KR20210102464A - 온도 종속적 중성자 포획 단면을 갖는 재료를 이용하는 온도 측정 센서 - Google Patents

온도 종속적 중성자 포획 단면을 갖는 재료를 이용하는 온도 측정 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20210102464A
KR20210102464A KR1020217024636A KR20217024636A KR20210102464A KR 20210102464 A KR20210102464 A KR 20210102464A KR 1020217024636 A KR1020217024636 A KR 1020217024636A KR 20217024636 A KR20217024636 A KR 20217024636A KR 20210102464 A KR20210102464 A KR 20210102464A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor
neutron detector
temperature
emitter
neutron
Prior art date
Application number
KR1020217024636A
Other languages
English (en)
Inventor
마이클 디 하이벨
Original Assignee
웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨 filed Critical 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨
Publication of KR20210102464A publication Critical patent/KR20210102464A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T3/00—Measuring neutron radiation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T3/00—Measuring neutron radiation
    • G01T3/006—Measuring neutron radiation using self-powered detectors (for neutrons as well as for Y- or X-rays), e.g. using Compton-effect (Compton diodes) or photo-emission or a (n,B) nuclear reaction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T3/00—Measuring neutron radiation
    • G01T3/02—Measuring neutron radiation by shielding other radiation
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/10—Structural combination of fuel element, control rod, reactor core, or moderator structure with sensitive instruments, e.g. for measuring radioactivity, strain
    • G21C17/112—Measuring temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/30—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of the effect of a material on X-radiation, gamma radiation or particle radiation
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/10—Structural combination of fuel element, control rod, reactor core, or moderator structure with sensitive instruments, e.g. for measuring radioactivity, strain
    • G21C17/108—Measuring reactor flux
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

핵 반응기에서의 이용을 위한 온도 측정 센서(10)가 설명되고, 제1 중성자 검출기 부재(12) 및 제2 중성자 검출기 부재(42)를 포함하고, 여기서, 제1 중성자 검출기 부재(12)는 제1 전류 신호를 출력하고, 제2 중성자 검출기 부재(42)는 제2 전류 신호를 출력한다. 제1 및 제2 신호들 사이의 전기적 접속(40)은 제1 및 제2 신호들 사이의 전류 차이인 순 전류를 생성한다. 차이는 온도에서의 변화들에 비례한다.

Description

온도 종속적 중성자 포획 단면을 갖는 재료를 이용하는 온도 측정 센서
발명은 온도 검출기들에 관한 것으로, 더 상세하게는, 핵 반응기 환경에서의 이용을 위한 자가-동력식(self-powered) 중성자 검출기들에 관한 것이다.
핵 반응기들에서의 온도 측정들은 열전대(thermocouple)들 또는 저항성 온도 검출기(resistance temperature detector)(RTD)들과 같은 센서들을 이용하여 현재 획득된다.
다음의 개요는 개시된 실시예들에 고유한 혁신적인 특징들의 일부의 이해를 용이하게 하도록 제공되고, 완전한 설명이 되도록 의도되지는 않는다. 실시예들의 다양한 양태들의 완전한 인식은 전체 명세서, 청구항들, 및 요약서를 전체적으로 취함으로써 얻어질 수 있다.
핵 반응기 환경에서의 이용을 위한 온도 센서의 다양한 실시예들이 본 명세서에서 설명된다. 센서의 동작은 도플러(Doppler) 온도 계수 성질들이 일부 재료들의 중성자 포획 단면 상에서 가지는 효과에 기초한다.
핵 반응기에서의 이용을 위한 온도 측정 센서는 일반적으로, 제1 중성자 검출기 부재 및 제2 중성자 검출기 부재를 포함할 수 있고, 여기서, 제1 중성자 검출기 부재는 제1 전류 신호를 출력하고, 제2 중성자 검출기 부재는 제2 전류 신호를 출력한다. 제1 및 제2 신호들 사이의 전기적 접속은 제1 및 제2 신호들 사이의 전류 차이를 생성한다. 차이는 온도에서의 변화들에 비례한다.
제1 및 제2 부재들의 각각은 내부 전자 방출기, 방출기를 둘러싸는 제1 절연 층, 제1 절연 층을 둘러싸는 전하 수집기, 전하 수집기로부터 외향하여 연장되는 음전하 출력 핀, 및 방출기로부터 외향하여 연장되는 양전하 출력 핀을 포함한다. 제1 중성자 검출기 부재는 제1 중성자 검출기 전하 수집기를 둘러싸는 제2 절연 층, 제2 절연 층을 둘러싸는 전자 흡수 층, 및 전자 흡수 층을 둘러싸는 중성자들을 포획하기 위한 외부 차폐부를 더 포함한다.
다양한 양태들에서, 전자 방출기는 방사성 붕괴(radioactive decay)로부터 중성자들을 흡수하고 전자들을 방출하는 재료, 예를 들어, 로듐(rhodium) 또는 바나듐(vanadium)으로 이루어진다. 제1 및 제2 절연 층들은 알루미늄 산화물(aluminum oxide) 또는 마그네슘 산화물(magnesium oxide) 중의 하나로 이루어질 수 있다. 전하 수집기는 예를 들어, 강(steel), Inconel® 합금, 또는 그 조합들로 이루어질 수 있다. 전자 흡수 층은 예를 들어, 알루미늄, Inconel® 합금, 또는 그 조합들로 이루어질 수 있다. 차폐 재료는 우라늄 238, 텅스텐, 또는 그 조합들로 이루어질 수 있다. 인코넬(Inconel®)은 오스테나이트 니켈-크롬계 또는 니켈-크롬-철계 합금들의 상업적으로 입수가능한 계열이다.
제1 및 제2 신호들 사이의 전류 차이는 단일 신호로서 핵 반응기 외부의 수신기로 송신될 수 있다. 다양한 양태들에서, 전류 차이 신호는 무선으로 송신된다. 센서는 핵 연료봉(nuclear fuel rod) 내에서 배치될 수 있다. 다양한 양태들에서, 전류 차이 신호는 유선 접속에 의해 송신되고, 센서는 핵 연료봉 외부에 배치된다.
어떤 실시예들에서, 제1 및 제2 부재들은 동심 원통들의 형태일 수 있고, 동심 원통들 각각은 그 개개의 내부 방출기에 의해 둘러싸여진 개방 중앙 공간을 정의할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 제2 부재는 제1 부재의 개방 중앙 공간 내에서 위치된다. 어떤 다른 실시예들에서, 제1 및 제2 부재들은 서로에 인접한 별도의 원통들의 형태일 수 있다.
본 명세서에서 설명된 온도 센서는 다양한 양태들에서, 전기 전류 신호들을, 수신될 수 있고 적절한 공학 단위들로 용이하게 변환될 수 있는 라디오 주파수(radio frequency)(RF) 신호들로 변환하도록 구성된 무선 데이터 송신 방법론을 제공함으로써 연료봉 상부 플레넘(fuel rod upper plenum) 내부의 온도를 연속적으로 측정하기 위하여 이용될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 디바이스 및 방법론은 온도가 센서 디바이스 주위의 온도에 비례하는 전류 신호로서 직접적으로 측정되는 것을 허용한다.
본 개시내용의 특징들 및 장점들은 첨부 도면들을 참조함으로써 더 양호하게 이해될 수 있다.
도면은 2 개의 중성자 검출기 신호들로부터 온도 측정치를 생성하기 위하여 필요한 출력 신호들 및 온도 측정 디바이스의 개략적인 표현을 도시한다.
본 명세서에서 이용된 바와 같이, "a", "an" 및 "the"의 단수 형태는 문맥이 이와 다르게 명확하게 기술하지 않으면 복수의 참조들을 포함한다. 따라서, 관사 "a" 및 "an"은 관사의 문법적 목적어 중의 하나 또는 하나 초과(즉, 적어도 하나)를 지칭하기 위하여 본 명세서에서 이용된다. 예로서, "요소"는 하나의 요소 또는 하나 초과의 요소를 의미한다.
예를 들어, 그리고 제한 없이, 상단, 하단, 좌측, 우측, 하부, 상부, 및 그 변형들과 같은, 본 명세서에서 이용된 방향성 어구들은 첨부 도면에서 도시된 요소들의 방위에 관련될 것이고, 이와 다르게 명백히 기재되지 않으면 청구항들에 대해 제한하지 않는다.
이와 다르게 표시된 곳 이 외에 청구항들을 포함하는 본 출원에서, 수량들, 값들, 또는 특징들을 표현하는 모든 수(number)들은 용어 "약"에 의해 모든 사례들에서 수정되는 것으로서 이해되어야 한다. 따라서, 용어 "약"이 수와 함께 명백하게 나타나지 않을 수 있더라도, 수들은 단어 "약"이 선행하는 것처럼 판독될 수 있다. 따라서, 반대로 표시되지 않으면, 다음의 설명에서 기재된 임의의 수치 파라미터들은 누군가가 본 개시내용에 따른 조성들 및 방법들에서 획득하도록 추구하는 희망된 성질들에 따라 변동될 수 있다. 가장 최소한으로, 그리고 청구항들의 범위와 등가물들의 원칙의 적용을 제한하기 위한 시도로서가 아니라, 본 설명에서 설명된 각각의 수치 파라미터는 보고된 상당한 숫자들의 수를 고려하여 그리고 보통의 라운딩(rounding) 기법들을 적용함으로써 적어도 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 인용된 임의의 수치 범위는 그 안에 포함된 모든 하위 범위들을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, "1 내지 10"의 범위는 1의 인용된 최소 값과 10의 인용된 최대 값 사이의(그리고 이를 포함하는), 즉, 1 이상인 최소 값 및 10 이하인 최대 값을 가지는 임의의 그리고 모든 하위 범위들을 포함하도록 의도된다.
핵 반응기 내부의 온도의 측정을 위하여, 온도 신호는 송신 전에 전압으로부터 전류로 변환되어야 한다. 지금까지 이용가능한 것보다 더 복잡한 프로세스가 필요하다.
도면을 참조하면, 온도 센서 디바이스(10)의 실시예의 개략적인 표현은 예시적인 출력 신호 구성과 함께 도시된다. 센서 디바이스(10)는 핵 연료봉의 상부 플레넘에서 또는 반응기 연료 조립체 내의 다른 영역들에서 배치될 수 있다. 다양한 양태들에서, 센서 디바이스(10)는 도면에서 도시된 바와 같이, 제1 중성자 검출기 부재(12) 및 제2 중성자 검출기 부재(42)를 포함한다. 제1 부재(12)는 내부 전자 방출기(14), 방출기(14)를 둘러싸는 제1 절연 층(16), 제1 절연 층(16)을 둘러싸는 전하 수집기(18), 전하 수집기(18)로부터 외향하여 연장되는 음전하 출력 핀(26), 및 방출기(14)로부터 외향하여 연장되는 양전하 출력 핀(28)을 포함한다. 절연부(30 및 32)는 핀들(28 및 26)을 각각 둘러싼다.
제1 중성자 검출기 부재(12)는 제1 중성자 검출기 전하 수집기(18)를 둘러싸는 제2 절연 층(20), 제2 절연 층(20)을 둘러싸는 전자 흡수 층(22), 및 전자 흡수 층(22)의 길이를 둘러싸는 중성자들을 포획하기 위한 외부 차폐부(24)를 또한 포함한다. 상단 캡(50)은 전자 흡수 층(22)의 상단 에지(54) 위를 포함하는, 제1 부재(12)의 상단 위로 연장되고, 하단 캡(52)은 전자 흡수 층(22)의 하단 에지(52)를 포함하는, 제1 부재(12)의 하단 위로 연장된다. 상단 및 하단 캡들(50, 52)은 또한, 전자 흡수 재료로 이루어질 수 있다.
제2 부재(42)는 내부 전자 방출기(44), 방출기(44)를 둘러싸는 제1 절연 층(46), 제1 절연 층(46)을 둘러싸는 전하 수집기(48), 전하 수집기(48)로부터 외향하여 연장되는 음전하 출력 핀(36), 및 방출기(44)로부터 외향하여 연장되는 양전하 출력 핀(38)을 포함한다.
다양한 양태들에서, 저항기들(40)은 제1 및 제2 중성자 검출기 부재들(12, 42) 사이의 전기적 접속을 제공할 수 있다. 이용 시에, 제1 중성자 검출기 부재(12)는 제1 전류 신호를 출력하고, 제2 중성자 검출기 부재(42)는 제2 전류 신호를 출력한다. 제1 및 제2 신호들 사이의 전기적 접속은 제1 및 제2 신호들 사이의 전류 차이를 생성할 수 있고, 여기서, 차이는 온도에서의 변화들에 비례한다. 이것은 전류 흐름이 반대 방향들이 되도록 신호들을 접속함으로써 다른 신호를 전기적으로 공제(back out)하기 위하여 하나의 출력 전류를 이용함으로써 달성된다.
다양한 양태들에서, 전자 방출기들(14, 44)은 방사성 붕괴로부터 중성자들을 흡수하고 전자들을 방출하는 재료로 이루어진다. 방출기 재료는 붕괴되고 전자들을 방출한다. 그러므로, 각각의 전자 방출기(14, 44)에는 그 개개의 양의 출력 핀(28, 38)을 통과한 양전하 신호가 남겨진다. 예시적인 방출기 재료들은 로듐 및 바나듐을 포함한다. 방출된 전자들은 제1 절연 층들(16, 46)을 통해 개개의 전하 수집기들(18, 48)로 통과하여, 전체적인 음전하 신호가 음의 출력 핀들(26, 36)을 통과한 것으로 귀착된다. 제1 및 제2 절연 층들은 알루미늄 산화물과 같은 임의의 적당한 절연 재료로 이루어질 수 있다. 전하 수집기는 예를 들어, 강, Inconel®, 또는 그 조합들로 이루어질 수 있다. Inconel®는 열 및 압력에 종속된 극단적인 환경들에 양호하게 적합한 오스테나이트 니켈-크롬계 합금들의 계열을 지칭한다.
제1 검출기 부재(12)에서, 연료봉에서의 핵분열성 재료로부터 방출된 중성자들은 외부 차폐부(24)에 의해 포획되고, 재료는 예를 들어, 방출기 재료의 대응하는 단면보다 더 큰, 상대적으로 큰 도플러 온도 중성자 포획 단면을 가진다. 해제된 전자들은 이들이 출력 핀(26)으로부터의 음전하 신호에 기여하지 않도록, 전자 흡수 층(22)에 의해 포획된다. 외부 차폐부 재료는 우라늄 238(238U), 텅스텐(W), 또는 그 조합들로 이루어질 수 있다. 전자 흡수 층은 예를 들어, 알루미늄, Inconel®, 또는 그 조합들로 이루어질 수 있다.
본 기술분야에서의 통상의 기술자들은 다른 적당한 방출, 절연, 전하 수집, 전자 흡수, 및 차폐 재료들이 어떤 양태들에서, 본 명세서에서 식별된 재료들을 위하여 치환될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도시된 바와 같은 온도 센서(10)는 와이어들 또는 원통들의 형태로 2 개의 자가-동력식 중성자 검출기들(12, 42)로서 구성되고, 핵 연료봉에서 또는 핵 연료봉 근처의 영역들에서의 배치를 위한 동일한 중성자 감지 체적들은 필수적으로 동일한 중성자 플럭스(neutron flux) 및 주위 온도를 가진다. 도면에서 도시된 IR의 값은 주어진 입사 중성자 플럭스에 대하여 전형적인 자가-동력식 중성자 검출기(42)에 의해 측정될 신호이다. IR의 값은 주위 환경에서의 온도 변화들에 의해 필수적으로 영향받지 않는다. I의 값은 238U 또는 W와 같은 방출기 재료에 대한 최적 중성자 포획 단면 에너지 초과인 중성자 에너지들에 대한 중성자 포획 공진들에 의해 대폭 영향받는 중성자 포획 단면을 가지는 재료에 의해 포장되거나 둘러싸여진 자가-동력식 중성자 검출기(12)로부터의 신호 출력을 나타낸다. I의 값은 센서 디바이스(10) 주위의 온도 변화들과 함께 변화할 것이다. 센서 디바이스(10) 주위의 온도가 변화함에 따라, I의 값은 도플러 중성자 포획 공진 확장 효과로 인해 변화할 것이다. IR의 값은 그렇지 않을 것이다. 2 개의 센서들 사이의 전기적 통신은 저항기들(40)에 의해 지정된다. (ID)로 지정된, I 및 IR의 값들 사이의 차이는 센서 디바이스(10) 주위의 온도 변화에 비례할 것이다. 주위 온도를 결정하기 위한 2 개의 신호들 사이의 전류 차이(ID)의 송신 및 이용은 반응기 전력 변화들에 의해 야기된 신호 값들에서의 변화들의 구별을 허용할 것이다. 이 접근법은 또한, 온도가 단일 전류 신호로부터 결정되는 것을 허용할 것이다.
온도와 검출기 출력 전류 사이의 관계는 표현식에 의해 주어진다:
Figure pct00001
여기서:
Figure pct00002
d = 검출기 포장기의 두께
Figure pct00003
= 검출기 포장기 재료의 거시적 중성자 포획 단면
T0 = 초기 온도
t0 = 초기 시간
t = 현재 시간
그리고:
Figure pct00004
감도는 온도의 함수로서의 I(t)에 대한 표현의 미분에 의해 주어진다:
Figure pct00005
그리고:
Figure pct00006
μ, I(t0), 및 d를 최대화함으로써 감도가 최대화된다. 구체적으로, 감도는 다음의 경우에 최대화된다:
Figure pct00007
다양한 양태들에서, 센서 디바이스(10)는 핵 연료봉의 외부에, 그러나 핵 연료봉 근처에 배치될 수 있다. 와이어들이 센서 디바이스(10)에 의해 이용될 경우에, 와이어들은 핵 연료봉(도시되지 않음)의 클래딩 벽(cladding wall)의 내부(또는 외부)를 따라 이어지는 나선으로 인터레이싱될 수 있다. 핵 연료 펠릿(nuclear fuel pellet)들(도시되지 않음)이 중공 중앙 환형(hollow central annulus)을 가질 경우에, 인터레이싱된 와이어들은 환형 내로 삽입될 수 있다. 와이어들은 코어 외부에서 이어지고 계측기(meter)에 접속된다. 표준 상업적 입수가능한 전류 측정 도구들은 유선 센서 디바이스(10)와 함께 이용될 수 있다.
다양한 양태들에서, 센서 디바이스(10)는 핵 연료봉 내에서 배치될 수 있다. 온도 측정치들은 반응기 용기 내부로부터 반응기 외부에 위치된 수신기로의 무선 송신에 의해 핵 반응기 코어 및 연관된 연료봉들 내부에 획득될 수 있다. 예시적인 무선 송신 시스템은 참조로 본 명세서에 편입된 Seidel, "Wireless In-Core Neutron Monitor", 미국 특허 제8,767,903 B2호에서 개시된다.
도면에서 도시된 실시예에서, 제1 및 제2 부재들(12, 42)은 서로에 인접한 별도의 원통들의 형태이다. 다른 양태들에서, 제1 및 제2 부재들(12, 42)은 동심 원통들의 형태일 수 있고, 동심 원통들 각각은 그 개개의 내부 방출기에 의해 둘러싸인 개방 중앙 공간을 정의하고, 그리고 여기서, 제2 부재(42)는 제1 부재(12)의 개방 중앙 공간 내에서 위치된다.
본 명세서에서 기재된 바와 같이, 온도 센서 디바이스(10)의 동작은 도플러 온도 계수 성질들이 일부 재료들의 중성자 포획 단면 상에서 가지는 효과에 기초한다. 도플러 계수는 핵 연료의 온도에서의 변화도 당 반응성에서의 변화이다. 예를 들어, 제1 검출기 부재(12)의 외부 차폐부(24)는 반응기에서의 핵분열성 재료로부터 중성자들을 흡수할 것이다. 우라늄 238과 같은 재료가 외부 차폐부(24)로서 이용될 때, 우라늄 238 재료의 두께를 통해 송신되는 핵분열 스펙트럼 중성자들의 수는 에피-써멀(epi-thermal) 중성자 포획 공진들에서의 유효 중성자 포획 단면의 온도 유도된 증가(확장)로 인해 온도가 증가함에 따라 감소할 수 있다. 더 적은 중성자들이 반응기에서 열중성자화(thermalize)하고 핵분열가능한 재료에서의 핵분열 속도에 기여하도록 허용된다. 중성자 개체수에서의 이러한 감소는 개재된 외부 차폐부(24) 재료의 중성자 포획 공진들에서 포획된 에너지들을 갖는 중성자들에 의존하는 중성자 검출기들로부터의 신호 출력을 감소시킨다. 이것은 핵분열 소스 중성자 개체수가 변화되지 않았더라도 중성자 센서(12)로부터의 감소된 신호 출력으로 귀착된다. 중성자 센서 출력 신호에서의 변화는 개재된 재료에서의 온도에서의 변화에 비례할 것이다. 온도와 출력 신호 사이의 이러한 관계는 이론적으로 그리고 측정된 교정 프로세스에 의해 둘 모두로 확립될 수 있다. 이 프로세스는 핵 반응기 코어 내부의 희망된 위치에서의 온도가 양호하게 확립된 신호 프로세싱 방법들을 이용하여 측정되는 것을 허용할 것이다.
본 발명은 몇몇 예들에 따라 설명되었고, 몇몇 예들은 모든 양태들에서 한정적인 것이 아니라 예시적이도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 상세한 구현예에서의 많은 변형들이 가능하고, 이 변형들은 본 기술분야에서의 통상의 기술자에 의해 본 명세서에서 포함된 설명으로부터 유도될 수 있다.
본 명세서에서 언급된 모든 특허들, 특허 출원들, 공개들, 또는 다른 개시내용 자료는 이로써, 각각의 개별적인 참조가 각각 참조로 명백히 편입된 것처럼, 그 전체적으로 참조로 편입된다. 본 명세서에서 참조로 편입되는 것으로 말해지는 모든 참조들과, 임의의 자료 또는 그 부분은, 편입된 자료가 이 개시내용에서 기재된 기존의 정의들, 설명들, 또는 다른 개시내용 자료와 상충하지 않는 한도까지 본 명세서에서 편입된다. 이와 같이, 그리고 필요한 한도까지, 본 명세서에서 기재된 바와 같은 개시내용은 참조로 본 명세서에서 편입된 임의의 상충하는 자료 및 본 출원 제어들에서 명백히 기재된 개시내용을 대체한다.
본 발명은 다양한 전형적인 그리고 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었다. 본 명세서에서 설명된 실시예들은 개시된 발명의 다양한 실시예들의 변동되는 세부사항의 예시적인 특징들을 제공하는 것으로서 이해되고; 그러므로, 이와 다르게 특정되지 않으면, 가능한 한도까지, 개시된 실시예들의 하나 이상의 특징들, 요소들, 컴포넌트들, 구성성분들, 성분들, 구조들, 모듈들, 및/또는 양태들은 개시된 발명의 범위로부터 이탈하지 않으면서, 개시된 실시예들의 하나 이상의 다른 특징들, 요소들, 컴포넌트들, 구성성분들, 성분들, 구조들, 모듈들, 및/또는 양태들과, 또는 이들에 대하여 조합될 수 있고, 분리될 수 있고, 교환될 수 있고, 그리고/또는 재배열될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 예시적인 실시예들 중의 임의의 것의 다양한 치환들, 수정들, 또는 조합들은 발명의 범위로부터 이탈하지 않으면서 행해질 수 있다는 것이 본 기술분야에서의 통상의 기술자들에 의해 인식될 것이다. 추가적으로, 본 기술분야에서의 통상의 기술자들은 이 명세서의 검토 시에 본 명세서에서 설명된 발명의 다양한 실시예들에 대한 많은 등가물들을 인식할 것이거나, 또는 단지 일상적인 실험을 이용하여 확인할 수 있다. 따라서, 발명은 다양한 실시예들의 설명에 의해 제한되는 것이 아니라, 오히려 청구항들에 의해 제한된다.

Claims (15)

  1. 핵 반응기에서의 이용을 위한 온도 측정 센서(10)로서,
    제1 중성자 검출기 부재(12); 및
    제2 중성자 검출기 부재(42);
    - 상기 제1 및 제2 중성자 검출기 부재들(12, 42)의 각각은 내부 전자 방출기(14, 44), 상기 방출기를 둘러싸는 제1 절연 층(16, 46), 상기 제1 절연 층(16, 46)을 둘러싸는 전하 수집기(18, 48), 상기 전하 수집기(18, 48)로부터 외향하여 연장되는 음전하 출력 핀(26, 36), 및 상기 방출기(16, 46)로부터 외향하여 연장되는 양전하 출력 핀(28, 38)으로 구성되고;
    상기 제1 중성자 검출기 부재(12)는 상기 제1 중성자 검출기 전하 수집기(18)를 둘러싸는 제2 절연 층(20), 상기 제2 절연 층(20)을 둘러싸는 전자 흡수 층(22), 및 상기 전자 흡수 층(22)을 둘러싸는 중성자들을 포획하기 위한 외부 차폐부(24)를 더 포함하고;
    이용 시에, 상기 제1 중성자 검출기 부재(12)는 제1 전류 신호를 출력하고, 상기 제2 중성자 검출기 부재(42)는 제2 전류 신호를 출력함; -
    상기 제1 및 제2 신호들 사이의 전류 차이를 계산할 수 있는 상기 제1 및 제2 전류 신호들 사이의 전기적 접속부(40) - 상기 차이는 온도에서의 변화들에 비례함 -
    를 포함하는, 센서(10).
  2. 제1항에 있어서, 각각의 전자 방출기(16, 46)는 방사성 붕괴로부터 중성자들을 흡수하고 전자들을 방출하는 재료로 이루어지는, 센서(10).
  3. 제2항에 있어서, 각각의 전자 방출기(16, 46) 재료는 로듐(rhodium) 및 바나듐(vanadium)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 센서(10).
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1(16, 46) 및 제2(20) 절연 층들은 알루미늄 산화물(aluminum oxide) 또는 마그네슘 산화물(magnesium oxide) 중의 하나로 이루어지는, 센서(10).
  5. 제1항에 있어서, 각각의 전하 수집기(18, 48)는 강(steel), 인코넬(Inconel), 및 그 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어지는, 센서(10).
  6. 제1항에 있어서, 상기 전자 흡수 층(22)은 알루미늄, 인코넬(Inconel), 및 그 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어지는, 센서(10).
  7. 제7항에 있어서, 상기 외부 차폐부(24)는 상기 방출기 재료의 대응하는 단면보다 더 큰 도플러 온도 중성자 포획 단면을 가지는 재료로 이루어지는, 센서(10).
  8. 제7항에 있어서, 상기 외부 차폐부(24) 재료는 우라늄 238, 텅스텐, 및 그 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 센서(10).
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전류 신호들 사이의 전류 차이는 단일 신호로서 상기 핵 반응기 외부의 수신기로 송신되는, 센서(10).
  10. 제9항에 있어서, 상기 전류 차이 신호는 무선으로 송신되는, 센서(10).
  11. 제10항에 있어서, 상기 센서(10)는 핵 연료봉 내에서 배치되는, 센서(10).
  12. 제9항에 있어서, 상기 전류 차이 신호는 유선 접속에 의해 송신되는, 센서(10).
  13. 제12항에 있어서, 상기 센서(10)는 핵 연료봉의 외부에 배치되는, 센서(10).
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 중성자 검출기 부재들(12, 42)은 동심 원통들의 형태이고, 각각의 원통은 그 개개의 내부 방출기에 의해 둘러싸인 개방 중앙 공간을 정의하고, 상기 제2 부재는 상기 제1 부재의 상기 개방 중앙 공간 내에서 위치되는, 센서(10).
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 중성자 검출기 부재들(12, 42)은 서로에 인접한 별도의 원통들인, 센서(10).
KR1020217024636A 2019-01-08 2020-01-02 온도 종속적 중성자 포획 단면을 갖는 재료를 이용하는 온도 측정 센서 KR20210102464A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962789685P 2019-01-08 2019-01-08
US62/789,685 2019-01-08
PCT/US2020/012024 WO2020146183A1 (en) 2019-01-08 2020-01-02 Temperature measurement sensor using material with a temperature dependent neutron capture cross section

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210102464A true KR20210102464A (ko) 2021-08-19

Family

ID=71405257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217024636A KR20210102464A (ko) 2019-01-08 2020-01-02 온도 종속적 중성자 포획 단면을 갖는 재료를 이용하는 온도 측정 센서

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11621091B2 (ko)
EP (1) EP3908816A4 (ko)
JP (1) JP7390382B2 (ko)
KR (1) KR20210102464A (ko)
WO (1) WO2020146183A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210102464A (ko) 2019-01-08 2021-08-19 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨 온도 종속적 중성자 포획 단면을 갖는 재료를 이용하는 온도 측정 센서

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3375370A (en) * 1965-12-28 1968-03-26 Ca Atomic Energy Ltd Self-powered neutron detector
JPS604136Y2 (ja) * 1979-08-31 1985-02-05 株式会社東芝 自己出力型放射線検出器
GB2192055B (en) * 1986-06-25 1989-12-13 Rolls Royce Plc Improvements in temperature measuring
JPH1138147A (ja) * 1997-07-17 1999-02-12 Japan Atom Energy Res Inst 原子炉内中性子束・温度検出装置
US20030213917A1 (en) * 2002-05-20 2003-11-20 General Electric Company Gamma resistant dual range neutron detector
US8445839B2 (en) * 2010-10-14 2013-05-21 Areva Np Inc. Self-calibrating, highly accurate, long-lived, dual rhodium vanadium emitter nuclear in-core detector
US8767903B2 (en) * 2011-01-07 2014-07-01 Westinghouse Electric Company Llc Wireless in-core neutron monitor
JP5637079B2 (ja) 2011-06-15 2014-12-10 トヨタ車体株式会社 環状ノズルの検査方法及び検査装置
JP2014122848A (ja) 2012-12-21 2014-07-03 Toshiba Corp 温度計測装置
US10302780B2 (en) * 2014-10-17 2019-05-28 Silverside Detectors Inc. Fissile neutron detector
KR20160051988A (ko) * 2014-10-30 2016-05-12 한국수력원자력 주식회사 장수명 노내계측기
JP2017090076A (ja) * 2015-11-04 2017-05-25 助川電気工業株式会社 臨界監視モニター用中性子検出器
KR101892732B1 (ko) 2017-10-17 2018-08-28 한국원자력연구원 다접점 온도센서를 이용한 광대역 용융금속 액위 측정 장치 및 열 시스템
CN107767974B (zh) * 2017-11-14 2024-04-16 国核自仪系统工程有限公司 核反应堆堆芯中子及温度探测装置
KR20210102464A (ko) 2019-01-08 2021-08-19 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨 온도 종속적 중성자 포획 단면을 갖는 재료를 이용하는 온도 측정 센서

Also Published As

Publication number Publication date
EP3908816A4 (en) 2022-10-12
EP3908816A1 (en) 2021-11-17
WO2020146183A1 (en) 2020-07-16
US20200219630A1 (en) 2020-07-09
US11621091B2 (en) 2023-04-04
JP7390382B2 (ja) 2023-12-01
JP2022518176A (ja) 2022-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6012610B2 (ja) 自己較正を行う、高精度、長寿命のロジウム−バナジウム二重エミッタ原子炉内検出器
Kim et al. Review of instrumentation for irradiation testing of nuclear fuels and materials
JPS5853759B2 (ja) 原子炉燃料アセンブリ内の局部の出力測定装置
GB2056055A (en) Measuring the linear heat generation rate of a nuclear reactor fuel pin
KR101376704B1 (ko) 중성자 선속 검출 민감도가 개선된 노내 계측기
US4614635A (en) Fission-couple neutron sensor
KR20210102464A (ko) 온도 종속적 중성자 포획 단면을 갖는 재료를 이용하는 온도 측정 센서
US20240125950A1 (en) Devices, Systems, and Methods for Detecting Radiation with Schottky Diodes for Enhanced In-Core Measurements n-Core Measurements
EP1842205B1 (en) Neutron detector assembly with variable length rhodium emitters
US4200491A (en) Apparatus and method for detecting power distribution in a nuclear reactor fuel element
JP7312183B2 (ja) 原子燃料の破損防止方法
Vermeeren et al. Irradiation tests of prototype self-powered gamma and neutron detectors
US4765943A (en) Thermal neutron detectors and system using the same
KR20230004587A (ko) 축방향 및 반경방향 고밀도 센서와 향상된 분열 감마 측정 감도로 구성된 sic 쇼트키 다이오드를 사용하는 고정형 인-코어 검출기 설계
US4389570A (en) Wide range radiation monitoring apparatus
US11714009B2 (en) Ultrasonic sensors and methods of using the ultrasonic sensors
Stutheit Fast-response gamma thermometers
JP2023549609A (ja) 放射性同位元素の放射能監視装置、システム、及び方法
Morrison et al. Fission Couples Applied Toward Reactor Diagnostics and Safety
US9835590B1 (en) Device and method for checking fuel pellets with IFBA
CA1149973A (en) Wide range radiation monitoring apparatus
CN117747151A (zh) 反应堆燃料芯块温度测量装置及方法
Smith Measuring the linear heat generation rate of a nuclear reactor fuel pin
JPH0564790U (ja) 炉内中性子検出器
Rolstad et al. A device for measuring local power in a nuclear reactor fuel assembly

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination