KR20220024674A - 검출 장치를 갖는 건식 캐스크 저장 시스템 - Google Patents

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저스틴 피 슈미트
제프리 엘 아른트
폴 엠 시리아니
숀 씨 스태퍼드
캐스린 이 메츠거
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Abstract

사용후 핵 연료를 위한 건식 캐스크 저장 시스템은 공진 전기 회로를 갖는 검출 장치를 포함하고, 공진 전기 회로는 SNF가 위치되는 금속 용기의 내부 영역 내에 위치된다. 검출 장치는 공진 회로가 공진하게 하고 응답 펄스를 발생시키게 하는 여기 펄스를 발생시키는 송신기를 포함한다. 공진 회로는 공진 회로의 주파수가 온도의 함수로서 변하도록 자기 투과율이 온도에 따라 변하는 코어로 형성되는 인덕터를 포함한다. 응답 펄스는 그 후 SNF가 위치되어 있는 용기의 내부 내의 온도를 결정하기 위해 사용된다. 압력 검출이 또한 제공된다.

Description

검출 장치를 갖는 건식 캐스크 저장 시스템
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 6월 21일자로 출원된, 발명의 명칭이 "DRY CASK STORAGE SYSTEM HAVING DETECTION APPARATUS"인 미국 특허 출원 제16/448,706호의 이익을 주장하며, 그 개시내용은 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
분야
개시되고 청구된 개념은 일반적으로 원자력 장비에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 사용후 핵 연료(Spent Nuclear Fuel)(SNF)를 저장하기 위한 그리고 검출 장치를 갖는 건식 캐스크 저장 시스템(Dry Cask Storage System)(DCSS)에 관한 것이다.
많은 최신 기술의 원자로 시스템에서, 다수의 축방향 높이에서 코어 내의 방사능을 직접적으로 측정하기 위해서 코어-내 센서가 채용된다. 또한, 열전쌍 센서가 다양한 반경방향 위치에서 냉각재 출구 온도의 직접적인 측정을 제공하기 위해 냉각재가 코어를 빠져나가는 높이에서 코어 주위의 다양한 지점에 위치된다. 이들 센서는 원자로 코어 내측에서의 원자력(power)의 반경방향 및 축방향 분포를 직접적으로 측정하기 위해서 사용된다. 이 원자력 분포 측정 정보는 원자로가 원자력 분포 한계(nuclear power distribution limit) 내에서 동작하고 있는지 여부를 결정하는 데 사용된다. 이 기능을 수행하는 데 사용되는 전형적인 코어-내 센서는 그 주위에서 발생하는 핵분열의 양에 비례하는 전류를 생성하는 자가-동력형(self-powered) 검출기이다. 이러한 유형의 센서는 일반적으로 코어 주위의 여러 연료 조립체 내의 기구 씸블(instrument thimble) 내에 배치되고, 전류를 생성하기 위한 전력의 외부 공급원을 필요로 하지 않고, 일반적으로 자가-동력형 검출기로 지칭되며, 1998년 4월 28일자로 허여되고 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제5,745,538호에 더 상세하게 설명되어 있다.
코어의 다양한 파라미터를 측정할 수 있고, 전형적으로 코어 주위의 여러 연료 조립체 내의 기구 씸블 내에 배치되는 다른 유형의 센서가 2017년 1월 27일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/417,504호에서 설명되어 있다. 이러한 유형의 센서는 중성자 플럭스를 검출하도록 구성된 자가-동력형 중성자 검출기, 중성자 검출기와 전기적으로 병렬로 연결된 커패시터, 입력 단부 및 출력 단부를 갖는 가스 방전 관(gas discharge tube), 및 공진 회로와 직렬로 출력 단부에 전기적으로 연결된 안테나를 포함하는 송신기 디바이스를 채용한다. 가스 방전 관의 입력 단부는 커패시터에 전기적으로 연결된다. 안테나는 자가-동력형 검출기에 의해 모니터링되는 중성자 플럭스의 강도를 나타내는 일련의 펄스를 포함하는 신호를 방출하도록 구성된다. 다른 코어 파라미터 또한 공진 회로의 인덕턴스 및 커패시턴스의 값의 변경에 대한 그들의 영향에 의해 모니터링될 수 있다.
그 출력을 원자로 외부로 전달하기 위한 신호 리드(signal lead)를 필요로 하지 않는 또 다른 코어-내 센서가 미국 특허 제4,943,683호에서 개시되어 있으며, 이 특허는 원자로 코어의 연료 조립체 내에 통합된 비정상 검출 유닛을 갖는 원자로 코어를 위한 비정상 진단 시스템, 및 원자로 용기 외측에 제공되는 송신기-수신기를 설명한다. 송신기-수신기는 신호를 비정상 검출 유닛에 무선으로 송신하며 비정상 검출 유닛에 의해 발생된 에코 신호를 무선으로 수신한다. 비정상 검출 유닛이 연료 조립체 내의 비정상적인 온도 상승과 같은 원자로 코어의 비정상을 검출할 때, 에코 신호의 모드는 기준 신호로부터 벗어난다. 그 후, 송신기-수신기는 기준 신호로부터의 에코 신호의 편차를 검출하고 플랜트 보호 시스템에 비정상 검출 신호를 제공한다. 센서는 센서가 장착되는 연료 조립체 주위의 냉각재 온도를 실제로 모니터링한다.
사용후 핵 연료(SNF)가 저장될 필요가 있을 때, 예를 들어 원자로에서의 사용 후에 다른 어려움을 직면하였다. SNF가 내부에 저장되는 건식 캐스크 저장 시스템을 제공하는 것이 알려져 있다. 이러한 건식 캐스크 저장 시스템은 전형적으로 SNF가 내부에 위치되는 일부 유형의 금속 용기를 포함하며, 금속 용기는 그 후 콘크리트 오버팩 내에 위치된다. 열전쌍은 용기의 온도를 확인하기 위해 용기와 오버팩 사이에 위치되지만, 이러한 시스템은 용기의 외부로부터의 용기의 온도의 측정이 반드시 정확한 설명, 예를 들어 용기의 내부 내의 온도를 제공하는 것은 아니기 때문에 어려움이 있었다.
상기 센서 각각은 원자로의 코어 또는 건식 캐스크 저장 시스템의 용기에 관련된 상태를 직접적으로 모니터링하지만, 이러한 센서는 제한이 없는 것은 아니었다. 따라서, 개선이 바람직할 것이다.
전술한 센서 중 어느 것도, 원자로 동작 중에 코어 내의 핵 연료봉 내의 상태를 직접적으로 모니터링하지 않는다. 진보된 연료 클래딩 재료(advanced fuel cladding material)가 상업적 용도로 사용될 수 있기 전에, 이들 재료는 규제 승인을 받기 위해 엄격하게 테스트 되어야 한다. 진보된 연료 클래딩 재료를 테스트하기 위한 기존의 방안은 연료봉이 여러 연료 사이클에 걸쳐 테스트되고 조사 테스트(irradiation test)의 말미에 검사되는 것을 필요로 한다. 이것은 수년이 걸리는 긴 프로세스이며, 이 프로세스 기간 중 연료 클래딩 데이터는 사용될 수 없다. 기존의 방법에서, 중요한 데이터는 조사후 검사 활동(post irradiation examination activity) 중에만 획득된다. 연료봉 내에 배치될 수 있고, 여러 연료 사이클에 걸쳐 위험한 상태를 견딜 수 있으며, 연료봉의 클래딩 내로의 침투를 필요로 하지 않는 노내 센서(in-pile sensor)가 요구된다.
본 발명은 (펄스 유도로도 알려진) 원격 유도 또는 자기 인터로게이터(interrogator)를 갖는 핵 연료봉 실시간 피동적 무결성 검출 장치를 제공하는 것에 의해 전술한 목적을 달성한다. 검출 장치는 핵 연료봉의 내부 내에 지지되도록 구성되고, 유입 여기 펄스에 응답하여 일반적으로 사인파형인 응답 펄스를 발생시키도록 그리고 핵 연료봉의 클래딩을 통해서 이동하는 자기파 형태의 응답 펄스를 핵 연료봉이 수용되는 원자로 내의 다른 위치로 송신하도록 구성되는 공진 전기 회로를 포함하고, 발생된 펄스의 특징은 연료봉의 상태를 나타낸다. 검출 장치는 또한, 연료봉 부근에서 원자로 내에서 클래딩의 외측에 위치설정되도록 구성되고, 여기 펄스를 발생시키고 여기 펄스를 클래딩을 통해서 공진 전기 회로로 송신하도록 구성되는 송신기, 및 핵 연료봉 부근에서 클래딩의 외측에서 원자로 내에 지지되도록 구성되고 응답 펄스를 수신하도록 구성되는 수신기를 포함하며, 응답 펄스에 응답하여 신호를 원자로 외측의 전자 처리 장치에 전달한다.
바람직하게는, 공진 회로는 핵 연료봉의 플리넘(plenum) 내에 지지된다. 하나의 이러한 실시예에서, 응답 펄스의 특징은 중심선 연료 펠릿 온도를 나타낸다. 다른 이러한 실시예에서, 응답 펄스의 특징은 연료 펠릿 신장을 나타낸다. 또 다른 이러한 실시예에서, 응답 펄스의 특징은 연료봉 내부 압력을 나타낸다. 또한, 응답 펄스의 특징은 복수의 연료봉의 상태를 동시에 나타내도록 구성될 수 있다.
2개의 상이한 축방향 위치에서 측정을 제공하기 위해서, 부가적인 공진 전기 회로가 또한 연료봉의 저부 부분에 위치될 수 있다. 바람직하게, 공진 회로는, 발생된 펄스를 방출하는 특정 핵 연료봉을 식별하기 위해서 해석될 수 있는 고유 주파수를 갖는 응답 펄스를 발생시키도록 커패시턴스 및 인덕턴스와 같은 그 특성이 선택되는 복수의 회로 구성요소를 포함한다.
또한, 검출 장치는, 핵 연료봉의 내부 내에 지지되도록 구성되고, 수신기에 의해 수신될 수 있는 송신기로부터의 여기 펄스에 의해 질의될(interrogated) 때 정적 교정 신호를 발생시키도록 구성되며, 구성요소 열화 또는 온도 드리프트(temperature drift)와 연관된 임의의 신호 변화에 대해서 수신기에 의해 수신된 응답 펄스를 보정하기 위해서 사용되는 교정 회로(calibration circuit)를 포함할 수 있다.
추가적인 장점은, 소정량의 사용후 핵 연료(SNF)를 내부에 수용하도록 구성되고 공진 전기 회로를 갖는 검출 장치를 포함하는 건식 캐스크 저장 시스템(DCSS)을 제공함으로써 달성되며, 공진 전기 회로는 SNF가 위치되는 금속 용기의 내부 영역 내에 위치된다. 검출 장치는 여기 펄스를 발생시키고 여기 펄스를 용기의 금속 벽을 통해 내부 영역으로 송신하는 송신기를 포함한다. 여기 펄스는, 공진 회로가 공진하게 하고 여기 펄스에 응답하는 응답 펄스를 발생시키게 하며 이 응답 펄스를 벽을 통해 수신기에 송신하게 한다. 유리하게는, 공진 회로는 그 자기 투과율이 온도에 따라 잘 이해되는 방식으로 변하는 코어로 형성되는 인덕터를 포함하고, 그 결과 공진 회로의 주파수는 용기의 내부 내의 온도의 함수로서 변한다. 응답 펄스의 주파수는 이어서 SNF가 위치되어 있는 용기의 내부 내의 온도를 결정하는데 사용된다.
따라서, 개시되고 청구된 개념의 일 양태는 소정량의 사용후 핵 연료(SNF)를 내부에 수용하도록 구성되는 개선된 건식 캐스크 저장 시스템(DCSS)을 제공하는 것이다. DCSS는 일반적으로 금속 재료로 형성되는 벽을 갖고 제1 내부 영역을 갖도록 형성되는 용기로서, 제1 내부 영역은 그 내부에 SNF를 수용하도록 구성되는, 용기, 시멘트질 재료로 형성되고 제2 내부 영역을 갖도록 형성되는 오버팩으로서, 용기는 제2 내부 영역 내에 수용되는, 오버팩, 및 DCSS의 외부에 위치되는 전자 처리 장치와 협력할 수 있는 검출 장치로서, 검출 장치는 일반적으로 송신기, 전기 회로 장치, 및 수신기를 포함하는 것으로 명시될 수 있는, 검출 장치를 포함하는 것으로 명시될 수 있고, 송신기는 제2 내부 영역 내부에 그리고 용기 외부에 위치설정되고 여기 펄스를 발생시키고 여기 펄스를 벽을 통해 제1 내부 영역 내로 송신하도록 구성되고, 전기 회로 장치는, 제1 내부 영역 내에 위치되고, 여기 펄스에 응답하여 응답 펄스를 발생시키고 제1 내부 영역으로부터 벽을 통해 이동하도록 구성되는 자기장 신호 형태의 응답 펄스를 송신하도록 구성되는 공진 전기 회로를 갖고, 공진 전기 회로는 일반적으로 복수의 회로 구성요소를 포함하는 것으로 명시될 수 있고, 복수의 회로 구성요소 중 적어도 하나의 회로 구성요소는, 제1 내부 영역 내의 상태에 응답하여 변하도록 구성되고, 상태의 변화에 응답하여 특성 및 응답 펄스가 조건의 변화에 따라 변하게 하고 상태를 나타내게 하도록 구성되는 특성을 갖고, 수신기는 제2 내부 영역 내부에 그리고 용기 외부에 위치되고, 수신기는 응답 펄스를 수신하고 응답 펄스에 응답하여 출력을 전자 처리 장치에 전달하도록 구성된다.
본 발명의 추가의 이해는 첨부 도면과 함께 숙독할 때 이하의 설명으로부터 얻어질 수 있다.
도 1은 핵 설비의 연료봉 및 기구 씸블과 함께 사용될 수 있는 개시되고 청구된 개념의 제1 실시예에 따른 개선된 검출 장치의 기능 개략도이다.
도 2는 도 1의 검출 장치가 함께 사용될 수 있는 연료봉 및 기구 씸블을 포함하는 연료 조립체를 포함하는 원자로를 갖는 핵 설비의 개략도이다.
도 3은 도 1의 검출 장치의 다른 개략도이다.
도 4는 도 1의 검출 장치의 전기 회로 장치가 내부에 위치된 연료봉의 부분 절결도이다.
도 5a는 도 4의 전기 회로 장치에 의해 출력되는 예시적인 응답 신호의 궤적(trace)의 도면이다.
도 5b는 도 4의 전기 회로 장치에 의해 출력되는 대안적인 응답 신호의 예시적인 대안적인 궤적의 도면이다.
도 6은 부분적으로 절결된, 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 온도의 함수로서의 투과율의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 8은 도 2에서 전반적으로 도시되는 바와 같이 연료봉에서 사용될 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 도시되는 바와 같이 연료봉에서 사용될 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.
도 14는 개시되고 청구된 개념에 따른 개선된 건식 캐스크 저장 시스템(DCSS)의 제1 실시예의 부분 절결 분해 사시도이다.
도 15는 도 14의 DCSS의 개략도이다.
도 16은 도 14 및 도 15의 DCSS의 부분 절결 정면도이다.
도 17은 도 14 내지 도 16의 DCSS의 부분 절결 평면도이다.
도 18은 개시되고 청구된 개념에 따른 DCSS의 제2 실시예의 부분 절결 평면도이다.
도 19는 개시되고 청구된 개념에 따른 DCSS의 제3 실시예의 부분 절결 정면도이다.
도 20은 도 19의 DCSS의 부분 절결 평면도이다.
도 21은 DCSS의 용기로부터 분해된 상태의 도 19의 DCSS의 안테나 장치의 도면이다.
도 22는 도 19의 DCSS와 함께 사용 가능한 안테나 장치의 다른 구성을 도시하는 것을 제외하고 도 21과 유사한 도면이다.
유사한 도면 부호는 명세서 전체에 걸쳐 유사한 부분을 칭한다.
개시되고 청구된 개념에 따른 개선된 검출 장치(4)가 도 1에 전반적으로 도시되어 있다. 검출 장치(4)는, 예를 들어, 원자로(12)의 격납부를 의미하는, 도면 부호 12로 도 2에서 개략적으로 도시되는 원자로의 연료 조립체(10)(도 2) 내에 포함되는, 연료봉(6) 및 기구 씸블(8)과 함께 사용될 수 있다.
검출 장치(4)는 원자로(12)의 격납부 내에 위치되고, 검출 장치(4)는 원자로(12)의 격납부 외부에 위치되는 전자 처리 장치(16)와 협력할 수 있다. 검출 장치(4)는 이와 같이 원자로(12)의 격납부의 내부 내에 위치되는 가혹한 환경 내에 위치되도록 의도되는 반면, 전자 처리 장치(16)는 원자로(12)의 격납부 외부의 온건한 환경 내에 위치된다.
도 1로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 전자 처리 장치(16)는 트랜시버(18) 및 신호 프로세서(22)를 포함하는 것을 알 수 있다. 트랜시버(18)는, 유선 연결로, 기구 씸블(8) 내에 위치된 질의 장치(interrogation apparatus)(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 테이블(30)을 내부에 추가적으로 저장한다. 루틴(28)은 검출 장치(4)가 다양한 동작을 수행하게 하도록 프로세서에서 실행될 수 있으며, 상기 동작은 트랜시버(18)로부터 신호를 수신하는 것 그리고 연료봉(6) 내부의 상태를 나타내는 트랜시버(18)로부터의 신호의 양태에 대응하는 값을 검색하기 위해서 데이터 테이블(30)에 접근하는 것을 포함한다.
도 1로부터 더 이해될 수 있는 바와 같이, 연료봉(6)은 클래딩(32)을 포함하며, 클래딩(32) 내에 위치된 내부 영역(36) 및 내부 영역(36) 내에 위치된 다수의 연료 펠릿(38)을 포함한다고 말할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "다수의"라는 표현 및 그 변형은 광범위하게 1의 양을 포함하는 임의의 0이 아닌 양을 지칭할 것이다. 연료봉은 일반적으로 연료봉(6)의 수직 상위 단부에 플리넘(42)을 갖는다.
검출 장치(4)는, 내부 영역(36) 내의 연료봉(6)의 플리넘(42) 내에 지지되는 전기 회로 장치(44)를 포함한다고 말할 수 있다. 검출 장치(4)는 기구 씸블(8)의 내부 내에 위치된다고 말할 수 있는 질의 장치(48)를 더 포함한다. 도 1에 개략적으로 도시되는 바와 같이, 전기 회로 장치(44)는 내부 영역(36) 내에 위치되고 어떠한 틈 또는 다른 개구부도 클래딩(32) 내에 형성하지 않은 상태에서 질의 장치(48)와 통신하며, 이에 의해 유리하게는 클래딩(32)을 온전하게 유지하고 유리하게는 연료 펠릿(38)을 내부 영역(36) 내에 완전히 수용되게 유지한다.
도 1로부터 더 이해될 수 있는 바와 같이, 그리고 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 전기 회로 장치(44) 및 질의 장치(48)는 서로 무선으로 통신한다. 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 상태는, 예를 들어, 연료 펠릿(38)의 온도, 연료 펠릿(38)의 물리적 신장의 범위, 및 연료봉(6)의 내부 내의 주변 압력을 포함한다고 말할 수 있다. 이러한 3개의 상태는 전기 회로 장치(44)에 의해 직접적으로 검출될 수 있고 질의 장치(48)를 통해서 전자 처리 장치(16)에 전달된다. 마찬가지로 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 연료 펠릿(38)의 온도 및 신장이 다양한 방식으로 검출되고, 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 주변 압력이 다양한 방식으로 검출되는 다양한 실시예가 개시된다. 이러한 특성은 제한하기 위한 것이 아님을 이해할 수 있을 것이고, 또한 본 개시내용의 사상 내에서 다른 특성이 잠재적으로 검출될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 3으로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 전기 회로 장치(44)는, 센서로서 동작되고, 커패시터(54) 및 인덕터(56)를 포함하는 복수의 회로 구성요소를 포함하는, 공진 전기 회로(50)를 포함한다고 말할 수 있다. 회로 구성요소는, 예를 들어, 커패시터(54)의 커패시턴스 및 인덕터(56)의 인덕턴스와 같은 값 또는 특성을 가지며, 이러한 값 또는 특성은 공진 전기 회로(50)에 고유한 공칭 주파수를 부여하도록 선택되고, 이러한 고유한 공진 주파수는, 질의 장치(48)에 의해 검출될 때, 전기 회로 장치(44)가 내부에 위치되는 특정 연료봉(6)을 식별하기 위해 사용될 수 있다.
이와 관련하여, 전기 회로 장치(44)의 복수의 예가 연료 조립체(10)의 복수의 대응하는 연료봉(6) 내에 위치될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 검출 장치(4)의 동작 중에, 질의 장치(48)는, 예를 들어, 연료 펠릿(38)의 온도 및/또는 신장, 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 질의한다. 연료 조립체(10)는 다수의 연료봉(6)을 포함하고, 연료 조립체(10)의 연료봉(6)의 하위세트는 내부에 위치된 대응하는 전기 회로 장치(44)를 각각 갖도록 계획된다. 질의 장치(48)가 그 질의 신호를 전송할 때, 여러 전기 회로 장치(44)가 그에 응답하여 클래딩(32) 또는 대응하는 연료봉(6)을 통해서 송신되고 질의 장치(48)에 의해 수신되는 신호를 출력할 것이다. 여러 전기 회로 장치(44)로부터의 다양한 신호 각각은 서명 주파수(signature frequency)를 제공하기 위해서 전기 회로 장치(44)의, 예를 들어, 커패시터(54) 및 인덕터(56)의 다양한 특성을 선택하는 것에 의해 선택되는 고유한 공칭 주파수를 갖는다. 그에 따라, 전기 처리 장치(16)는, 어떠한 신호가 연료 조립체(10)의 어떠한 연료봉(6)에 대응하는지를 결정하기 위해서, 여러 검출 신호의 주파수를 사용할 수 있다.
도 3으로부터 더 이해될 수 있는 바와 같이, 전기 회로 장치(44)는 교정 회로로서 사용될 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 사용될 수 있고, 공진 전기 회로(60)는 구성요소 열화, 온도 드리프트 등에 대해서 공진 전기 회로(50)로부터의 신호를 보상하기 위한 교정 회로로서 사용될 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 신장, 및/또는 내부 영역(36) 내의 주변 압력과 같은 내부 영역(36) 내에서 측정되는 상태에 노출된다. 교정 회로로서 사용될 수 있는 공진 전기 회로(60)는 일반적으로 측정되는 상태에 노출되지 않는다. 이러한 교정은 본 명세서의 다른 곳에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이 비율측정 분석(ratiometric analysis)을 채용하는 것에 의해서 제공된다.
도 3으로부터 더 이해될 수 있는 바와 같이, 질의 장치(48)는 송신기(68) 및 수신기(72)를 포함한다고 말할 수 있다. 송신기(68)는 자기장 신호의 형태인 여기 펄스(74)를 출력하도록 구성되고, 이러한 여기 펄스는 질의 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 의해 수신될 수 있어, 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. 응답 펄스(78 및 80)는 마찬가지로 사인파형 펄스이지만, 이들은 감쇠 사인파형 신호이고, 도 5a 및 도 5b는 2개의 상이한 응답 펄스(78)를 나타내는 궤적의 쌍을 도시한다는 것에 유의한다. 이와 관련하여, 응답 펄스(78)의 주파수는, 온도와 같은, 연료봉(6) 내의 하나의 파라미터와 상호 연관될 수 있고, 응답 펄스(78)의 피크 진폭은 연료 펠릿(38)의 신장과 같은 연료봉(6) 내의 다른 파라미터에 대응할 수 있고, 응답 펄스 속도(78)의 감쇠율은 내부 영역(36) 내의 주변 압력과 같은 연료봉(6) 내의 또 다른 파라미터와 상호 연관될 수 있다. 이와 같이, 응답 펄스(78)는 전기 회로 장치(44)가 내부에 위치되는 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 복수의 파라미터 또는 상태와 상호 연관될 수 있다.
응답 펄스(78 및 80)의 전술한 비율측정 분석은 전형적으로 구성요소 열화 및 온도 드리프트의 영향을 제거하기 위해서 응답 펄스(78) 대 응답 펄스(80)의 또는 그 반대의 비를 취하는 것을 포함한다. 예를 들어, 공진 전기 회로(50 및 60)는 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 원자로(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 속도로 열화되는 것으로 가정한다. 또한, 공진 전기 회로(50 및 60)는 원자로(12)의 내부 내의 동일한 전반적인, 즉 전체적인 온도에 노출될 것이다. 예를 들어 주파수의 비와 같은, 응답 펄스(78 및 80)의 비를 취하는 것에 의해, 그리고 데이터 테이블(30)에서 온도, 신장, 및/또는 압력에 대한 대응하는 값을 참조하기 위해서 이러한 비를 사용하는 것에 의해, 공진 회로(50) 내의 구성요소 열화 및 온도 드리프트의 개별적인 영향이 제거된다. 이것은, 공진 전기 회로(50 및 60) 모두가 동일한 구성요소 열화 및 온도 드리프트를 겪는다고 가정하기 때문에, 비율측정 신호가 구성요소 열화 및 온도 드리프트와 독립적이기 때문이다.
도 4에 가장 잘 도시되는 바와 같이, 전기 회로 장치(44)는, 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내에 위치되는 신장 송신 장치(84)를 더 포함한다. 신장 송신 장치(84)는, 도시되는 예시적인 실시예에서 세라믹 재료로 형성되고 연료 펠릿(38)의 적층체에 접경하는 지지부(86)를 포함한다. 지지부(86)는 그 내부에 형성된 리셉터클(87)을 가지며, 신장 송신 장치(84)는 페라이트 봉(88) 형태이고 리셉터클(87)에 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, 이러한 내부(94) 내에는 지지부(86)에 대향하는 페라이트 봉(88)의 단부가 수용될 수 있다.
연료 펠릿(38)의 온도가 증가함에 따라, 연료 펠릿이 열 팽창하며, 그에 따라 연료 펠릿(38)은 지지부(86)를 그리고 그에 따라 페라이트 봉(88)을 도 4의 우측 방향으로 밀게 되고, 그에 따라 내부(94) 내에서 비교적 더 큰 범위로 수용되게 되며, 이는 인덕터(56)의 인덕턴스를 변화시킨다. 인덕터(56)의 인덕턴스의 이러한 변화는 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 신장의 범위를 나타내는 주파수를 갖는다. 응답 펄스(78 및 80)는 수신기(72)에 의해 수신되고, 수신기(72)는 그에 응답하여 다수의 신호를 전자 처리 장치(16)에 전송한다. 전자 처리 장치(16)는 응답 펄스(78 및 80)의 또는 그 반대의 비를 사용하여, 데이터 테이블(30)로부터, 응답 펄스(78 및 80)의 서명 공칭 주파수에 기초하여, 전기 회로 장치(44)가 내부에 위치되는 연료봉(6)의 신원을 검색하고, 부가적으로 데이터 테이블(30)로부터 응답 펄스(78)에 의해 예시된 바와 같은 연료 펠릿(38)의 신장의 범위에 대응하는 값을 검색한다. 그 후, 이들 데이터는, 예를 들어, 원자로(12)의 주 데이터 모니터링 시스템 내로, 또는 다른 곳으로 전송될 수 있다.
이와 관련하여, 공진 전기 회로(60)로 표시되는 교정 회로는 여러 연료봉(6)의 내부 내의 연료 신장, 중심선 연료 온도, 및 주변 압력과 같은 특성 또는 상태의 검출에 있어서 엄밀하게는 중요하지 않다는 것에 유의한다. 이와 같이, 교정 회로(60)는 사실상 선택적인 것이고, 데이터 수집 동작을 단순화하기 위해서 그리고 구성요소 열화 및 온도 드리프트와 연관된 한계를 극복하기 위해서 사용될 수 있지만, 교정 회로(60)는 검출 장치(4)의 동작에 필수적인 것으로 간주되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 같이, 본 개시내용의 사상 내에서, 본 명세서의 다른 곳에서 설명되는 다양한 다른 실시예에서 다양한 다른 유형의 전기 회로 장치가 교정 회로를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 교정 회로(60)는 전기 회로 장치(44)와 관련하여서만 설명되었지만, 본 명세서의 다른 전기 회로 장치의 임의의 다른 실시예가 이러한 교정 회로를 포함할 수 있다는 것이 이해된다는 것에 유의한다.
전술한 바와 같이, 응답 펄스(78)는 피크 진폭, 주파수, 및 감쇠율과 같은 특성을 갖는 감쇠 사인파이다. 도 5a는 하나의 이러한 응답 펄스(78)의 궤적(96A)을 도시하고, 도 5b는 다른 이러한 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 가지며, 추가적으로 더 큰 감쇠율을 갖는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 같이, 온도, 압력, 및 신장 중 어느 하나가 궤적(96A 및 96B) 중 어느 하나의 주파수로부터 직접적으로 측정될 수 있지만, 복수의 이러한 파라미터는, 예를 들어, 루틴(28) 및 데이터 테이블(30)의 구성에 따라서 각각의 이러한 궤적(96A 및 96B)으로부터 동시에 유도될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 연료 펠릿(38)의 신장은 코일(90)에 대한 페라이트 봉(88)의 상대적인 이동으로 인해 인덕터(56)의 인덕턴스 값에 영향을 미칠 수 있다고 말할 수 있다. 이는, 공진 전기 회로(50)에 의해서 출력되는, 그리고 그에 따라 루틴(28) 및 데이터 테이블(30)의 사용을 통해서 전자 처리 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 갖는 공진 전기 회로(150)를 포함하고, 그에 따라 전기 회로 장치(44)와 그 형태가 유사하다. 그러나, 전기 회로 장치(144)는 연료봉(6) 내의 중심선 연료 펠릿 온도의 측정을 가능하게 하는 온도 송신 장치(184)를 포함한다. 구체적으로, 온도 송신 장치(184)는 내부에 형성된 리셉터클(187)을 갖도록 변형된 변형 연료 펠릿(186)을 포함한다. 온도 송신 장치(184)는 세장형 요소이고 리셉터클(187)에 수용되는 텅스텐 봉(189)을 더 포함한다. 세장형 요소(189)는 본 명세서에서 설명되는 예시적인 실시예에서 텅스텐으로 형성되는 것으로 도시되었지만, 몰리브덴 등과 같은 매우 다양한 다른 내화 금속 및 합금 중 임의의 것이 텅스텐 대신 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 온도 송신 장치(184)는 텅스텐 봉(189)에 접경하는 페라이트 봉(188)을 더 포함하고, 텅스텐 봉(189)은 변형 연료 펠릿(186)에 접경한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 인덕터(156)는 페라이트 봉(188) 위에 직접 위치되는 코일(190)을 포함한다.
동작 중에, 연료 펠릿(38) 및 변형 연료 펠릿(186)에 의해서 생성되는 열은 텅스텐 봉(189)을 통해서 그리고 그 후에 페라이트 봉(188)을 통해서 전도되고, 이에 의해 페라이트 봉(188)의 온도가 연료 펠릿(38) 및 변형 연료 펠릿(186)의 온도에 대응하게 한다. 페라이트 봉(188)의 투과율은 온도의 함수로서 변화되고, 온도에 따른 투과율의 변화는 도 7에서 전반적으로 도시되는 그래프에 도시되어 있다. 도 7의 그래프의 일부는 원으로 둘러 싸여 있으며, 이는 변형 연료 펠릿(186)으로부터의 열이 텅스텐 봉(189)에 의해서 페라이트 봉(188)에 전달된 후에 페라이트 봉(188)에서 전형적으로 볼 수 있는 온도를 나타내고, 도 7의 표시된 위치에서의 곡선의 경사도에 의해 페라이트 봉(188)의 온도와 그 투과율 사이의 상호 관계를 나타낸다.
언급된 바와 같이, 온도의 함수로서 변하는 페라이트 봉(188)의 투과율은 인덕터(156)의 인덕턴스에 영향을 미치고, 결과적으로 공진 회로(150)에 의해 출력되는 응답 펄스(78)의 주파수는 페라이트 봉(188)의 투과율에 따라 직접적으로 변경되고 그에 따라 연료 펠릿(38) 및 변형 연료 펠릿(186)의 온도에 따라 직접적으로 변경된다. 이와 같이, 연료 펠릿(38) 및 변형 연료 펠릿(186)의 온도는, 루틴(28)의 사용을 통해 공진 전기 회로(150)에 의해 출력되는 응답 펄스(78)를 검출하고 응답 펄스(78)의 검출된 주파수에 대응하는 온도를 데이터 테이블(30)로부터 검색하는 것에 의해서 측정될 수 있다.
개시되고 청구된 개념의 제3 실시예에 따른 개선된 전기 회로 장치(244)가 도 8에 도시되어 있으며 전기 회로 장치(44)와 유사한 방식으로 연료봉 내에서 사용될 수 있다. 전기 회로 장치(244)는 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내에 수용될 수 있고, 변형 연료 펠릿(286)의 세트의 온도를 검출하는 공진 전기 회로(250) 및 온도 송신 장치(284)를 포함한다. 변형 연료 펠릿(286)은 내부에 형성된 리셉터클(287)을 각각 갖는다. 온도 송신 장치(284)는 원자로(12)의 동작 중에 액체인 소정량의 액체 금속(291)을 포함한다. 온도 송신 장치(284)는, 액체 금속(291)과 결합되고 그 위에서 부력식으로 부유되는 페라이트 봉(288)을 더 포함하며, 공진 전기 회로(250)의 인덕터(256)의 코일(290)의 내부에 수용될 수 있다. 액체 금속(291)은 변형 연료 펠릿(286)의 온도 증가 및 감소에 따라 각각 팽창 및 수축한다. 그에 따라, 코일(290)에 대한 페라이트 봉(288)의 위치는 변형 연료 펠릿(286)의 중심선 온도에 직접적으로 의존한다. 코일(290)에 대한 페라이트 봉(288)의 이러한 위치는 인덕터(256)의 인덕턴스에 영향을 미치고 그에 따라 그에 대응하여 공진 전기 회로(250)의 주파수에 영향을 미친다. 그에 따라, 공진 전기 회로(250)에 의해서 발생되는 응답 펄스(78)는 수신기(72)에 의해서 수신될 수 있고 전자 처리 장치(16)에 전달되며, 루틴(28) 및 데이터 테이블(30)을 사용하여 변형 연료 펠릿(286)의 그리고 그에 따라 대응하는 연료봉(6)의 대응하는 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 사용될 수 있고 공진 전기 회로(350) 및 압력 송신 장치(385)를 포함한다. 압력 송신 장치(385)는 연료봉(6)의 내부 내의 주변 압력의 측정을 가능하게 하도록 구성되고 연료 펠릿(338)의 적층체와 접경하는 지지부(386)를 포함한다. 압력 송신 장치(385)는 페라이트 봉(388) 및 벨로우즈(393) 형태의 용기를 더 포함하고, 벨로우즈는 중공 캐비티(395)를 갖고 내부에 형성된 복수의 주름부(396)를 더 갖는다. 중공 캐비티(395)는 개방되고 그에 따라 연료봉(6)의 내부 영역과 유체 연통한다. 또한, 페라이트 봉(388)에 대향되는 벨로우즈(393)의 단부는 지지부(386)에 부착된다.
공진 전기 회로(350)는 커패시터(354)를 포함하고 중공 관(392)의 외부 주위에 형성되는 코일(390)을 갖는 인덕터(356)를 더 포함하며, 중관 관(392)은 페라이트 봉(388)이 내부에 수용될 수 있는 내부(394)를 갖는다. 벨로우즈(393) 및 페라이트 봉(388)은 지지부(386) 상에 이동 가능하게 수용되고 스프링에 의해 일반적으로 연료 펠릿(338)을 향하는 방향으로 편향된다.
관련 기술 분야에서 이해될 수 있는 바와 같이, 원자로(12)가 동작될 때, 하나 이상의 희가스를 포함하는 핵분열 가스가 생성된다. 이러한 핵분열 가스는 연료봉(6)의 내부 영역 내의 주변 압력을 증가시킨다. 중공 캐비티(395)는 연료봉(6)의 내부 영역과 유체 연통하기 때문에, 내부 영역(36) 내의 증가된 압력은 중공 캐비티(395) 내의 벨로우즈(393) 상으로 가해지고 벨로우즈(393)가 축방향으로 팽창하게 하며, 이에 의해 페라이트 봉(388)을 코일(390)에 대해서 이동시키고 이에 의해 인덕터(356)의 인덕턴스에 영향을 미친다. 그에 따라, 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 주변 압력의 증가는 벨로우즈(393)를 팽창시키고, 이에 의해 결과적으로 페라이트 봉(388)은 코일(390) 내로 추가적으로 더 수용되며, 이는 인덕터(356)의 인덕턴스의 대응하는 변화를 초래한다.
인덕터(356)의 인덕턴스의 대응하는 변화는 공진 전기 회로(350)의 주파수에 예측 가능한 방식으로 영향을 미치고, 그에 따라 마찬가지로 공진 전기 회로(350)에 의해 출력되는 응답 펄스(78)의 주파수에 영향을 미친다. 결과적으로, 공진 전기 회로(350)로부터의 응답 펄스(78)가 수신기(72)에 의해서 수신되고 전자 처리 장치(16)에 전달될 때, 루틴(28) 및 데이터 테이블(30)을 사용하여 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 주변 압력에 대한 대응하는 값을 획득한다. 이어서, 주변 압력에 대한 이러한 값은 원자로(12)의 기업 데이터 시스템에 전달될 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, 도시되는 예시적인 실시예에서 나선형 형상으로 형성되는 중공 관을 포함하는 부르동 관(Bourdon tube)(493) 형태의 용기를 포함하는 압력 송신 장치(485)를 더 포함한다. 부르동 관(493)의 중공 관은, 입구(497)가 부르동 관(493)의 단부에 형성되고 그에 따라 부르동 관(493)의 내부와의 유체 연통을 허용하는 것을 제외하고, 중공 캐비티(495)를 형성한다. 더 구체적으로는, 전기 회로 장치(444)는, 입구(497)에 인접한 부르동 관(493)의 에지들 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 입구(497)를 제외하고, 주 부분(481)과 하위 영역(483) 사이의 유체 연통을 저지한다.
압력 송신 장치(485)는, 입구(497)에 대향하는 그 단부에서 부르동 관(493) 상에 위치되는 페라이트 봉(488)을 더 포함한다. 인덕터(456)는 코일(490)을 포함하고, 코일(490)에 대한 페라이트 봉(488)의 이동은 인덕터(456)의 인덕턴스를 변화시키고, 그에 따라 전기 회로 장치(444)에 의해 발생되는 응답 펄스(78)의 주파수가 내부 영역(436)의 주 부분(481) 내의 주변 압력에 대응하여 변화한다. 더 구체적으로는, 핵분열 가스가 내부 영역(436)의 주 부분(481) 내에 축적됨에 따라, 주 부분(481) 내의 주변 압력이 증가하고, 그에 따라 부르동 관(493)의 중공 캐비티(495) 내의 주변 압력이 증가된다. 주 부분(481)에서 발생되는 증가된 주변 압력이 하위 영역(483)에서는 발생되지 않기 때문에, 부르동 관(493)의 중공 캐비티(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 의해 발생되는 응답 펄스(78)의 주파수의 대응하는 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 대응하는 변화, 그리고 전기 회로 장치(444)에 의해 발생되는 응답 펄스(78)의 주파수의 결과적인 변화를 초래한다. 이러한 응답 펄스(78)가 수신기(72)에 의해 수신될 때, 대응하는 신호가 전자 처리 장비(16)에 전달되고, 루틴(28) 및 데이터 테이블(30)를 사용하여 원하는 바에 따라 출력을 위한 내부 영역(436) 내의 주변 압력에 대한 대응하는 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 중공 캐비티(595)를 갖는 용기로서 채용된다는 점에서, 전기 회로 장치(444)와 유사하다. 그러나, 전기 회로 장치(544)에서, 부르동 관(593)은 페라이트 봉(588)에 대향하는 그 단부에 플러그(597)를 포함하고, 따라서 부르동 관의 중공 캐비티(595)는 연료봉(6)의 내부 영역(536)과 유체 연통하지 않고, 내부 영역(536) 내의 주변 압력의 증가는 부르동 관(593)이 수축하게 한다. 부르동 관(493)은 플러그(597) 부근에서 지지부(586) 상에 지지되고, 따라서 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 갖는 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 송신 장치(585)가 부르동 관(593)을 포함하는 것을 제외하고, 압력 송신 장치(485)와 유사한 압력 송신 장치(585)를 포함하고, 이러한 부르동 관(593)의 중공 캐비티(595)는 내부 영역(536)과 유체 연통하지 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 갖는 공진 전기 회로(650)를 포함한다. 커패시터(654)는 유전체 재료(653)에 의해서 분리되는 플레이트(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 구체적으로는, 유전체(653)는 사실상 흡습성이고, 원자로(12)의 동작 중에 생성되는 핵분열 가스의 적어도 일부를 흡수하도록 구성된다. 유전체(653)에 의한 이러한 핵분열 가스의 흡수는 유전체(653)의 유전 상수를 변화시키고, 이는 커패시터(654)의 커패시턴스를 조정하고, 공진 전기 회로(650)에 의해 발생되는 응답 펄스(78)의 주파수에 대응하는 영향을 미친다. 이와 같이, 연료봉(6)의 내부 영역(36) 내의 주변 압력의 변화는 커패시터(654)의 커패시턴스에 대응하여 영향을 미치고, 그에 따라 마찬가지로 공진 전기 회로(650)에 의해 발생되는 응답 펄스(78)의 주파수에 대응하여 영향을 미친다. 응답 펄스(78)가 수신기(72)에 의해 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 테이블(30)과 함께 루틴(28)에 의해서 사용되는 신호를 전자 처리 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 고정 방식으로 위치되는 지지부(786)를 포함하고 가요성 밀봉부(782)를 더 포함하는 압력 송신 장치(785)를 포함한다. 더 구체적으로는, 커패시터(754)는 유전체 재료(753)가 사이에 개재된 플레이트(752A 및 752B)의 쌍을 포함한다. 플레이트(752A)는 지지부(786) 상에 위치되고, 가요성 밀봉부는 플레이트(752B)와 연료봉(6)의 내부 표면 사이에서 연장되어, 내부 영역(736)을, 다수의 연료 펠릿(738)이 내부에 위치되는 주 부분(781)과 인덕터(756), 플레이트(752A), 지지부(786), 및 유전체(753)가 내부에 위치되는 하위 영역(783)으로 분할한다. 지지부(786)는 강성이지만 내부에 형성된 다수의 개구부를 가지며, 따라서 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 플레이트(752B)가 플레이트(752A)에 대해서 이동하게 하고, 지지부(786) 상에 위치되는 판(752A)은 고정 상태로 유지된다. 유전체 재료(753)는, 플레이트(752A)에 대한 플레이트(752B)의 이동에 응답하여 적어도 부분적으로 가요성이 되도록 구성된다. 그러나, 플레이트(752A)에 대한 플레이트(752B)의 이러한 이동은 커패시터(754)의 커패시턴스의 변화를 초래한다. 이는, 주 부분(781) 내의 주변 압력의 변화의 결과로서 공진 전기 회로(750)에 의해 발생되는 응답 펄스(78)의 주파수의 대응하는 변화를 초래한다. 따라서, 내부 영역(736)의 주 부분(781) 내의 주변 압력의 변화는, 수신기(72)에 의해 수신되는 응답 펄스(78)의 주파수를 대응하여 변화시키고, 이러한 수신기는 결과적으로 신호를 전자 처리 장치(16)에 전달한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이어서, 전자 처리 장치(16)는, 그 루틴(28) 및 그 데이터 테이블(30)을 사용하여, 응답 펄스(78)의 주파수에 대응하고 내부 영역(736)의 주 부분(781) 내의 주변 압력을 나타내는 압력 값을 결정한다.
이와 같이, 연료 조립체(10)의 여러 연료봉(6) 내의 주변 압력, 중심선 연료 펠릿 온도, 및 연료 펠릿 신장과 같은 파라미터를 직접적으로 측정할 수 있는 다양한 전기 회로 장치가 제공된다는 것을 알 수 있다. 언급된 바와 같이, 전기 회로 장치 중 임의의 것은 구성요소 열화 및 온도 드리프트를 보상하기 위해서 사용될 수 있는 교정 회로를 포함할 수 있다. 연료봉(6)의 내부 영역 내의 중심선 연료 펠릿 온도, 연료 펠릿 신장, 및 주변 압력과 같은 파라미터의 직접적인 측정 이외에, 연료봉(6)의 복수의 동일한 파라미터를 간접적으로 그리고 동시에 나타내기 위해서, 특정 상황에서의 응답 펄스(78)가 그 피크 진폭, 주파수, 및 감쇠율과 관련하여 분석될 수 있는 것이 반복된다. 다른 변형이 명백할 것이다.
개시되고 청구된 개념에 따른 개선된 건식 캐스크 저장 시스템(DCSS)(802)의 제1 실시예가 도 14 내지 도 17에 전반적으로 도시되어 있다. DCSS(802)는 검출 장치(4)와 일부 유사성을 공유하는 검출 장치(804)를 포함한다. 검출 장치(804)는 DCSS(802)의 내부에 위치되고, DCSS(802)의 외부에 그리고 DCSS(802)로부터 아마도 떨어져 위치되는 전자 처리 장치(808)에 출력 신호를 제공하도록 구성된다.
DCSS(802)는 소정량의 사용후 핵 연료(SNF)(812)를 내부에 저장하도록 구성된다. 더 구체적으로는, DCSS(802)는, 검출 장치(802) 이외에, SNF(812)가 내부에 위치되는 용기(816) 및 용기(816)를 내부에 봉입하는 오버팩(820)을 포함한다. 용기(816)는, 대략 원통형 구성이고, 금속 재료로 제조되고 함께 부착되어 밀봉된 봉입체(enclosure)를 형성하는 원통형 측벽 구성요소 및 한 쌍의 원형 단부벽 구성요소를 갖는 벽(824)으로부터 형성된다. 특히, 용기(816)는 DCSS(802)를 둘러싸는 대기와의 연통으로부터 밀봉되는 제1 내부 영역(828)을 포함하도록 구성된다. SNF(812)는 제1 내부 영역(828) 내에 수용, 저장, 및 봉입된다.
오버팩(820)은, 콘크리트와 같은 시멘트질 재료로 형성되고 본체(832)를 함께 형성하는 측방향 환형 벽 구성요소 및 한 쌍의 원형 단부 벽 구성요소를 포함하는 본체(832)를 포함한다고 말할 수 있다. 오버팩(820)은 용기(816)가 수용되는 제2 내부 영역(836)을 갖도록 형성된다. 그러나, 도 16으로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 빈 공간의 영역인 환형부(840)가 본체(832)와 벽(824) 사이에 형성된다. 본체(832)는 제2 내부 영역(836)의 일부인 환형부(840)와 오버팩(820)의 외부 사이의 연통을 제공하는 내부에 형성된 다수의 개구부(844)를 갖는다.
도 15에 가장 잘 도시되는 바와 같이, 검출 장치(804)는 송신기 안테나(852)를 갖는 송신기(848), 수신기 안테나(860)를 갖는 수신기(856), 및 공진 전기 회로(868)를 포함하는 전기 회로 장치(864)를 포함한다고 말할 수 있다. 공진 전기 회로(868)는 제1 내부 영역(828) 내에 SNF(812)와 함께 위치되고, 용기(816) 내에서 그 내부에 봉입된다. 공진 전기 회로(868)는, 송신기(848)에 의해 발생되고 여기 펄스(74)와 유사한 여기 펄스(874)에 의해 인덕터(876)가 여기될 때 함께 공진 회로를 형성하는 커패시터(872) 및 인덕터(876)를 포함하는 다수의 회로 구성요소를 포함한다. 구체적으로, 여기 펄스(874)는 벽(824)을 통해 송신기 안테나(852)에 의해 송신되고, 인덕터(876)의 코일(882)을 여기시키며, 커패시터(872)와 함께 공진 회로를 형성한다. 그러나, 인덕터(876)는 유리하게는 높은 자기 투과율 및 높은 퀴리점(Curie point)을 갖는 특정 퍼민바(perminvar) 재료로 형성되는 코어(884)를 추가로 포함한다는 것에 유의한다. 도시되는 예시적인 실시예에서, 코어(884)를 형성하는 데 사용되는 퍼민바 재료는 미국 펜실베니아주 베슬레헴에 소재한 National Magnetics Group, Inc.에 의해 "M3"의 명칭으로 제조 및 판매되는 고온 NiZn 퍼민바 페라이트 재료이다. 이러한 특정 유형의 퍼민바는 유리하게는 온도의 변화에 응답하여 공지된 방식으로 변하는 자기 투과율을 갖는다. 이러한 관계는 페라이트 봉(188)과 관련하여 도 7에 도시되는 것과 유사하지만, 이는 코어(884)에도 동일하게 적용될 수 있다. 코어(884)의 자기 투과율은 온도에 따라 변하기 때문에, 공진 전기 회로(868)의 주파수는 유리하게는 제1 내부 영역(828) 내의 온도에 따라 대응하여 변한다.
공진 전기 회로(868)가 송신기(848)에 의해 발생되고 송신기 안테나(852)에 의해 벽(824)을 통해 송신되는 여기 펄스(874)에 의해 여기될 때, 공진 전기 회로(868)의 공진은 SNF(812)가 위치되는 용기(816)의 제1 내부 영역(828) 내의 온도에 직접 응답하고 이를 나타낸다. 송신기(848)로부터의 여기 펄스(874)에 응답하여, 공진 전기 회로(868)는 여기되고 응답 펄스(880)를 발생시키며, 이 응답 펄스의 주파수는, 전술한 바와 같이, 코어(884)의 가변 자기 투과율로 인해 제1 내부 영역(828)의 온도에 기초하는 공진 전기 회로(868)의 공진 주파수에 기초한다. 공진 전기 회로(868)에 의해 발생되는 응답 펄스(880)는 응답 펄스(80)와 유사하며, 전기 회로 장치(44)와 관련하여 도 5a 및 도 5b에 개략적으로 도시되는 바와 같이 피크 진폭, 주파수, 및 감쇠율과 같은 특성을 갖는 감쇠 사인파 형태이다. 응답 펄스(880)는 금속인 벽(824)을 통해 이동하는 자기장 신호의 형태로 송신되고, 제2 내부 영역(836) 내에 위치되지만 용기(816) 외부에 위치되는 수신기 안테나(860)에 의해 수신된다. 응답 펄스의 주파수는, 제1 내부 영역(828) 내의 온도를 결정하기 위해서, 벽(824)을 통한 전송을 위해 그리고 수신기(856)에 의한 검출을 위해 최적화되고, 도시되는 예시적인 실시예에서, 응답 펄스(880)는 약 1000 내지 2000 Hz 범위의 주파수를 갖지만, 본 개시내용의 사상 내에서 다른 주파수가 사용될 수 있다.
수신기(856)는, 수신기 안테나(860)로 응답 펄스(880)를 수신한 것에 응답하여, 전자 처리 장치(808)에 전달되는 출력을 발생시킨다. 출력은 커패시터(872) 및 인덕터(876)의 특성, 즉 자체적으로 제1 내부 영역(828) 내의 온도에 기초하는 공진 회로의 주파수에 기초하는 주파수와 같은 특징을 갖는다. 이는 전자 처리 장치(808)에 의해 그리고 출력으로부터 제1 내부 영역(828) 내에 존재하는 온도의 결정을 가능하게 한다. 온도는 이어서 전자 처리 장치(808)에 의해 예를 들어 기업 데이터 시스템에 전달되거나 또는 다른 방식으로 사용된다. 이와 관련하여, 온도의 함수로서의 코어(884)의 자기 투과율의 변화는 전형적으로 코어(884)를 형성하는 퍼민바 재료의 바람직하지 않은 특성이지만, 본 출원에서 온도에 따른 자기 투과율의 이러한 가변성은 유리하게는 제1 내부 영역(828) 내의 온도를 유리하게 나타내기 위해 공진 전기 회로(868)의 공진 주파수를 변화시키도록 채용된다는 것이 이해된다.
수신기 안테나(860)는, 수신기 안테나(860)가 송신기 안테나(852)와의 근접성으로 인해 더 조기에 여기 펄스(874)를 수신할 것이라는 점을 제외하고는, 공진 전기 회로(868)가 여기 펄스(874)를 수신하는 방식과 유사한 방식으로 여기 펄스(874)를 수신할 것이라는 점이 이해될 수 있다. 일반적으로, 여기 펄스(874)는 검출된 응답 펄스(880)보다 훨씬 더 큰 크기 및 에너지를 가지며, 검출 장치(804)는 수신기 안테나(860)에 의해 수신되는 여기 펄스(874)로 인한 수신기(856) 및 그 연관된 전자기기의 파괴를 회피하도록 유리하게 구성된다. 특히, 수신기(856)는 OFF 상태와 ON 상태 사이에서 전환가능한, 도 15에서 "G"로 표시된 게이팅 회로(888)의 예시적인 형태의 가변 게인 증폭기를 추가로 포함하는 것이 유리하다. OFF 상태에 있는 게이팅 회로(888)는 도시되는 예시적인 실시예에서 수신기 안테나(860)에 의해 수신되는 신호를 3자릿수만큼 약화시켜, 수신기 안테나(860)에 의해 수신될 때 여기 펄스(874)가 통상적으로 1볼트 정도의 출력을 초래하게 되면, 3자릿수만큼의 이러한 신호의 감쇠는 1밀리볼트 정도의 약화된 신호를 초래하게 된다. 따라서 게이팅 회로(888)는 유리하게는 여기 펄스(874)에 응답하여 검출 장치(804)의 파괴를 회피한다.
게이팅 회로(888)는 이어서 유리하게는 여기 펄스(874)의 개시 후 미리결정된 시간 기간에 OFF 상태로부터 ON 상태로 전환된다. 도시되는 예시적인 실시예에서, 게이팅 회로(888)는 여기 펄스의 개시 후 250 마이크로초에 OFF 상태로부터 ON 상태로 전환되지만, 본 개시내용의 사상 내에서 이러한 전술된 시간 기간보다 크거나 작은 다른 미리결정된 시간 기간이 채용될 수 있다는 것이 이해된다. 이 미리결정된 시간 기간 후인 게이팅 회로(888)가 OFF 상태에서 ON 상태로 전환되는 시점에, 수신기 안테나(860)에 의해 수신되는 응답 펄스(880)는 제1 내부 영역(828) 내의 온도를 결정하는 데 사용하기 위해 출력 신호로서 전자 처리 유닛(808)에 전달된다. 이와 같이, 게이팅 회로(888)는 여기 펄스(874)에 대응하는 수신기(856)로부터의 출력의 일부를 약화시키지만, 응답 펄스(880)가 수신기 안테나(860)에 의해서 검출되고 수신기(856)로부터의 출력 신호로서 제공될 수 있게 하기 위해서 여기 펄스(874) 후 미리결정된 시간 기간에 이러한 약화를 중단하며, 이러한 출력 신호는 제1 내부 영역(828) 내의 온도를 결정하기 위해 전자 처리 장치(808) 내로의 입력으로서 사용된다는 것을 알 수 있다.
도 17로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 도 14 및 도 16 내지 도 17에서 문자 "S"로 지정된 전기 회로 장치(864)는 용기(816) 내의 대략 중앙에 위치되고, 도 16으로부터 이는 SNF(812)의 상위 단부 부근에 위치되는 것으로 이해될 수 있다. 송신기(848)와 수신기(856)는 전기 회로 장치(864)에 대해 최적 위치에서 환형부(840) 내에 위치설정된다. 송신기(848)와 수신기(856)에 의해 형성되는 트랜시버와 전자 처리 장치(808) 사이의 개구부(844) 중 하나를 통해서 와이어(890)가 연장된다. 이와 같이, 전기 회로 장치(864)가 용기(816)의 제1 내부 영역(828) 내에 밀봉되는 동안, 송신기(848) 및 수신기(856)는 DCSS(802)의 외부와 연통하는 환형부(840) 내에 위치된다. 그에 따라, 전기 회로 장치(864)는 제1 내부 영역(828) 내의 온도를 나타내는 응답 펄스(880)를 발생시키는 자가-동력형 센서로서의 역할을 한다.
도 14 내지 도 17의 DCSS(802)와 대조적으로, DCSS(902)의 제2 실시예는 전자 처리 장치(908)와 통신하는 검출 장치(904)를 포함하는 것으로 도 18에 전반적으로 도시되어 있지만, 검출 장치(904)는 복수의 송신기, 수신기, 및 전기 회로 장치를 포함한다는 것에 유의한다. 더 구체적으로는, 도 18은 검출 장치(904)를 본 명세서에서 도면 부호 948로 집합적으로 또는 개별적으로 지칭될 수 있는 도면 부호 948A, 948B, 948C 및 948D로 지시되는 복수의 송신기를 포함하는 것으로 도시한다. 검출 장치(904)는, 일반적으로 도면 부호 956A, 956B, 956C, 및 956D로 지시되며 본 명세서에서 도면 부호 956로 집합적으로 또는 개별적으로 지칭될 수 있는 복수의 수신기를 더 포함한다. 검출 장치(904)는 추가로, 도면 부호 964A, 964B, 964C 및 964D로 지시되고 본 명세서에서 도면 부호 964로 집합적으로 또는 개별적으로 지칭될 수 있는 복수의 전기 회로 장치를 포함한다. 각각의 전기 회로 장치(964)는 전기 회로 장치(864)와 유사하며 송신기(948) 중 특정한 하나 및 수신기(956) 중 특정한 하나와 쌍을 이룬다. 특정 송신기(948)가 여기 펄스(874)와 유사한 여기 펄스를 발생시킬 때, 그 대응하는 전기 회로 장치(964)는 응답 펄스(880)와 유사하고 DCSS(902)의 용기(916)의 금속 벽(924)을 통해 자기장 신호의 형태로 전달되며 전자 처리 장치(908)에 전달되는 대응하는 출력을 발생시키는 대응하는 수신기(956)에 의해 검출되는 응답 펄스를 발생시킨다. 예를 들어, 송신기(948A)에 의해 발생되는 여기 펄스는 전기 회로 장치(964A)의 공진 전기 회로를 여기시키고, 전기 회로 장치는 이어서 수신기(956A)에 의해 검출되는 응답 펄스를 발생시킨다. 이와 관련하여, 송신기(948)는 순차적으로 트리거되어 여기 펄스를 차례로 발생시키며, 이는 순차적으로 대응하는 전기 회로 장치(964)에 의한 응답 펄스의 발생 및 전자 처리 장치(908)로의 전달을 위한 대응하는 수신기(956)에 의한 응답 펄스의 결과적인 검출을 초래할 것이라는 것이 이해된다. 이와 관련하여, 전기 회로 장치(964)는 도 18에서 DCSS(902)의 용기 내의 다양한 위치에 위치되고 "S1", "S2", "S3" 및 "S4"로 지정되는 것으로 도시되어 있음을 이해할 수 있다. 송신기/수신기 쌍(948 및 956)은 용기와 DCSS(902)의 오버팩 사이의 환형부에 위치된다.
검출 장치(904)는 수신기(956)에서 검출되는 다양한 응답 펄스를 서로 구별하기 위해 임의의 광범위한 디바이스 및 방법을 채용할 수 있다. 예를 들어, 각각의 수신기(956)는 게이팅 회로(888)와 유사한 게이팅 회로를 추가로 포함할 수 있고, 이 게이팅 회로는 대응하는 전기 회로 장치(964)로부터 수신된 신호만을 검출하여 전자 처리 장치(908)에 전달하기 위해 대응하는 송신기(948)에 의해 발생된 여기 펄스에 관하여 미리결정된 시간에 OFF 상태와 ON 상태 사이에서 전환될 수 있다. 수신기(956)에 의해 검출되는 다양한 신호를 구별하기 위해 타이밍, 서명 주파수 등에 기초한 다른 방법이 채용될 수 있다. 용기(916)를 가로지르는 여러 전기 회로 장치(964)의 위치설정은 유리하게는 용기(916)의 내부 내의 상이한 위치에서 상이한 온도가 검출될 수 있게 한다.
개선된 DCSS(1002)의 제3 실시예가 도 19 내지 도 21에 전반적으로 도시되어 있으며, 그 일부의 대안적인 구성이 도 22에 도시되어 있다. DCSS(1002)는 DCSS(1002)의 내부에 있으며 DCSS(1002)의 외부에 있는 전자 처리 장치(1008)에 신호를 전달하는 검출 장치(1004)를 포함한다. 검출 장치(1004)는 송신기 안테나(1052)를 갖는 송신기(1048) 및 수신기 안테나(1060)를 갖는 수신기(1056)를 포함한다. 검출 장치(1004)는, 일반적으로 도면 부호 1064A, 10064B, 1064C, 및 1064D로 지시되고 본 명세서에서 도면 부호 1064로 집합적으로 또는 개별적으로 지칭될 수 있는 복수의 전기 회로 장치를 더 포함한다. 전기 회로 장치(1064)는 전기 회로 장치(964) 및 전기 회로 장치(864)와 유사하다. 송신기 안테나(1052)와 수신기 안테나(1060)는 함께 안테나 장치(1062)를 형성한다.
도 21에서 이해할 수 있는 바와 같이, 송신기 안테나(1052)는 와이어의 다수의 제1 권선(1066)의 형태이며, 제1 권선(1066)은 환형 구성이다. 유사하게, 수신기 안테나(1060)는 마찬가지로 환형 구성인 와이어의 다수의 제2 권선(1070)의 형태이며, 제1 및 제2 권선(1066 및 1070)은 서로 중첩한다. 도시되는 예시적인 실시예에서, 송신기 안테나(1052)는 비교적 적은 권선을 갖는 비교적 두꺼운 와이어로 형성되는 반면, 수신기 안테나(1060)는 비교적 많은 턴(turn)을 갖는 비교적 얇은 와이어로 형성된다. 안테나 장치(1062)가 도 19에 도시되는 바와 같이 DCSS(1002)의 용기(1016) 위에 설치될 때, 안테나 장치(1062)는 용기(1016)의 일부(1074)를 둘러싼다.
도 20에서 이해할 수 있는 바와 같이, 전기 회로 장치(1064)는 용기(1016) 내의 다양한 위치에 위치된다. 송신기 안테나(1052)가 송신기(1048)에 의해 발생되고 여기 펄스(874)와 유사한 여기 펄스를 송신할 때, 여기 펄스는 각각의 전기 회로 장치(1064)의 공진 전기 회로를 여기시켜 각각의 전기 회로 장치가 응답 펄스(880)와 유사하고 용기(1016)의 벽(1024)을 통해 자기장 신호로서 전달되며 수신기 안테나(1060)에 의해 검출되는 응답 펄스를 발생시키게 한다. 수신기(1056)는 이어서 전자 처리 장치(1008)에 제공되고 다양한 전기 회로 장치(1064)가 용기(1016)의 내부에 위치되는 위치의 다양한 온도를 나타내는 출력을 발생시킨다. 복수의 전기 회로 장치(1064)로부터의 신호가 단일 수신기 안테나(1060)에 의해 수신되기 때문에, 어떤 전기 회로 장치(1064)가 어떤 응답 펄스를 발생시켰는지를 결정하기 위해 하나의 응답 펄스를 다른 응답 펄스와 구별하기 위해 다양한 기술이 채용될 수 있다. 예를 들어, 주파수 서명이 여러 전기 회로 장치(1064)에 채용될 수 있거나, 여기 펄스의 발생과 응답 펄스의 수신 사이의 알려진 시간 지연 또는 또 다른 기술이 채용될 수 있다. 또한 수신기(1056)는 수신기 안테나(1060)에 의해 수신되는 여기 펄스로 인한 검출 장치(1004)의 파괴를 회피하기 위해 필요에 따라 게이팅 회로(888)와 같은 게이팅 회로를 포함할 수 있다는 것에 유의한다.
도 22는 안테나 장치(1062) 대신에 DCSS(1002)에 채용될 수 있는 대안적인 안테나 장치(1162)를 도시한다. 안테나 장치(1162)는 송신기 안테나로서 사용 가능한 다수의 제1 권선(1166) 및 수신기 안테나로서 사용 가능한 다수의 제2 권선(1160)을 포함하지만, 제1 및 제2 권선(1166 및 1170)은 서로 중첩되기 보다는 나란히 위치된다. 이와 같이, 안테나 장치(1162)가 용기(1016) 상에 설치될 때 제1 권선(1166)은 용기(1016)의 일 부분(1174A)을 둘러싸는 반면 제2 권선(1170)은 용기(1016)의 다른 부분(1174B)을 둘러싼다. 이러한 구성은 DCSS(1002)에 채용되는 전기 회로 장치(1164)들 사이에 훨씬 더 큰 구별을 제공할 수 있으며, 이들 중 2개가 도 22에 도시되어 있다.
더 유리하게는, DCSS(802), DCSS(902), 및 DCSS(1002)는 각각 압력을 측정하기 위한 전술한 구조들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 커패시터(654)가 커패시터(872) 대신에 사용될 수 있거나, 제1 내부 영역(828) 내의 주변 압력을 나타내는 응답 펄스를 제공하기 위해 그 커패시턴스가 온도에 따라 변하지 않는 커패시터(654)가 인덕터와 함께 별개의 공진 회로에 채용될 수 있다. 유사하게, 전술한 압력 송신 장치(385, 485, 585, 및 785) 중 임의의 것은 예를 들어 제1 내부 영역(828) 내의 주변 압력을 검출하기 위해 검출 장치(804, 904, 및 1004) 중 임의의 것에 통합될 수 있다. 다시, 이러한 압력 송신 장치(385, 485, 585, 및 785)가, 예를 들어, 전기 회로 장치(864, 964, 및 1064)에 추가하여, 여기 펄스에 응답하여 별개의 응답 펄스를 발생시키는 별개의 디바이스로서 제공될 수 있다. 이들은 예를 들어 각각의 이러한 압력 송신 장치를 위한 특징 주파수를 제공하거나 압력 송신 장치를 개별적으로 여기시키는 개별 여기 펄스를 제공하는 것 같은 다양한 방식에 의해 통합될 수 있다. 다른 예가 명백할 것이다.
이와 같이, DCSS의 용기의 내부 내의 온도를 검출하기 위해 온도에 따라 공지된 방식으로 변하는 자기 투과율을 갖는 코어(884)의 유리한 사용이 매우 유리하다는 것을 알 수 있다. 또한, 커패시터(654) 또는 압력 송신 장치(385, 485, 585, 및 785) 중 임의의 것의 통합은 DCSS의 용기의 내부 내의 주변 압력의 검출을 유리하게 가능하게 하며, 이 또한 매우 유리하다. 기타 장점이 명백할 것이다.
본 발명의 특정 실시예에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 개시내용의 전체 교시의 관점에서, 이 세부사항들에 대한 다양한 변형과 대안이 개발될 수 있다는 것을 통상의 기술자는 이해할 것이다. 따라서, 개시된 특정 실시예는 단지 예시이며 첨부된 청구범위 및 그 임의의 및 모든 등가물의 전체 범위가 제공되는 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

Claims (14)

  1. 소정량의 사용후 핵 연료(SNF)를 내부에 수용하도록 구성되는 건식 캐스크 저장 시스템(DCSS)이며, DCSS는,
    금속 재료로 형성되고 제1 내부 영역을 갖도록 형성되는 벽을 갖는 용기로서, 제1 내부 영역은 SNF를 내부에 수용하도록 구성되는, 용기;
    시멘트질 재료로 형성되고 제2 내부 영역을 갖도록 형성되는 오버팩으로서, 용기는 제2 내부 영역에 수용되는, 오버팩;
    DCSS의 외부에 위치되는 전자 처리 장치와 협력할 수 있는 검출 장치로서, 검출 장치는 송신기, 전기 회로 장치, 및 수신기를 포함하는, 검출 장치를 포함하고;
    송신기는 제2 내부 영역 내부에 그리고 용기 외부에 위치설정되고, 여기 펄스를 발생시키도록 그리고 여기 펄스를 벽을 통해서 제1 내부 영역 내로 송신하도록 구성되고;
    전기 회로 장치는, 제1 내부 영역 내에 위치되고 여기 펄스에 응답하여 응답 펄스를 발생시키도록 그리고 제1 내부 영역으로부터 벽을 통해서 이동하도록 구성되는 자기장 신호 형태의 응답 펄스를 송신하도록 구성되는 공진 전기 회로를 갖고;
    공진 전기 회로는 복수의 회로 구성요소를 포함하고, 복수의 회로 구성요소 중 적어도 하나의 회로 구성요소는, 제1 내부 영역 내의 상태에 응답하여 변화하도록 구성되고, 상기 상태의 변화에 응답하여, 특성 및 응답 펄스가 상기 상태의 변화에 따라 변화하게 하고 상기 상태를 나타내게 하도록 구성되는 특성을 가지며;
    수신기는 제2 내부 영역 내부 그리고 용기 외부에 위치되고, 수신기는 응답 펄스를 수신하고 응답 펄스에 응답하여 출력을 전자 처리 장치에 전달하도록 구성되는 건식 캐스크 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 회로 구성요소는, 상기 상태에 응답하여 변하도록 구성되고, 상기 상태의 변화에 응답하여, 응답 펄스가 상기 상태에 따라 변하는 주파수를 갖게 하도록 구성되는 인덕턴스를 갖는 인덕터를 포함하는 건식 캐스크 저장 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 제1 내부 영역은 온도를 갖고, 인덕터는 코어를 가지며, 코어는 상기 온도에 응답하여 변하도록 구성되는 투과율을 가지며 상기 온도의 변화에 응답하여 그 투과율이 변화되어 인덕턴스를 변화시키고 결과적으로 응답 펄스가 온도에 따라 변하는 주파수를 갖게 하도록 구성되는 건식 캐스크 저장 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 수신기는 전기 회로 장치로부터 응답 펄스를 수신하기 전에 송신기로부터 여기 펄스를 수신하도록 구성되고, 검출 장치는 상기 출력으로부터 여기 펄스에 응답하는 출력의 일부를 약화시키도록 구성되는 게이팅 회로를 더 포함하는 건식 캐스크 저장 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 게이팅 회로는 상기 출력으로부터 여기 펄스에 응답하는 출력의 일부를 약화시키는 OFF 상태와 게이팅 회로가 출력의 약화를 중단하는 여기 펄스의 발생 후 미리결정된 시간 기간에서의 ON 상태 사이에서 전환될 수 있는 건식 캐스크 저장 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    검출 장치는 다른 송신기, 다른 전기 회로 장치, 및 다른 수신기를 더 포함하고,
    다른 송신기는, 제2 내부 영역 내부에 그리고 용기 외부에 위치설정되고, 여기 펄스의 발생에 후속하여 다른 여기 펄스를 발생시키도록 그리고 상기 다른 여기 펄스를 벽을 통해서 제1 내부 영역 내로 송신하도록 구성되고;
    다른 전기 회로 장치는, 제1 내부 영역 내에 위치되고, 상기 다른 여기 펄스에 응답하여 다른 응답 펄스를 발생시키도록 그리고 제1 내부 영역으로부터 벽을 통해서 이동하도록 구성되는 다른 자기장 신호 형태의 상기 다른 응답 펄스를 송신하도록 구성되는 다른 공진 전기 회로를 가지며;
    다른 수신기는 제2 내부 영역 내부에 그리고 용기 외부에 배치되고, 다른 수신기는 상기 다른 응답 펄스를 수신하고 상기 응답 펄스에 응답하여 다른 출력을 전자 처리 장치에 전달하도록 구성되는 건식 캐스크 저장 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    검출 장치는 다른 전기 회로 장치를 더 포함하고,
    다른 전기 회로 장치는, 제1 내부 영역 내에 위치되고, 여기 펄스에 응답하여 다른 응답 펄스를 발생시키도록 그리고 제1 내부 영역으로부터 벽을 통해서 이동하도록 구성되는 다른 자기장 신호 형태의 상기 다른 응답 펄스를 송신하도록 구성되는 다른 공진 전기 회로를 가지며;
    수신기는, 응답 펄스 및 상기 다른 응답 펄스 양자 모두를 수신하고, 응답 펄스 및 상기 다른 응답 펄스에 응답하는 출력 신호를 출력으로서 전자 처리 장치에 전달하도록 구성되는 건식 캐스크 저장 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 송신기는 송신기 안테나를 포함하고, 수신기는 수신기 안테나를 포함하며, 송신기 안테나 및 수신기 안테나 중 적어도 하나는 용기의 일부 주위에 연장되는 환형 구성의 다수의 권선을 포함하는 건식 캐스크 저장 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 송신기는 송신기 안테나를 포함하고, 수신기는 수신기 안테나를 포함하고, 송신기 안테나는 환형 구성인 다수의 제1 권선을 포함하며, 수신기 안테나는 환형 구성인 다수의 제2 권선을 포함하는 건식 캐스크 저장 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 다수의 제1 권선 및 다수의 제2 권선은 용기의 일부를 둘러싸는 건식 캐스크 저장 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 공진 전기 회로 및 다른 공진 전기 회로는 양자 모두 다수의 제1 권선 및 다수의 제2 권선에 의해 둘러싸이는 용기의 일부의 내부 및 그에 인접하는 곳 중 하나에 위치되는 건식 캐스크 저장 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 다수의 제1 권선은 용기의 제1 부분을 둘러싸고, 다수의 제2 권선은 용기의 제2 부분을 둘러싸며, 공진 전기 회로 및 다른 공진 전기 회로는 용기의 제1 부분 및 용기의 제2 부분 중 적어도 하나 내에 위치되는 건식 캐스크 저장 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 검출 장치는 제1 내부 영역 내의 주변 압력을 나타내는 펄스를 응답 펄스로서 출력하도록 구성되는 압력 송신 장치를 포함하는 건식 캐스크 저장 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 복수의 회로 구성요소는 커패시턴스가 제1 내부 영역 내의 주변 압력에 따라 변하는 커패시터를 포함하고, 공진 전기 회로는 제1 내부 영역 내의 주변 압력을 나타내는 펄스를 응답 펄스로서 출력하도록 구성되는 건식 캐스크 저장 시스템.
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