연료 펠릿(38) 및 변경 연료 펠릿(186)에 의해서 생성된 열은 텅스텐 봉(189)을 통해서 그리고 그 후에 페라이트 봉(188)을 통해서 전도되고, 그에 의해서 페라이트 봉(188)의 온도가 연료 펠릿(38) 및 변경 연료 펠릿(186)의 온도에 상응하게 한다. 페라이트 봉(188)의 투과율은 온도에 따라 변화되고, 온도에 따른 투과율의 변화는 도 7에서 전반적으로 도시된 그래프에서 표시되어 있다. 도 7의 그래프의 일부는 원으로 둘러 싸여 있고, 변경 연료 펠릿(186)으로부터의 열이 텅스텐 봉(189)에 의해서 페라이트 봉(188)으로 전달된 후의 페라이트 봉(188)에서 전형적으로 나타나는 온도를 나타내고, 도 7의 표시된 위치에서의 곡선의 경사도로 인해서, 페라이트 봉(188)의 온도와 그 투과율 사이의 상호 관계를 나타낸다.
주목한 바와 같이, 온도에 따라 달라지는 페라이트 봉(188)의 투과율은 인덕터(156)의 인덕턴스에 영향을 미치고, 결과적으로, 공진 회로(150)에 의해서 출력되는 응답 펄스(78)의 주파수는 페라이트 봉(188)의 투과율에 따라 직접적으로 변경되고 그에 따라 연료 펠릿(38) 및 변경 연료 펠릿(186)의 온도에 따라 직접적으로 변경된다. 따라서, 연료 펠릿(38) 및 변경 연료 펠릿(186)의 온도는, 루틴(28) 및 응답 펄스(78)의 검출된 주파수에 상응하는 온도에 관한 데이터 표(30)로부터의 검색의 이용을 통해서, 공진 전기 회로(150)에 의해서 출력되는 응답 펄스(78)를 검출하는 것에 의해서 측정될 수 있다.
개시되고 청구된 개념의 제3 실시예에 따른 개선된 전기 회로 장치(244)가 도 8에 도시되어 있고, 전기 회로 장치(44)와 유사한 방식으로 연료봉 내에서 이용될 수 있다. 전기 회로 장치(244)는 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내에 수용될 수 있고, 변경 연료 펠릿(286)의 세트의 온도를 검출하는 공진 전기 회로(250) 및 온도 전송 장치(284)를 포함한다. 변경 연료 펠릿(286) 각각은 내부에 수용부(287)가 형성된다. 온도 전송 장치(284)는, 핵 반응로(12)의 동작 중에 액체인 소정량의 액체 금속(291)을 포함한다. 온도 전송 장치(284)는 페라이트 봉(288)을 더 포함하고, 페라이트 봉(288)은 액체 금속(291)과 결합되고, 그 위에서 부표 방식으로 부유되며, 공진 전기 회로(250)의 인덕터(256)의 코일(290)의 내부 내에 수용될 수 있다. 액체 금속(291)은, 변경 연료 펠릿(286)의 온도 증가 및 감소에 따라 각각 팽창 및 수축한다. 그에 따라, 코일(290)에 대한 페라이트 봉(288)의 위치는 변경 연료 펠릿(286)의 중심선 온도에 직접적으로 의존한다. 코일(290)에 대한 페라이트 봉(288)의 그러한 위치는 인덕터(256)의 인덕턴스에 영향을 미치고, 그에 따라 그에 상응하게 공진 전기 회로(250)의 주파수에 영향을 미친다. 그에 따라, 공진 전기 회로(250)에 의해서 생성되는 응답 펄스(78)는 수신기(72)에 의해서 수신될 수 있고 전자 프로세싱 장치(16)로 통신되며, 루틴(28) 및 데이터 표(30)를 이용하여 변경 연료 펠릿(286)의 그리고 그에 따라 상응하는 연료봉(6)의 상응 온도를 결정한다.
도 9는 개시되고 청구된 개념의 제4 실시예에 따른 개선된 전기 회로 장치(344)를 도시한다. 전기 회로 장치(344)는 연료봉(6)의 내측에서 이용될 수 있고, 공진 전기 회로(350) 및 압력 전송 장치(385)를 포함한다. 압력 전송 장치(385)는 연료봉(6)의 내부 내의 주변 압력의 측정을 가능하게 하도록 구성되고, 연료 펠릿(338)의 적층체와 접경되는 지지부(386)를 포함한다. 압력 전송 장치(385)는 페라이트 봉(388) 및 벨로우즈(393) 형태의 용기를 더 포함하고, 그러한 벨로우즈(393) 형태의 용기는 중공형 공동(395)을 가지고 추가적으로 내부에 형성된 복수의 주름부(396)를 갖는다. 중공형 공동(395)은 개방되고 그에 따라 연료봉(6)의 내부 영역과 유체 연통된다. 또한, 페라이트 봉(388)에 대향되는 벨로우즈(393)의 단부는 지지부(386)에 부착된다.
공진 전기 회로(350)는 커패시터(354)를 포함하고, 코일(390)을 가지는 인덕터(356)를 더 포함하고, 그러한 코일은 페라이트 봉(388)이 내부에 수용될 수 있는 내부(394)를 가지는 중공형 관(392)의 외측부 주위에 형성된다. 벨로우즈(393) 및 페라이트 봉(388)은 지지부(386) 상에 이동 가능하게 수용되고, 스프링에 의해서 일반적으로 연료 펠릿(338)을 향하는 방향으로 편향된다.
관련 기술에서 이해될 수 있는 바와 같이, 핵 반응로(12)가 동작될 때, 하나 이상의 희가스를 포함하는 핵분열 가스가 생성된다. 그러한 핵분열 가스는 연료봉(6)의 내부 영역 내의 주변 압력을 높인다. 중공형 공동(395)이 연료봉(6)의 내부 영역과 유체 연통되기 때문에, 내부 영역(36)의 증가된 압력은 중공형 공동(395) 내의 벨로우즈(393) 상으로 가해지고 벨로우즈(393)가 축방향으로 팽창되게 하며, 그에 의해서 페라이트 봉(388)을 코일(390)에 대해서 이동시키고 그에 의해서 인덕터(356)의 인덕턴스에 영향을 미친다. 그에 따라, 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 주변 압력의 증가는 벨로우즈(393)를 팽창시키고, 그에 의해서 결과적으로 페라이트 봉(388)은 코일(390) 내로 추가적으로 더 수용되며, 이는 인덕터(356)의 인덕턴스의 상응하는 변화를 초래한다.
인덕터(356)의 인덕턴스의 상응하는 변화는 공진 전기 회로(350)의 주파수에 예측 가능한 방식으로 영향을 미치고, 그에 따라 마찬가지로 공진 전기 회로(350)에 의해서 출력되는 응답 펄스(78)의 주파수에 영향을 미친다. 결과적으로, 공진 전기 회로(350)로부터의 응답 펄스(78)가 수신기(72)에 의해서 수신되고 전자 프로세싱 장치(16)로 통신될 때, 루틴(28) 및 데이터 표(30)를 이용하여 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 주변 압력에 대한 상응하는 값을 획득한다. 이어서, 주변 압력에 대한 그러한 값은, 핵 반응로(12)의 기업 데이터 시스템에 통신될 수 있다.
개시되고 청구된 개념의 제5 실시예에 따른 개선된 전기 회로 장치(444)가 도 10에 전반적으로 도시되어 있다. 전기 회로 장치(444)는 연료봉(6)의 내부 영역(436) 내에 위치되고, 커패시터 및 인덕터(456)를 포함하는 공진 전기 회로(450)를 포함한다.
전기 회로 장치(444)는, 도시된 예시적인 실시예에서 나사선형 형상으로 형성된 중공형 관을 포함하는 부르동 관(Bourdon tube)(493) 형태의 용기를 포함하는 압력 전송 장치(485)를 더 포함한다. 부르동 관(493)의 중공형 관은, 유입구(497)가 부르동 관(493)의 단부에 형성되고 그에 따라 부르동 관(493)의 내부와 유체 연통되게 하는 것을 제외하고, 중공형 공동(495)을 형성한다. 더 구체적으로, 전기 회로 장치(444)는, 유입구(497)에 인접한 부르동 관(493)의 연부들 사이에서 연장되고 연료봉(6)의 내부 영역(436)의 내부 표면까지 연장되는 밀봉부 형태의 지지부(486)를 더 포함한다. 그에 따라, 지지부(486)는 내부 영역(436)을 다수의 연료 펠릿(438)이 내부에 위치되는 주 부분(481), 및 부르동 관(493) 및 인덕터(456)가 내부에 위치되는 하위-영역(483)으로 분할한다. 부르동 관(493)은 또한 지지부(486) 상에서 지지된다. 지지부(486)는, 부르동 관(493)의 내부와 주 부분(481) 사이의 유체 연통을 허용하는 유입구(497)를 제외하고, 주 부분(481)과 하위-영역(483) 사이의 유체 연통을 저지한다.
압력 전송 장치(485)는, 유입구(497)에 대향되는 단부에서 부르동 관(493) 위에 위치되는 페라이트 봉(488)을 더 포함한다. 인덕터(456)는 코일(490)을 포함하고, 코일(490)과 관련된 페라이트 봉(488)의 이동은 인덕터(456)의 인덕턴스를 변화시키고, 그에 따라 내부 영역(436)의 주 부분(481) 내의 주변 압력에 상응하게, 전기 회로 장치(444)에 의해서 생성되는 응답 펄스(78)의 주파수를 변화시킨다. 더 구체적으로, 핵분열 가스가 내부 영역(436)의 주 부분(481) 내에 축적됨에 따라, 주 부분(481) 내의 주변 압력이 증가되고, 그에 따라 부르동 관(493)의 중공형 공동(495) 내의 주변 압력이 증가된다. 주 부분(481)에서 발생되는 증가된 주변 압력이 하위-영역(483)에서는 발생되지 않기 때문에, 부르동 관(493)의 중공형 공동(495) 내의 주변 압력의 증가는 부르동 관(493)의 팽창 및 결과적인 화살표(499) 방향을 따른 코일(490)에 대한 페라이트 봉(488)의 이동을 초래한다. 이는, 전기 회로 장치(444)에 의해서 생성되는 응답 펄스(78)의 주파수의 상응하는 변화를 초래한다.
따라서, 내부 영역(436)의 주 부분(481) 내의 주변 압력의 변화가 인덕터(456)의 인덕턴스의 변화, 및 공진 전기 회로(450)의 공칭 주파수의 상응하는 변화, 그리고 전기 회로 장치(444)에 의해서 생성되는 응답 펄스(78)의 주파수의 결과적인 변화를 초래한다. 그러한 응답 펄스(78)가 수신기(72)에 의해서 수신될 때, 상응하는 신호가 전자 프로세싱 장비(16)로 통신되고, 루틴(28) 및 데이터 표(30)를 이용하여, 희망하는 바에 따라 출력을 위한 내부 영역(436) 내의 주변 압력에 대한 상응하는 값을 획득한다.
개시되고 청구된 개념의 제6 실시예에 따른 개선된 전기 회로 장치(544)가 도 11에 전반적으로 도시되어 있다. 전기 회로 장치(544)는, 부르동 관(593)이 중공형 공동(595)을 가지는 용기로서 이용된다는 점에서, 전기 회로 장치(444)와 유사하다. 그러나, 전기 회로 장치(544)에서, 부르동 관(593)은 페라이트 봉(588)에 대향되는 단부에서 플러그(597)를 포함하고, 그에 따라 부르동 관의 중공형 공동(595)은 연료봉(6)의 내부 영역(536)과 유체 연통되지 않고, 내부 영역(536) 내의 주변 압력의 증가는 부르동 관(593)이 수축되게 한다. 부르동 관(493)은 플러그(597)에 근접하여 지지부(586) 상에서 지지되고 내부 영역(536) 내의 증가된 주변 압력으로 인한 부르동 관(493)의 수축은 페라이트 봉(588)을 화살표(599)의 방향으로 코일(590)에 대해서 이동시킨다.
전기 회로 장치(544)는, 커패시터 및 인덕터(556)를 가지는 공진 전기 회로(550)를 포함하고, 인덕터(556)의 코일(590)에 대한 페라이트 봉(588)의 이동은 인덕터(556)의 인덕턴스를 변화시키고, 그에 따라 공진 전기 회로(550)의 공칭 주파수를 변화시킨다. 그에 따라, 전기 회로 장치(544)는, 압력 전송 장치(585)가 부르동 관(593)을 포함한다는 것을 제외하고, 압력 전송 장치(485)와 유사한 압력 전송 장치(585)를 포함하고, 그러한 부르동 관(593)의 중공형 공동(595)은 내부 영역(536)과 유체 연통되지 않고 그에 따라 내부 영역(536) 내에 증가된 주변 압력이 존재할 때 수축된다.
개시되고 청구된 개념의 제7 실시예에 따른 개선된 전기 회로 장치(644)는 커패시터(654) 및 인덕터를 가지는 공진 전기 회로(650)를 포함한다. 커패시터(654)는, 유전체 재료(653)에 의해서 분리되는 판(652A 및 652B)의 쌍을 포함한다. 전기 회로 장치(644)는, 주파수가 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 주변 압력의 변화에 응답하여 조정되는 응답 펄스(78)를 출력하기 위해서, 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내에 수용될 수 있다.
더 구체적으로, 유전체(653)는 본질적으로 흡습적이고, 핵 반응로(12)의 동작 중에 생성되는 핵분열 가스의 적어도 일부를 흡수하도록 구성된다. 유전체(653)에 의한 그러한 핵분열 가스의 흡수는 유전체(653)의 유전 상수를 변화시키고, 이는 커패시터(654)의 커패시턴스를 조정하고, 공진 전기 회로(650)에 의해서 생성되는 응답 펄스(78)의 주파수에 상응하게 영향을 미친다. 따라서, 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 주변 압력의 변화는 커패시터(654)의 커패시턴스에 상응하게 영향을 미치고, 그에 따라 마찬가지로, 공진 전기 회로(650)에 의해서 생성되는 응답 펄스(78)의 주파수에 상응하게 영향을 미친다. 응답 펄스(78)가 수신기(72)에 의해서 수신될 때, 수신기(72)는 그에 응답하여, 전기 회로 장치(644)가 내부에 위치되는 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 주변 압력에 대한 값을 획득하고 출력하기 위해서 데이터 표(30)와 함께 루틴(28)에 의해서 이용되는 신호를, 전자 프로세싱 장치(16)에 제공한다.
개시되고 청구된 개념의 제8 실시예에 따른 전기 회로 장치(744)가, 연료봉(6)의 내부 영역(736) 내에 위치되는 것으로 도 13에서 전반적으로 도시되어 있다. 전기 회로 장치는, 커패시터(754) 및 인덕터(756)를 포함하는 공진 전기 회로(750)를 포함한다.
전기 회로 장치(744)는, 커패시터(756)가 정지적인 방식으로 위에 배치되는 지지부(786)를 포함하고 가요성 밀봉부(782)를 더 포함하는 압력 전송 장치(785)를 포함한다. 더 구체적으로, 커패시터(754)는, 유전체 재료(753)가 사이에 개재된, 판(752A 및 752B)의 쌍을 포함한다. 판(752A)은 지지부(786) 상에 위치되고, 가요성 밀봉부는 판(752B)과 연료봉(6)의 내부 표면 사이에서 연장되어, 내부 영역(736)을, 다수의 연료 펠릿(738)이 내부에 위치되는 주 부분(781), 그리고 인덕터(756), 판(752A) 및 지지부(786), 및 유전체(753)가 내부에 위치되는 하위-영역(783)으로 분할한다. 지지부(786)는 강성이지만 내부에 형성된 다수의 개구부를 가지며, 그에 따라 주 부분(781) 내의 주변 압력의 증가 또는 감소는 지지부(786)에 대한 가요성 밀봉부(782)의 이동을 초래할 것이다. 그에 따라, 가요성 밀봉부(782)는, 핵분열 가스가 생성되는 위치인 주 부분(781)과 하위-영역(783) 사이의 유체 연통을 저지한다.
주 부분(781) 내의 주변 압력의 변화가 주 부분(781) 내에서 발생될 때, 이는 가요성 밀봉부(782) 및 판(752B)이 판(752A)에 대해서 이동되게 하고, 지지부(786) 상에 위치되는 판(752A)은 정지적으로 유지된다. 유전체 재료(753)는, 판(752A)에 대한 판(752B)의 이동에 응답하여 적어도 부분적으로 가요성이 되도록 구성된다. 그러나, 판(752A)에 대한 판(752B)의 그러한 이동은 커패시터(754)의 커패시턴스의 변화를 초래한다. 이는, 주 부분(781) 내의 주변 압력의 변화의 결과로서 공진 전기 회로(750)에 의해서 생성되는 응답 펄스(78)의 주파수의 상응하는 변화를 초래한다. 따라서, 내부 영역(736)의 주 부분(781) 내의 주변 압력의 변화는, 수신기(72)에 의해서 수신되는 응답 펄스(78)의 주파수를 상응하게 변화시키고, 그러한 수신기는 결과적으로 신호를 전자 프로세싱 장치(16)에 통신한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이어서, 전자 프로세싱 장치(16)는 그 루틴(28) 및 그 데이터 표(30)를 이용하여, 응답 펄스(78)의 주파수에 상응하고 내부 영역(736)의 주 부분(781) 내의 주변 압력을 나타내는 압력 값을 결정한다.
그에 따라, 연료 조립체(10)의 여러 연료봉(6) 내의 주변 압력, 중심선 연료 펠릿 온도, 및 연료 펠릿 연신과 같은 매개변수를 직접적으로 측정할 수 있는, 다양한 전기 회로 장치가 제공될 수 있다. 앞서 주목한 바와 같이, 임의의 전기 회로 장치가, 구성요소 열화 및 온도 변동을 보상하기 위해서 이용될 수 있는 보정 회로를 포함할 수 있다. 연료봉(6)의 내부 영역 내의 중심선 연료 펠릿 온도, 연료 펠릿 연신, 및 주변 압력과 같은 매개변수의 직접적인 측정에 더하여, 연료봉(6)의 복수의 동일한 매개변수를 간접적으로 그리고 동시에 표시하기 위해서, 특정 상황에서 응답 펄스(78)가 그 피크 진폭, 주파수, 및 감쇠율과 관련하여 분석될 수 있는 것이 반복된다. 다른 변형도 명확할 것이다.
본 발명의 특정 실시예를 구체적으로 설명하였지만, 당업자는, 개시 내용의 전체 교시 내용의 검토로부터, 그러한 구체적인 내용에 대한 다양한 변경 및 대안이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 특별한 실시예가 단지 예시적인 것임을 의미하고, 첨부된 청구항 그리고 그 임의의 균등물 및 모든 균등물의 전체 범위로 주어지는 본 발명의 범위와 관련하여 비제한적인 것임을 의미한다.
Claims (20)
- 연료 조립체의 복수의 연료봉 중의 연료봉과 함께 이용될 수 있는 검출 장치이며, 연료봉은 내부 영역을 갖는 클래딩을 가지며, 연료봉은 핵 반응로 내에 위치되고, 검출 장치는 반응로의 외측에 위치된 전자 프로세싱 장치와 협력할 수 있고, 검출 장치는:
클래딩의 외측에 그리고 연료봉에 근접하여 핵 반응로의 내측에 배치되도록 구조화되고 여기 펄스를 생성하도록 그리고 여기 펄스를 클래딩을 통해서 내부 영역 내로 송신하도록 구조화된 송신기;
내부 영역 내에서 지지되도록 그리고 여기 펄스에 응답하여 응답 펄스를 생성하도록 그리고 내부 영역으로부터 그리고 클래딩을 통해서 이동되도록 구조화된 자기장 신호 형태의 응답 펄스를 송신하도록 구조화된 공진 전기 회로를 갖는 전기 회로 장치로서, 응답 펄스의 특성이 연료봉의 상태를 나타내는, 전기 회로 장치; 및
클래딩 외측에서 그리고 연료봉에 근접하여 핵 반응로 내에서 지지되도록 구조화되는 수신기로서, 응답 펄스를 수신하도록 그리고 응답 펄스에 응답하는 출력을 전자 프로세싱 장치에 통신하도록 구조화되는, 수신기를 포함하는, 검출 장치. - 제1항에 있어서,
공진 전기 회로는 핵 연료봉의 플리넘 내에서 지지되는, 검출 장치. - 제2항에 있어서,
응답 펄스의 특성은 중심-선 연료 펠릿 온도를 나타내는, 검출 장치. - 제2항에 있어서,
응답 펄스의 특성은 연료 펠릿 연신을 나타내는, 검출 장치. - 제2항에 있어서,
응답 펄스의 특성은 내부 영역 내의 압력을 나타내는, 검출 장치. - 제2항에 있어서,
응답 펄스의 특성은 연료봉의 복수의 상태를 나타내는, 검출 장치. - 제1항에 있어서,
공진 전기 회로는, 응답 펄스가, 응답 펄스가 방출되는 연료봉을 식별하기 위해서 이용될 수 있는 특유의 주파수를 응답 펄스가 가지도록 하는 값이 선택되는 복수의 회로 구성요소를 포함하는, 검출 장치. - 제1항에 있어서,
전기 회로 장치는, 내부 영역 내에서 지지되도록 구성되고 여기 펄스에 응답하여 보정 신호를 생성하도록 그리고 내부 영역으로부터 클래딩을 통해서 이동되도록 구조화된 다른 자기장 신호 형태의 보정 신호를 송신하도록 구조화된 보정 회로를 더 포함하고, 다른 자기장 신호는 수신기에 의해서 수신될 수 있고 구성요소 열화 또는 온도 변동과 연관된 임의의 신호 변화에 대해서 수신기에 의해서 수신되는 응답 펄스를 교정하기 위해서 이용될 수 있는, 검출 장치. - 제1항에 있어서,
공진 전기 회로는 커패시터를 포함하는 복수의 회로 구성요소를 포함하고, 커패시터는 커패시턴스를 가지고, 커패시턴스는 연료봉의 상태에 응답하여 달라지도록 구조화되고, 상태의 변화에 응답하여, 응답 펄스가 상기 상태에 따라 달라지는 주파수를 가지게 하도록 구조화되는, 검출 장치. - 제9항에 있어서,
커패시터는 이동 가능 판 및 정지적 판을 포함하고, 이동 가능 판은 내부 영역 내의 주변 압력의 변화에 응답하여 정지적인 판에 대해서 이동되어, 커패시턴스를 변경하도록 그리고 결과적으로 응답 펄스가 주변 압력에 따라 달라지는 주파수를 가지게 하도록 구조화되는, 검출 장치. - 제1항에 있어서,
공진 전기 회로는 코일을 가지는 인덕터를 포함하는 복수의 회로 구성요소를 포함하고, 인덕터는 인덕턴스를 가지고, 인덕턴스는 연료봉의 상태에 응답하여 달라지도록 구조화되고, 상태의 변화에 응답하여, 응답 펄스가 상기 상태에 따라 달라지는 주파수를 가지게 하도록 구조화되는, 검출 장치. - 제11항에 있어서,
연료봉은 내부 영역 내에 위치되는 다수의 연료 펠릿을 가지고, 상기 상태는 연료봉의 중심-선 연료 펠릿 온도이고, 전기 회로 장치는, 세장형이고 적어도 부분적으로 강자성 재료로 형성되는 요소를 포함하는 온도 전송 장치를 더 포함하고, 상기 요소의 적어도 일부가 코일 내에 수용될 수 있고, 코일 내에 수용될 수 있는 상기 요소의 적어도 일부는 상기 상태에 따라 달라지고 그에 따라 인덕턴스가 상태의 변화에 응답하여 달라지게 하는, 검출 장치. - 제12항에 있어서,
온도 전송 장치는 소정량의 금속을 더 포함하고, 상기 요소는 소정량의 금속과 결합되고, 소정량의 금속은 중심-선 연료 펠릿 온도의 증가 및 감소에 따라 각각 열 팽창 및 열 수축되도록 구조화되고, 상기 요소는 열 팽창 및 열 수축된 소정량의 금속에 의해서 코일에 대해서 이동됨으로써 상기 상태의 변화에 응답하여 인덕턴스가 달라지게 하도록 구조화되는, 검출 장치. - 제13항에 있어서,
소정량의 금속은 핵 반응로의 동작 중에 액체 상태이고, 상기 요소는 소정량의 금속 위에서 부유하고, 상기 요소는 열 팽창 및 열 수축되는 소정량의 금속에 의해서 코일에 대해서 부표식으로 이동되도록 구조화되는, 검출 장치. - 제11항에 있어서,
상기 상태는 내부 영역 내의 주변 압력이고, 전기 회로 장치는, 세장형이고 적어도 부분적으로 강자성 재료로 형성되는 요소를 포함하는 압력 표시 장치를 더 포함하고, 상기 요소의 적어도 일부가 코일 내에 수용될 수 있고, 코일 내에 수용될 수 있는 상기 요소의 적어도 일부는 상기 상태에 따라 달라지고 그에 따라 인덕턴스가 상태의 변화에 응답하여 달라지게 하는, 검출 장치. - 제15항에 있어서,
압력 표시 장치는, 내부 영역과의 유체 연통을 저지하기 위해서 밀봉되는 중공형 공동을 가지는 용기를 더 포함하고, 용기는 내부 영역 내에서 지지되도록 구조화되고 내부 영역 내의 주변 압력의 증가 및 감소에 각각 응답하여 수축 및 팽창되도록 구조화되며, 용기 상에 위치된 상기 요소는 수축 및 팽창이 발생된 용기에 의해서 코일에 대해서 이동됨으로써 인덕턴스가 상기 상태의 변화에 응답하여 달라지게 하도록 구조화되는, 검출 장치. - 제16항에 있어서,
용기는 다수의 주름부가 내부에 형성된 벨로우즈인, 검출 장치. - 연료 조립체의 복수의 연료봉 중의 연료봉의 상태를 검출하는 방법으로서, 연료봉은 내부 영역을 갖는 클래딩을 가지며, 연료봉은 핵 반응로 내에 위치되는, 방법이며:
상기 상태를 검출하기 위해서 검출 장치를 이용하는 단계를 포함하고, 검출 장치는 핵 반응로의 외측에 위치된 전자 프로세싱 장치와 협력할 수 있고, 검출 장치는, 클래딩의 외부에 그리고 연료봉에 근접하여 핵 반응로의 내부에 배치되는 송신기, 내부 영역 내에서 지지되는 공진 전기 회로를 가지는 전기 회로 장치, 및 클래딩 외측에서 그리고 연료봉에 근접하여 핵 반응로 내에서 지지되는 수신기를 가지며; 상기 이용하는 단계는:
송신기를 이용하여 여기 펄스를 생성하고 여기 펄스를 클래딩을 통해서 그리고 내부 영역 내로 송신하는 단계;
전기 회로 장치를 이용하여 여기 펄스에 응답하여 응답 펄스를 생성하고 응답 펄스를 자기장 신호의 형태로 내부 영역으로부터 클래딩을 통해서 송신하는 단계;
연료봉의 상태를 나타내는 특성을 가지도록 응답 펄스를 생성하는 단계; 및
수신기에서 응답 펄스를 수신하고 응답 펄스에 응답하는 출력을 전자 프로세싱 장치에 통신하는 단계를 포함하는, 방법. - 제18항에 있어서,
전기 회로 장치는, 내부 영역 내에서 지지되는 보정 회로를 더 가지고,
보정 회로를 이용하여 여기 펄스에 응답하여 보정 신호를 생성하고 보정 신호를 다른 자기장 신호의 형태로 내부 영역으로부터 클래딩을 통해서 송신하는 단계;
다른 자기장 신호를 수신기에서 수신하는 단계; 및
수신기에 의해서 수신된 응답 펄스를 구성요소 열화 또는 온도 변동과 연관된 임의의 신호 변화에 대해서 교정하기 위해서, 수신기에서 수신된 다른 자기장 신호를 이용하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제19항에 있어서,
수신기에서 수신된 다른 자기장 신호를 이용하는 단계가:
비율을 결정하기 위해서 응답 펄스의 특성 및 보정 신호의 다른 특성을 이용하는 단계; 및
상기 상태에 대한 상응하는 값을 저장부로부터 검색하기 위해서 상기 비율을 이용하는 단계를 포함하는, 방법.
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