NL9200161A

NL9200161A - Turbine meter for a nuclear coolant stream

Info

Publication number: NL9200161A
Application number: NL9200161A
Authority: NL
Original assignee: Kema Nv
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1992-01-29
Publication date: 1993-07-16

Abstract

Coolant stream 900 in the core 103 of a natural- circulation boiling-water reactor 100 is monitored by means of a radioactive-radiation detector 208 and a turbine arrangement 204 comprising a rotor 304 which is able to modulate the flux 206 of the radioactive radiation onto the detector. The turbine rotor can be installed in a fuel element 104, while the detector can be placed in an adjacent instrumentation tube 320. A wafer accommodated in the turbine rotor contains material 308 capable of emitting prompt gamma radiation. Neutrons emitted during normal operation of the reactor activate the material in the wafer in the rotor, resulting in the emission of prompt gamma radiation. The radiation detector detects 602 variations in the gamma field if the turbine rotor arrangement is set in rotation by the coolant stream 900. The coolant stream flow rate is then calculated 603 from the rate of these variations. <IMAGE>

Description

TURBINE-METES VOOR EEN NUCLEAIRE KOELMIDDELSTROOMTURBINE METES FOR A NUCLEAR COOLANT FLOW

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het meten van het vloeistofdebiet in bijv. een kokend-waterreactor, en meer in het bijzonder op een vloeistofstroom-meter waarbij een turbine-rotor wordt gebruikt. Een belangrijk doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een meer geschikte meting van een koelmiddelstroom in een reactorvat van een kernreactor.The present invention relates to measuring the liquid flow rate in, for example, a boiling water reactor, and more particularly to a liquid flow meter using a turbine rotor. An important object of the present invention is to provide a more suitable measurement of a coolant flow in a reactor vessel of a nuclear reactor.

Kernreactoren genereren warmte door splijting van radioactieve elementen zoals uraniumisotopen (U-233, U-235) en plutoniumisotopen (Pu-239, Pu-241)# die zijn opgenomen in brandstofelementen in de reactorkern. In kokend-waterreacto-ren (BWRs) wordt deze warmte gebruikt om water van vloeistof in stoom om te zetten. De stoom wordt naar een stoomturbine geleid, die een generator kan aandrijven voor het opwekken van elektriciteit. Het niet in stoom omgezette water wordt door de kern gerecirculeerd.Nuclear reactors generate heat by fission of radioactive elements such as uranium isotopes (U-233, U-235) and plutonium isotopes (Pu-239, Pu-241) # contained in fuel elements in the reactor core. In boiling water reactors (BWRs), this heat is used to convert water from liquid to steam. The steam is fed to a steam turbine, which can power a generator for generating electricity. The water not converted into steam is recycled through the core.

Het uitgangsvermogen van de reactor moet variëren om te voldoen aan variërende belastingen. Als het reactorvermogen toeneemt, is een grotere koelmiddelstroom vereist. Bij een onvoldoende koelmiddelstroom kunnen de brandstofelementen beschadigen, omdat ze een isolerende laag stoom rond de brandstofstaven in de bundel kan vormen. De isolerende laag doet afbreuk aan de warmteoverdracht en veroorzaakt een toename van de temperatuur in de brandstofstaaf. De hoge temperatuur en de stoomlaag veroorzaken een snelle oxidatie van de bekleding van de brandstofstaven. Als gevolg van de oxidatie wordt de bekleding bros en kan breuk vertonen. Een daaruit voortvloeiende breuk van de bekleding stelt splijtstof bloot aan het koelmiddel. De brandstof kan dan door uitlogen in het koelmiddel geraken, dat op zijn beurt in de brandstofstaaf kan binnendringen en de brandstof verder eroderen. De gevolgen kunnen zijn het verlies van brandstof en een toegenomen verontreiniging van reactorcomponenten met radioactieve brandstof.The reactor power output must vary to meet varying loads. As the reactor power increases, a larger coolant flow is required. Inadequate coolant flow can damage the fuel elements as it can form an insulating layer of steam around the fuel rods in the bundle. The insulating layer impairs heat transfer and causes an increase in the temperature in the fuel rod. The high temperature and the steam layer cause rapid oxidation of the coating of the fuel rods. As a result of the oxidation, the coating becomes brittle and can break. A resultant breakage of the cladding exposes nuclear fuel to the coolant. The fuel can then leach into the coolant, which in turn can penetrate the fuel rod and further erode the fuel. The consequences could be fuel loss and increased contamination of reactor components with radioactive fuel.

Om een dergelijk brandstofverlies en vervuiling te voorkomen, moet het debiet van het koelmiddel bij de brandstofelementen worden gevolgd, opdat de juiste maatregelen kunnen worden genomen wanneer de stroming van het koelmiddel te laag wordt. Een werkwijze voor het volgen van de stroming van het koelmiddel is het meten van de drukval over een onderste roosterplaat van de kern. De gemeten drukval kan dan worden omgerekend naar een stromingsdebiet. In reactoren met een lage drukval, zoals kokend-waterreactoren met natuurlijke circulatie (NCBWRs) is de nauwkeurigheid van de drukval-methode voor het volgen van het debiet van het koelmiddel echter beperkt. Kokend-waterreactoren met natuurlijke circulatie, die voor de circulatie van koelmiddel berusten op convectie in plaats van op pompen, bieden significante voordelen op het gebied van reactor-economie, betrouwbaarheid en veiligheid.To avoid such fuel loss and contamination, the flow rate of the coolant at the fuel elements must be monitored so that proper action can be taken if the flow of the coolant becomes too low. A method of monitoring the flow of the coolant is to measure the pressure drop across a bottom grating plate of the core. The measured pressure drop can then be converted to a flow rate. However, in low pressure drop reactors, such as natural circulation boiling water reactors (NCBWRs), the accuracy of the pressure drop method for monitoring the flow rate of the refrigerant is limited. Natural circulation boiling water reactors, which rely on convection instead of pumps for the circulation of refrigerant, offer significant advantages in terms of reactor economy, reliability and safety.

Een andere methode voor het volgen van het debiet van koelmiddel is het gebruiken van elektro-magnetische pulsen.Another method of monitoring the flow of coolant is to use electromagnetic pulses.

In de inlaat van een brandstofelement wordt een metalen turbine-rotor aangebracht. Het vloeibare water dat door de inlaat stroomt, laat de rotor draaien. De rotatie van de rotor wekt magnetische pulsen op. Een elektrisch geleidende spoel in de nabijheid van de rotor zet de magnetische pulsen om in elektrische pulsen. De snelheid waarmee de pulsen worden opgewekt komt overeen met de rotatiesnelheid van de turbine. Het stromingsdebiet van het koelmiddel kan worden berekend uit de rotatiesnelheid van de turbine.A metal turbine rotor is placed in the inlet of a fuel element. The liquid water flowing through the inlet rotates the rotor. The rotation of the rotor generates magnetic pulses. An electrically conductive coil in the vicinity of the rotor converts the magnetic pulses into electric pulses. The speed at which the pulses are generated corresponds to the rotation speed of the turbine. The flow rate of the coolant can be calculated from the rotational speed of the turbine.

De spoel moet daartoe worden geplaatst binnen een paar millimeter van de turbine-rotor teneinde een puls te ontvangen die sterk genoeg is om de puls-generatiesnelheid te kunnen bepalen. Vanwege de dichte nabijheid van de spoel moet deze binnen het brandstofelement zelf worden geplaatst. Signaalleidingen die de elektrische pulsen van de spoel naar een controlekamer leiden moeten dan worden bevestigd aan de brandstofelementen. De leidingen maken de elementen moeilijk hanteerbaar, wat het opnieuw inbrengen van brandstof bemoeilijkt. De leidingen die zich vanuit de elementen uitstrekken zijn gevoelig voor beschadiging en raken gemakkelijk in de war, wat lastig kan zijn. Om deze redenen zijn turbine-stromingsmeters beperkt gebleven tot experimentele bundels zijn deze niet routinematig gebruikt.To do this, the coil must be placed within a few millimeters of the turbine rotor in order to receive a pulse strong enough to determine the pulse generation speed. Due to the close proximity of the coil, it must be placed within the fuel element itself. Signal lines leading the electrical pulses from the coil to a control room must then be attached to the fuel elements. The pipes make the elements difficult to handle, making it difficult to re-insert fuel. The pipes that extend from the elements are prone to damage and easily tangle, which can be tricky. For these reasons, turbine flowmeters have been limited to experimental beams and have not been used routinely.

Waar behoefte aan bestaat is een verbeterd systeem voor het meten van de stroming van koelmiddel door brandstofstaven in NCBWRs en andere reactoren met een beperkte drukval. Bij voorkeur moet een dergelijk systeem niet interfereren met het vervangen van brandstofelementen. Daarenboven moet het systeem betrekkelijk ongevoelig voor beschadigingen zijn.What is needed is an improved system for measuring coolant flow through fuel rods in NCBWRs and other reactors with limited pressure drop. Preferably, such a system should not interfere with the replacement of fuel elements. In addition, the system must be relatively insensitive to damage.

Overeenkomstig de onderhavige uitvinding detecteert een stralingsdetector modulaties in een stralingsveld, die voortkomen uit de door een vloeistofstroming geïnduceerde rotatie van een turbine-rotor. De turbine-rotor kan een ruimtelijk inhomogene verdeling van kern-actief materiaal omvatten, dat radioactieve straling genereert dan wel absorbeert.In accordance with the present invention, a radiation detector detects modulations in a radiation field resulting from the rotation of a turbine rotor induced by a liquid flow. The turbine rotor can comprise a spatially inhomogeneous distribution of nuclear material, which generates or absorbs radioactive radiation.

De turbine-rotor kan worden geplaatst bij de inlaat van het koelmiddel van en brandstofelement, alwaar de stroming van het koelmiddel de rotor in rotatie brengt. Het kern-actieve materiaal is bij voorkeur langs slechts een deel van de omtrek van de turbine-rotor aangebracht, zodat rotatie van de rotor een regelmatige modulatie van het stralingsveld veroorzaakt. De modulaties kunnen op verscheidene centimeters afstand worden gedetecteerd, waardoor de kernstralingsdetector buiten het brandstofelement kan worden geplaatst. Een omvormer, zoals een frequentie-analysator, vertaalt het uitgangssignaal van de detector in een flux-oscillatiesnelheid die correspondeert met de omwentelings-snelheid van de rotor. De omwentelingssnelheid van de rotor levert het koelmiddeldebiet.The turbine rotor can be placed at the inlet of the coolant from a fuel element, where the flow of the coolant rotates the rotor. The nuclear active material is preferably arranged along only part of the circumference of the turbine rotor, so that rotation of the rotor causes regular modulation of the radiation field. The modulations can be detected several centimeters away, allowing the nuclear radiation detector to be placed outside the fuel element. An inverter, such as a frequency analyzer, translates the detector's output signal into a flux oscillation rate corresponding to the rotational speed of the rotor. The rotational speed of the rotor provides the coolant flow rate.

In het kader van deze aanvrage omvat de aanduiding "kern-actief" zowel materialen die kernstraling absorberen, als materialen die dergelijke straling uitzenden, voor zover de absorptie of de emissie een detecteerbare modulatie in het gedetecteerde stralingsveld bewerkstelligt.In the context of this application, the term "nuclear active" includes both materials that absorb nuclear radiation and materials that emit such radiation, insofar as the absorption or the emission causes a detectable modulation in the detected radiation field.

Emitterend kernmateriaal kan zodanig worden gekozen, dat het in de kern radioactief gemaakt zal worden door de vangst van thermische neutronen die worden geproduceerd door de werking van de reactor zelf, of het emitterend kernmateriaal kan radioactief worden gemaakt voorafgaande aan installatie in de reactor. Door een materiaal te kiezen dat radioactief wordt bij neutronenvangst in de reactorkern kan de gebruiker het voor zijn doeleinden geschikte moment van activering kiezen. Met de keuzen van een bronmateriaal dat direct na neutronvangst gammastralen uitzendt, die prompte gammastralen worden genoemd, verzekert men zich ervan dat de emissie van straling zal plaatsvinden bij blootstellen van de kern aan thermische neutronen. Als alternatief kan ook een bronmateriaal worden gekozen, dat na neutronvangst vertraagde gammastralen uitzendt, als een vertraagde activering in de kern aanvaardbaar is. Materialen met een relatief hoge werkzame doorsnede voor neutronvangst moeten worden gebruikt om de produktie van voldoende gammastralen voor detectie zeker te stellen.Emissive core material can be selected so that it will be made radioactive in the core by the capture of thermal neutrons produced by the operation of the reactor itself, or the emissive core material can be made radioactive prior to installation in the reactor. By choosing a material that becomes radioactive upon neutron capture in the reactor core, the user can choose the appropriate moment of activation for his purpose. Choices of a source material that emits gamma rays immediately after neutron capture, called prompt gamma rays, ensure that radiation emissions will occur upon exposure of the core to thermal neutrons. Alternatively, a source material which emits delayed gamma rays after neutron capture can also be selected if delayed activation is acceptable in the core. Materials with a relatively high neutron capture cross section should be used to ensure the production of sufficient gamma rays for detection.

Een kernmateriaal met vertraagde emissie kan ook vooraf worden geactiveerd door gebruikmaking van een andere reactor of een deeltjesversneller voorafgaande aan de installatie in de reactorkern. Met deze werkwijze verzekert men zich van een bronstraling geschikt is voor onmiddellijke detectie na opname in de reactor.A delayed emission core material can also be pre-activated using another reactor or a particle accelerator prior to installation in the reactor core. This method ensures that a source radiation is suitable for immediate detection after incorporation into the reactor.

Als alternatief kan een kern-actief materiaal dat neutronen absorbeert, worden gekozen. Een in de rotor ingebedde sterke neutronen-absorber kan het lokale neu-tronveld nabij de turbine verlagen, hetgeen modulaties in het neutronveld veroorzaakt wanneer de rotor roteert. Een neutrongevoelige detector kan de modulaties detecteren. De omwentelingssnelheid van de turbine en dus het debiet van het koelmiddel kunnen worden berekend uit de modulatie van het neutronveld.Alternatively, a core active material that absorbs neutrons can be selected. A strong neutron absorber embedded in the rotor can lower the local neutron field near the turbine, causing modulations in the neutron field as the rotor rotates. A neutron sensitive detector can detect the modulations. The revolution speed of the turbine and thus the flow rate of the coolant can be calculated from the modulation of the neutron field.

De penetratie van gamma- en neutronvelden kan veel groter zijn dan die van de magnetische velden, die overeenkomstig de stand van de techniek door de beweging van de rotor worden gegenereerd. Dientengevolge kan de stralings-detector op een grotere ruimtelijke afstand van het turbine-samenstel worden geplaatst dan detectoren voor het magnetische veld. Onder praktijk-omstandigheden kan de detector op centimeters afstand van de stralingsbron worden geplaatst, in tegenstelling tot de millimeters die worden vereist door de met een magnetisch veld werkende stromingsmeter. Het grotere bereik van de detector maakt het mogelijk, dat de detector buiten de brandstofelementen wordt geplaatst; deze kan worden geplaatst in de door de kern heen en weer stekende meetkop, samenstel van instrumenten dat al in veel reactorkernen is opgenomen.The penetration of gamma and neutron fields can be much greater than that of the magnetic fields generated according to the prior art by the movement of the rotor. As a result, the radiation detector can be placed at a greater spatial distance from the turbine assembly than magnetic field detectors. Under practical conditions, the detector can be placed centimeters away from the radiation source, as opposed to the millimeters required by the magnetic field flow meter. The wider range of the detector allows the detector to be placed outside the fuel elements; it can be placed in the measuring head, which reciprocates through the core, assembly of instruments that is already included in many reactor cores.

Hoewel het gebruik van radioactieve straling om de stroming van een koelmiddel te meten in sommige omgevingen problemen kan opwerpen, zijn deze nadelen minimaal in een reactorkern. Aldus verschaft de onderhavige uitvinding een stromingsmeter voor koelmedium die geschikt is om te werken in een omgeving met een lage drukval zoals in een NCBWR. Verder maakt de stromingsmeter gebruik van detectie op voldoende afstand, zodat geen aansluitingen vanaf de brandstofelementen zijn vereist. Aldus kunnen de brandstofelementen worden verwisseld zonder de leidingen van de stromingsmeter te manipuleren of te beschadigen. Deze en andere aspecten en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen in de navolgende beschrijving worden verduidelijkt onder verwijzing naar de tekeningen.Although the use of radioactive radiation to measure the flow of a coolant may pose problems in some environments, these drawbacks are minimal in a reactor core. Thus, the present invention provides a cooling medium flow meter suitable for operating in a low pressure drop environment such as in an NCBWR. Furthermore, the flow meter uses detection at a sufficient distance, so that no connections from the fuel elements are required. Thus, the fuel elements can be changed without manipulating or damaging the flow meter conduits. These and other aspects and advantages of the present invention will be elucidated in the following description with reference to the drawings.

Figuur 1 is een schematische doorsnede van een reactor met een inlaatsamenstel voor brandstofelementen met een stromingsmeter overeenkomstig de onderhavige uitvinding.Figure 1 is a schematic sectional view of a reactor with a fuel element inlet assembly with a flow meter according to the present invention.

Figuur 2 is een blokdiagram van het systeem van de uitvinding zoals dat wordt toegepast in de reactor van figuur 1.Figure 2 is a block diagram of the system of the invention as used in the reactor of Figure 1.

Figuur 3 is een vergroot detailaanzicht van een brandstof element- inlaat van de reactor uit figuur 1, waarbij meer in het bijzonder een uitvoeringsvoorbeeld van de stromingsmeter volgens de onderhavige uitvinding wordt geïllustreerd.Figure 3 is an enlarged detail view of a fuel element inlet of the reactor of Figure 1, more particularly illustrating an exemplary embodiment of the flow meter of the present invention.

Figuur 4A is een schematische voorstelling van een rotor van een stromingsmeter die wordt geplaatst in een brandstofelement-inlaat uit de figuren 1 en 3, met een wafer van vooraf geactiveerd kern-actief materiaal met vertraagde emissie van gammastraling, overeenkomstig de onderhavige uitvinding.Figure 4A is a schematic representation of a flow meter rotor placed in a fuel element inlet of Figures 1 and 3, with a wafer of preactivated nuclear material with delayed gamma-ray emission, in accordance with the present invention.

Figuur 4B is een schematische voorstelling van een alternatieve rotor van een stromingsmeter die wordt geplaatst in een brandstofelement-inlaat uit de figuren 1 en 3, met een wafer van radioactief materiaal met vertraagde emissie van gammastraling, overeenkomstig de onderhavige uitvinding.Figure 4B is a schematic of an alternative flowmeter rotor placed in a fuel element inlet of Figures 1 and 3, with a wafer of radioactive material with delayed gamma-ray emission, in accordance with the present invention.

Figuur 4C is een schematische voorstelling van een andere alternatieve rotor van een stromingsmeter die wordt geplaatst in een brandstofelement-inlaat uit de figuren 1 en 3, met een wafer van een neutronen-absorberend kern-actief materiaal overeenkomstig de onderhavige uitvinding.Figure 4C is a schematic of another alternative flowmeter rotor placed in a fuel element inlet of Figures 1 and 3, with a wafer of a neutron absorbing nuclear active material in accordance with the present invention.

Figuur 5A is een schematische voorstelling van een deel van de dwarsdoorsnede van de kern van een kernreactor langs het vlak 5A uit figuur 1.Figure 5A is a schematic representation of part of the cross section of the core of a nuclear reactor along the plane 5A of Figure 1.

Figuur 5B is een vergroting van een deel van figuur 5A, die meer in het bijzonder de configuratie toont van brandstof staven, regelstaven en instrumentatiebuizen in de kern van de reactor uit figuur 1.Figure 5B is an enlargement of part of Figure 5A, more particularly showing the configuration of fuel rods, control rods and instrumentation tubes in the core of the reactor of Figure 1.

Figuur 6 is een stroomdiagram van de opeenvolgende stappen van een werkwijze volgens de onderhavige uitvinding zoals die in de praktijk wordt toegepast in de context van de reactor uit figuur 1.Figure 6 is a flow chart of the successive steps of a process of the present invention as practiced in the context of the reactor of Figure 1.

Figuur 7 is een stroomdiagram van de opeenvolgende stappen van een alternatieve werkwijze volgens de onderhavige uitvinding, zoals die in de praktijk wordt toegepast in de context van de reactor uit figuur 1.Figure 7 is a flow chart of the subsequent steps of an alternative method of the present invention as practiced in the context of the reactor of Figure 1.

Figuur 8 is een stroomdiagram van de opeenvolgende stappen van een alternatieve werkwijze overeenkomstig de onderhavige uitvinding, zoals die in de praktijk wordt toegepast in de context van de reactor uit figuur 1.Figure 8 is a flow chart of the successive steps of an alternative process according to the present invention as practiced in the context of the reactor of Figure 1.

De onderhavige uitvinding wordt in de praktijk toegepast in de context van een kernreactor 100, zoals getoond in figuur 1. Een reactorvat 102 biedt plaats aan brandstofelementen 104, die splijtbaar materiaal bevatten. De reactorkern 103 wordt gevormd door de brandstofelementen 104 die worden gerangschikt en ondersteund in het vat door een bovenste geleider 106. Een kernplaat 108 voorziet in zijwaartse ondersteuning voor regelstaven 110. De regelstaven 110 kunnen worden gebracht in en uit ruimtes tussen de brandstofelementen 104 door middel van regelstaafaandrijvin-gen 112. Toezicht op de kern wordt gerealiseerd met een heen en weer bewegende meetkop 132.The present invention is practiced in the context of a nuclear reactor 100, as shown in Figure 1. A reactor vessel 102 accommodates fuel elements 104 containing fissile material. The reactor core 103 is formed by the fuel elements 104 which are arranged and supported in the vessel by an upper guide 106. A core plate 108 provides lateral support for control rods 110. The control rods 110 can be introduced into and out of spaces between the fuel elements 104 by of control rod drives 112. Core monitoring is accomplished with a reciprocating measuring head 132.

In reactor 100 is water het koelmiddel. De koelmiddel-stroming 900 in de kern 103 en de produktie van stoom in reactor 100 vinden plaats op de volgende manier. Water 910 in vloeistofvorm komt in het vat door een koelmiddel-inlaat 116 en komt in de brandstofelement-inlaat 118. Als het water in vloeistofvorm in de brandstofelementen 104 stroomt, absorbeert het thermische energie en stijgt de temperatuur tot een mengsel 902 van stoom en water wordt geproduceerd. Vanwege de door stoom ingenomen ruimte is dit mengsel minder dicht dan verzadigd of onderkoeld water 912 dat onder aan de kern aankomt. Het minder dichte mengsel van water en stoom stijgt op als gevolg van opwaartse krachten, en wordt continu vervangen van onder de kern inkomend koelmiddel 912 dat vrij is van door stoom ingenomen ruimtes.In reactor 100, water is the coolant. The coolant flow 900 in core 103 and the production of steam in reactor 100 are carried out in the following manner. Liquid water 910 enters the vessel through a coolant inlet 116 and enters the fuel element inlet 118. As the liquid water flows into the fuel elements 104, it absorbs thermal energy and the temperature rises to a mixture 902 of steam and water is being produced. Because of the space occupied by steam, this mixture is less dense than saturated or supercooled water 912 arriving at the bottom of the core. The less dense mixture of water and steam rises due to buoyancy forces, and is continuously replaced from underneath the core coolant 912 which is free from spaces occupied by steam.

Als het mengsel 902 van stoom en water de kern 103 verlaat, stijgt het op in een schoorsteen 120, naar stoomscheiders 122, waar water 904 wordt afgescheiden door centrifugale krachten en wordt toegevoegd aan de retourstroom via een ringvormige neerwaartse leiding 124. De natte stoom 906 verlaat de bovenkant van de schelders 122 en komt in een kamer 126 voor natte stoom onder een stoomdrooginstallatie 128. Het vocht wordt door de stoomdrooginstallatie 128 verwijderd en teruggeleid door een aantal afvoerleidingen naar de neergaande ringvormige leiding 124. De gedroogde stoom 908 verdwijnt door een stoomstraalpijp 130 om een turbine aan de drijven die een elektriciteitsgenerator aandrijft. Door koelmiddel-inlaat 116 wordt water ingelaten in een sprenkelinstallatie voor voedingswater om het terugkomende koelmiddel af te koelen en de circulatie te bevorderen. Een brandstofelement-inlaat 118 bevat een turbine-stromingsmeter overeenkomstig de onderhavige uitvinding.As the steam and water mixture 902 exits core 103, it rises in a stack 120 to steam separators 122, where water 904 is separated by centrifugal forces and is added to the return stream via an annular down pipe 124. The wet steam 906 exits the top of the scaffolds 122 and enters a wet steam chamber 126 under a steam drying plant 128. The moisture is removed by the steam drying plant 128 and returned through a number of discharge pipes to the downward annular pipe 124. The dried steam 908 disappears through a steam jet pipe 130 to drive a turbine that powers an electricity generator. Coolant inlet 116 introduces water into a feed water sprinkler system to cool the returning coolant and promote circulation. A fuel element inlet 118 includes a turbine flow meter in accordance with the present invention.

Een systeem 200 overeenkomstig de uitvinding omvat een koelmiddelstroming 109 voor de kern, die een turbine-samenstel 204 laat draaien om modulaties op te wekken in een stralingsveld 206 bij een stralingsdetector 208, die de stralingsveldmodulatie omvormt tot een elektrische stroom- of spanningsmodulatie, zoals getoond in figuur 2. De aflezingen van de stralingsdetector 208 worden door een elektrische verbinding 210 overgebracht naar de omvormer 212, die een frequentie-analysator is en het detectorsignaal omvormt tot een frequentieprofiel en de piekwaarde van dit profiel bepaalt. De piekwaarde wordt dan door een elektrische verbinding 214 overgebracht naar een computer 216, die deze gebruikt om het stromingsdebiet van het koelmiddel te berekenen. In een alternatieve uitvoeringsvorm kan de debietwaarde worden doorgegeven aan de reactor-operator, die dan een ijktabel kan raadplegen om het stromingsdebiet van het koelmiddel te bepalen.A system 200 in accordance with the invention includes a core coolant flow 109 that rotates a turbine assembly 204 to generate modulations in a radiation field 206 at a radiation detector 208 which converts the radiation field modulation into an electric current or voltage modulation, as shown in Figure 2. The readings from the radiation detector 208 are transferred by an electrical connection 210 to the converter 212, which is a frequency analyzer, which converts the detector signal into a frequency profile and determines the peak value of this profile. The peak value is then transferred through an electrical connection 214 to a computer 216, which uses it to calculate the flow rate of the coolant. In an alternative embodiment, the flow rate can be passed to the reactor operator, who can then consult a calibration table to determine the flow rate of the coolant.

Een representatieve brandstofelement-inlaat 118 is afgebeeld in figuur 3. Koelmiddel komt de brandstofelement-inlaat 118 binnen en stijgt op binnen het brandstofelement 104 doordat het opwarmt. Het opstijgende koelmiddel brengt een turbine-rotor 304 om een turbine-as 306 in rotatie. De turbine-rotor 304 is in hoofdzaak samengesteld uit een ferri-tisch chroomstaal. De rotor is gekoppeld met de as 306 via een rotorsamenstel dat op een spindelas van Inconel aangebrachte lagerhuizen van grafiet omvat. Een uit cadmium-113 samengestelde wafer 308 is ingebed in een blad 310 van de turbine-rotor 304. De cadmium-wafer 308 heeft een diameter van 2 centimeter (cm) en een dikte van 1 millimeter (mm).A representative fuel element inlet 118 is shown in Figure 3. Coolant enters the fuel element inlet 118 and rises within the fuel element 104 as it warms up. The ascending coolant rotates a turbine rotor 304 about a turbine shaft 306. The turbine rotor 304 is mainly composed of a ferritic chrome steel. The rotor is coupled to shaft 306 via a rotor assembly comprising graphite bearing housings mounted on an Inconel spindle shaft. A wafer 308 composed of cadmium-113 is embedded in a blade 310 of the turbine rotor 304. The cadmium wafer 308 has a diameter of 2 centimeters (cm) and a thickness of 1 millimeter (mm).

Gedurende het normale bedrijf van de reactor worden vrije neutronen geproduceerd en deze bewegen door de kern. Wanneer neutronen de cadmium-wafer 308 raken, worden sommige ingevangen door de cadmiumkernen onder de produktie van geactiveerd (radioactief) cadmium volgens de reactie 113Cd(v,^)114Cd. Neutronenvangst door Cd-113 resulteert in de onmiddellijke uitzending van gammastralen.During normal reactor operation, free neutrons are produced and pass through the core. When neutrons strike the cadmium wafer 308, some are captured by the cadmium nuclei to produce activated (radioactive) cadmium according to the reaction 113Cd (v, ^) 114Cd. Neutron capture by Cd-113 results in the immediate emission of gamma rays.

De activering van cadmium-wafer 308 leidt tot de vorming van een gammaveld 206 dat kan worden gedetecteerd door stralingsdetector 208. De detector is binnen de heen en weer bewegende meetkop 132 buiten brandstofelement 104 geplaatst. De heen en weer bewegende meetkop 132 omvat een halfstijve kabel 318 die is gekoppeld aan een in de kern heen en weer beweegbare meetkop 320 aan het zich binnen de reactorkern bevindende kabeleinde. Ten behoeve van de sig-naaldetectie is een venster 316 gevormd in een buitenwand 312 van brandstofelement 104 nabij de in de kern heen en weer beweegbare meetkop. Het venster wordt gevormd door het verwijderen of het weglaten van de roestvast stalen bekleding 314 over een klein gebied (ongeveer 6 cm2) van de buitenwand 312 van brandstofelement 104.The activation of cadmium wafer 308 results in the formation of a gamma field 206 which can be detected by radiation detector 208. The detector is located within reciprocating measuring head 132 outside fuel element 104. The reciprocating measuring head 132 includes a semi-rigid cable 318 coupled to a reciprocally movable measuring head 320 at the cable end located within the reactor core. For the purpose of sig needle detection, a window 316 is formed in an outer wall 312 of fuel element 104 near the core reciprocating measuring head. The window is formed by removing or omitting the stainless steel trim 314 over a small area (about 6 cm2) of the outer wall 312 of fuel element 104.

Omdat het radioactieve materiaal over slechts een deel van de omtrek van de rotor is aangebracht, wordt het gammaveld 206 tijdelijk gemoduleerd als turbine-rotor 304 ronddraait. Omdat de veldsterkte op zijn minst met de inverse van het kwadraat van de afstand afneemt, zal stralingsdetec-tor 208 een sterke gammapuls ontvangen wanneer de cadmium-wafer 308 op korte afstand passeert, waarbij de veldsterkte snel afneemt als de wafer 308 zich verder weg beweegt. Bij een constante omwentelingssnelheid zal de ronddraaiende rotor 304 een regelmatig patroon van tijdelijk gemoduleerde pulsen voortbrengen, waarbij de pulsfrequentie overeenkomt met de rotatiesnelheid van de turbine-rotor 304 en dus met het stromingsdebiet van het koelmiddel. Het apparaat volgens de onderhavige uitvinding reageert op tijdelijke variaties in het gammaveld 206. Het stromingsdebiet van het koelmiddel kan dus nauwkeurig worden bepaald, ondanks variaties in de gemiddelde deeltjesflux op de detector, en kan nauwkeurig worden bepaald ondanks andere bronnen voor gammastraling, zoals vertraagde gammastralen uit radioactief verval.Because the radioactive material is deposited over only part of the circumference of the rotor, the gamma field 206 is temporarily modulated as turbine rotor 304 rotates. Because the field strength decreases at least with the inverse of the square of the distance, radiation detector 208 will receive a strong gamma pulse when the cadmium wafer 308 passes a short distance, with the field strength decreasing rapidly as the wafer 308 moves further away . At a constant revolution speed, the revolving rotor 304 will produce a regular pattern of temporarily modulated pulses, the pulse frequency corresponding to the rotation speed of the turbine rotor 304 and thus the flow rate of the coolant. The apparatus of the present invention responds to transient variations in the gamma field 206. Thus, the flow rate of the coolant can be accurately determined despite variations in the mean particle flux on the detector, and can be accurately determined despite other gamma radiation sources, such as delayed gamma rays from radioactive decay.

De stralingsdetector 208 omvat een ionisatiekamer die stroompulsen detecteert. Gammastralen die de ionisatiekamer van stralingsdetector 208 binnenkomen, brengen een zekere hoeveelheid ionisatie teweeg. Elektrische pulsen die uit ionisatie voortkomen worden gedetecteerd door de detector 208, en verschaffen een maat voor de gammastralen die de kamer van detector 208 binnenkomen.The radiation detector 208 includes an ionization chamber that detects current pulses. Gamma rays entering the ionization chamber of the radiation detector 208 produce a certain amount of ionization. Electric pulses resulting from ionization are detected by the detector 208, and provide a measure of the gamma rays entering the chamber of detector 208.

Alternatieve configuraties van rotor 304 worden getoond in de figuren 4A, 4B en 4C, die meer in het bijzonder representatieve rotorbladen en alternatieven voor het kern-actieve materiaal 308 tonen. Een kleine in figuur 4A getoonde rotor 402 past in een turbine met een openingsdiameter van 40 millimeter (mm) en is geschikt voor een koelmiddel-stromings-debiet van 1 tot 6,5 liter per seconde (1/s). De rotor is in hoofdzaak samengesteld uit ferritisch chroomstaal. Kern-actief materiaal is ingebed in een van de bladen 406 van rotor 402. Kem-actief materiaal 404 is een wafer van kobalt-59 dat vooraf is geactiveerd (radioactief gemaakt) volgens de reactie 59Co(v,^ )é0Co voor plaatsing in de reactor inlaat. Vertraagde gammastralen van het kobalt-60 met een halfwaardetijd vein 5,27 jaar kunnen worden gedetecteerd door stralingsdetector 208. Als rotor 402 ronddraait worden modulaties in het door de kobalt wafer uitgezonden gammaveld gedetecteerd door detector 208. Het detectorsignaal wordt omgevormd door omvormer 212 naar een reciproke tijdwaarde waaruit computer 216 het stromingsdebiet van het koelmiddel kan bepalen.Alternative configurations of rotor 304 are shown in Figures 4A, 4B and 4C, more particularly showing representative rotor blades and alternatives to the core material 308. A small rotor 402 shown in Figure 4A fits into a turbine with an opening diameter of 40 millimeters (mm) and is suitable for a coolant flow rate of 1 to 6.5 liters per second (1 / s). The rotor is mainly composed of ferritic chrome steel. Core active material is embedded in one of the blades 406 of rotor 402. Kem active material 404 is a wafer of cobalt-59 that has been pre-activated (rendered radioactive) according to the reaction 59Co (v, ^) é0Co for placement in the reactor inlet. Delayed gamma rays from the cobalt-60 with a half-life of 5.27 years can be detected by radiation detector 208. As rotor 402 rotates, modulations in the gamma field emitted by the cobalt wafer are detected by detector 208. The detector signal is converted by converter 212 to a reciprocal time value from which computer 216 can determine the flow rate of the coolant.

Een alternatieve rotor 408 past in een turbine met een ingangsopeningsdiameter van 59 mm en is geschikt voor een stromingsdebiet van het koelmiddel in een bereik van 1,5 tot 10 1/s, zoals getoond in figuur 4B. De rotor is in hoofdzaak samengesteld uit ferritisch chroomstaal. Het kern-actieve materiaal 410 is een wafer die kobalt-59 omvat dat niet is voorgeactiveerd voor plaatsing in de reactorinlaat. De kobalt wafer wordt geactiveerd door de vangst van neutronen die worden gegenereerd door de normale werking van de reactor. Na activering kunnen vertraagde gammastralen uit het verval van het kobalt-60 worden gedetecteerd door detector 208. Wanneer rotor 408 ronddraait worden modulaties in het gammaveld dat wordt uitgezonden door de kobalt wafer na activering worden gedetecteerd door detector 8, wat het mogelijk maakt om het stromingsdebiet van koelmiddel te bepalen zoals boven beschreven .An alternative rotor 408 fits into a turbine with an inlet orifice diameter of 59 mm and is suitable for a flow rate of the coolant in the range of 1.5 to 10 1 / s, as shown in Figure 4B. The rotor is mainly composed of ferritic chrome steel. The core active material 410 is a wafer comprising cobalt-59 that has not been pre-activated for placement in the reactor inlet. The cobalt wafer is activated by the capture of neutrons generated by the normal operation of the reactor. After activation, delayed gamma rays from the decay of the cobalt-60 can be detected by detector 208. When rotor 408 rotates, modulations in the gamma field emitted by the cobalt wafer after activation can be detected by detector 8, which allows to determine the flow rate of refrigerant as described above.

Een in figuur 4C getoonde grote rotor 412 past in een turbine-ingangsdiameter van 150 mm. Kern-actief materiaal 414 is een wafer die gadolinium omvat. De gadolinium wafer heeft een hoge werkzame doorsnede voor neutronenvangst, en absorbeert voldoende neutronen om het lokale neutronveld in het gebied van de turbine omlaag te drukken. Als de rotor 412 ronddraait, worden modulaties in het neutronveld gedetecteerd door een neutrongevoelige detector, gelijk aan detector 208, wat het mogelijk maakt om het stromingsdebiet van het koelmiddel zoals boven beschreven, te bepalen.A large rotor 412 shown in Figure 4C fits a 150 mm turbine inlet diameter. Core active material 414 is a wafer comprising gadolinium. The gadolinium wafer has a high cross section for neutron capture, absorbing enough neutrons to depress the local neutron field in the turbine region. As the rotor 412 rotates, modulations in the neutron field are detected by a neutron sensitive detector, similar to detector 208, which allows to determine the flow rate of the coolant as described above.

Figuur 5A toont de opstelling van elementen binnen de reactorkern 102 in een dwarsdoorsnede langs vlak 5A van figuur 1. Regelcel 502 omvat brandstofstaven 504 die zijn gerangschikt tot brandstofelementen 104, die zijn geplaatst rond regelstaven 110 zoals getoond in figuur 5B. Een in de kern heen en weer beweegbaar samenstel 132 dat een stralings-detector 208 bevat, is buiten de brandstofelementen 104 geplaatst, zoals getoond in figuur 5B. Een kanaalwand 506 rond elk brandstofelement 104 definieert een kanaal 508, waardoor koelmiddel stroomt. Door het kanaal 508 stromend koelmiddel omgeeft de brandstofstaven 504, en wordt daarbij opgewarmd door thermische neutronen die tijdens het bedrijf van de reactor worden gegenereerd.Figure 5A shows the arrangement of elements within the reactor core 102 in a cross-sectional view along plane 5A of Figure 1. Control cell 502 includes fuel rods 504 arranged into fuel elements 104 disposed around control rods 110 as shown in Figure 5B. A core reciprocating assembly 132 containing a radiation detector 208 is located outside the fuel elements 104, as shown in Figure 5B. A channel wall 506 around each fuel element 104 defines a channel 508 through which coolant flows. Coolant flowing through channel 508 surrounds fuel rods 504, being heated by thermal neutrons generated during reactor operation.

Een werkwijze 600 overeenkomstig de huidige uitvinding omvat vier stappen 601 tot 604, zoals aangegeven in figuur 6. Werkwijze 600 wordt in de praktijk toegepast in de context van reactor 100. In de eerste stap 600 wordt een turbine-samenstel 204 in de weg van het stromende koelmiddel van een kernreactor 100 geplaatst, zodat de koelmiddelstroom 900 de rotor 304 van het turbinesamenstel 204 doet draaien. Tijdelijke variaties in het stralingsveld die overeenkomen met ruimtelijke variaties in de emissie van radioactieve deeltjes worden dan gedetecteerd bij 602. Een oscillatiesnelheid wordt bepaald, bij 603, uit het uitgangssignaal van de detector. Tenslotte wordt het stromingsdebiet van het koelmiddel bepaald, bij 604, uit de snelheid van de tijdelijke variaties. Een alternatieve werkwijze 700 overeenkomstig de onderhavige uitvinding omvat vijf stappen, 701 tot 705, zoals geïllustreerd in figuur 7. Kern-actief materiaal wordt vooraf geactiveerd, bij stap 701, om vertraagde gammastralen uit te zenden voordat het rotor-samenstel dat het nucleair actieve materiaal bevat wordt geplaatst, bij 702, in de weg van de stromende koelmiddel van een kernreactor 100. Wanneer de stromende koelmiddel 900 de rotor 304 van het turbine-samen-stel 204 laat draaien, worden tijdelijke variaties in de gammaflux gedetecteerd, bij 703. Een oscillatiesnelheid wordt bepaald, bij 704, uit het uitgangssignaal van de detector. Tenslotte wordt het stromingsdebiet van het koelmiddel bepaald, bij 705, uit de snelheid van de tijdelijke variaties.A method 600 in accordance with the present invention includes four steps 601 to 604, as shown in Figure 6. Method 600 is practiced in the context of reactor 100. In the first step 600, a turbine assembly 204 is in the way of flowing coolant from a nuclear reactor 100 so that the coolant stream 900 rotates the rotor 304 of the turbine assembly 204. Transient radiation field variations corresponding to spatial variations in the emission of radioactive particles are then detected at 602. An oscillation rate is determined, at 603, from the detector output signal. Finally, the flow rate of the coolant, at 604, is determined from the rate of the temporary variations. An alternative method 700 in accordance with the present invention comprises five steps, 701 to 705, as illustrated in Figure 7. Nuclear material is pre-activated, at step 701, to transmit delayed gamma rays before the rotor assembly containing the nuclear active material is placed, at 702, in the way of the flowing coolant from a nuclear reactor 100. When the flowing coolant 900 rotates the rotor 304 of the turbine assembly 204, transient variations in the gamma flux are detected, at 703. oscillation rate is determined, at 704, from the detector output signal. Finally, the flow rate of the coolant is determined, at 705, from the rate of the temporary variations.

Een alternatieve werkwijze 800 overeenkomstig de onderhavige uitvinding omvat vijf stappen, 801 tot 805, zoals aangeduid in figuur 8. Volgens werkwijze 800, in de praktijk toegepast in de context van reactor 100, wordt een turbine-samenstel 204 dat een rotor omvat met kern-actief materiaal 404 geplaatst, bij 801, op de weg van de stromende koelmiddel van een kernreactor 100, zodat de stromende koelmiddel 900 de rotor 304 van het turbine-samenstel 204 doet draaien. Volgens werkwijze 800 wordt een rotor met kern-actief materiaal 404, zoals getoond in figuur 4A gebruikt. Het nucleair actieve materiaal, kobalt-59, wordt geactiveerd in situ, bij 802, door de neutronen die in reactorkern 103 worden geproduceerd gedurende de werking van de reactor. Na activering zendt het nucleair actieve materiaal vertraagde gammastralen uit. Tijdelijke variaties in de door het geactiveerde materiaal uitgezonden stralingsflux kan dan worden gedetecteerd, bij 803, wat het mogelijk maakt om de oscillatiesnelheid te bepalen, bij 804, en het stromingsdebiet van het koelmiddel te berekenen, bij 805.An alternative method 800 in accordance with the present invention comprises five steps, 801 to 805, as indicated in Figure 8. According to method 800, practiced in the context of reactor 100, a turbine assembly 204 comprising a rotor with core- active material 404 is placed, at 801, in the path of the flowing coolant from a nuclear reactor 100, so that the flowing coolant 900 rotates the rotor 304 of the turbine assembly 204. According to method 800, a rotor with nuclear material 404, as shown in Figure 4A, is used. The nuclear active material, cobalt-59, is activated in situ, at 802, by the neutrons produced in reactor core 103 during reactor operation. After activation, the nuclear active material emits delayed gamma rays. Transient variations in the radiant flux emitted by the activated material can then be detected, at 803, which allows to determine the oscillation rate, at 804, and calculate the flow rate of the coolant, at 805.

De uitvinding voorziet ook in andere systemen, zoals een zuigersamenstel, dat een nucleair bronmateriaal omvat dat het mogelijk maakt om het stromingsdebiet te bepalen uit modulaties in het stralingsveld. In het geval van een apparaat met een zuiger'veroorzaakt, de beweging van de zuiger tijdelijke variaties in de stralingsflux.The invention also provides other systems, such as a piston assembly, which includes a nuclear source material that allows the flow rate to be determined from modulations in the radiation field. In the case of a piston device, the movement of the piston causes temporary variations in the radiation flux.

Het kern-actieve materiaal hoeft niet in de vorm van een wafer te zijn, en kan star worden verbonden met de rotor of, in een alternatieve uitvoeringsvorm, worden opgenomen in de rotor. Het kern-actieve materiaal hoeft niet tot een klein gebied op de rotor te worden beperkt; het kan over de gehele rotor worden verdeeld zolang de resulterende verdeling een voldoende variërend veld teweeg brengt, zoals bijv. in het geval dat er gaten tussen de rotorbladen zijn. De veldmodulatie hoeft niet plaats te vinden als een gevolg van rotatie van kern-actief materiaal, maar kan plaatsvinden wanneer een rotor een materiaal omvat met een moderator-sterkte die verschilt van water; de rotor verplaatst water, zodat rotatie van de rotor een differentiële moderatie van de snelle neutronen uit de kern veroorzaakt, wat modulaties teweeg zal brengen in het radioactieve veld bij de detector die corresponderen met de omwentelingssnelheid van de rotor.The core active material need not be in the form of a wafer, and may be rigidly connected to the rotor or, in an alternative embodiment, incorporated into the rotor. The core active material need not be limited to a small area on the rotor; it can be distributed over the entire rotor as long as the resulting distribution produces a sufficiently varying field, such as, for example, where there are gaps between the rotor blades. The field modulation need not take place as a result of rotation of nuclear material, but can take place when a rotor comprises a material with a moderator strength different from water; the rotor displaces water, so that rotation of the rotor causes differential moderation of the fast neutrons from the nucleus, which will produce modulations in the radioactive field at the detector corresponding to the rotational speed of the rotor.

Rotoren kunnen een andere configuratie hebben dan de getoonde, en kunnen zijn samengesteld uit elk materiaal dat geschikt is voor een turbine die wordt gebruikt in de omgeving van de reactorkern van een kernreactor. Een rotor kan aan een as worden gekoppeld door elk middel dat een rotatie die resulteert in een stralingsveldmodulatie mogelijk maakt, met inbegrip van rotorsamenstellingen met saffieren kogellagers in stalen loopvlakken.Rotors can have a different configuration than the one shown, and can be composed of any material suitable for a turbine used in the vicinity of the reactor core of a nuclear reactor. A rotor can be coupled to an axis by any means that allows rotation that results in radiation field modulation, including rotor assemblies with sapphire ball bearings in steel treads.

De uitvinding omvat het gebruik van andere bronnen van prompte gammastralingen, zoals borium, gadolinium, chloor, indium, kwik, samarium, mangaan en neodymium. Andere bronnen van vertraagde garomastralen omvatten iridium. De gedetecteerde straling is niet beperkt tot gammastraling en thermische neutronen, maar kan iedere straling omvatten die een veld creëert dat detecteerbaar kan worden gemoduleerd door het beschreven systeem. De uitvinding voorziet in reactoren van andere typen, inclusief reactoren met gedwongen circulatie, en in andere dan nucleaire omgevingen waarin een systeem zoals beschreven kan worden geïnstalleerd. Deze en andere variaties op en modificaties van de beschreven uitvoe-ringsvoorbeelden worden verschaft door de onderhavige uitvinding, waarvan de reikwijdte alleen door de volgende conclusies wordt beperkt.The invention includes the use of other sources of prompt gamma rays, such as boron, gadolinium, chlorine, indium, mercury, samarium, manganese and neodymium. Other sources of delayed garoma rays include iridium. The detected radiation is not limited to gamma rays and thermal neutrons, but can include any radiation that creates a field that can be detectably modulated by the described system. The invention provides reactors of other types, including forced circulation reactors, and in non-nuclear environments in which a system as described can be installed. These and other variations and modifications of the described embodiments are provided by the present invention, the scope of which is limited only by the following claims.

**************

Claims

An apparatus (200) for measuring a liquid flow in a nuclear reactor (100), comprising: a radioactive radiation detector (208), which is intended to detect variations in the flux (206) of the radioactive radiation at a predetermined location, which detector has a detector output for transmitting a detector signal corresponding to the flux of the radioactive radiation; a turbine assembly (204) comprising a rotor (304), said rotor comprising a material selected such that when the liquid flow rotates the rotor, the flux of the radioactive radiation at said predetermined position with an oscillation frequency oscillates; and a transducer (212) for providing the rotational frequency at its output, the transducer coupled to the radiation detector such that the detector signal is received, and the transducer comprising an output for a value corresponding to the oscillation frequency.

The device of claim 1, wherein the turbine assembly (204) comprises a rotor (304), said rotor comprising a core material (308) which does not have a uniform distribution in the circumferential direction of the rotor, the turbine assembly relative to the radiation detector is positioned such that when the liquid flow rotates the rotor, the flux of the radioactive radiation oscillates at the predetermined position with the oscillation frequency.

The device (200) of claim 1 or 2, further comprising: computer means (216) for determining (603) the flow rate of the liquid stream, which computer means is coupled to the transducer to receive the value of the oscillation frequency from which the computer means calculate the liquid flow rate.

The device of claims 1-3, wherein said material (308) is embedded in said rotor (304).

The device (200) of claims 1-4, wherein the material (308) absorbs thermal neutrons and the detector (208) detects thermal neutrons.

The device (200) of claims 1-4, wherein the material (308) emits neutrons and said detector (208) detects neutrons.

The device of claims 1-4, wherein the material (308) emits delayed gamma rays and the detector (208) detects gamma rays.

The device of claims 1-4, wherein said material (308) promptly emits gamma rays and said detector (208) detects gamma rays.

A method of measuring a liquid flow rate in a nuclear reactor, comprising a heat-producing core and a coolant flowing through the core along a coolant path, the method comprising the steps of: placing (601) a turbine assembly (204) a rotor (304) comprising a core active material (308) which can cause spatial variations in a radiant flux in the coolant path such that the flow of the coolant is the rotor (304) of the turbine device (204) rotates: detecting (602) temporary variations in said radiation field by the detector, which correspond to spatial variations in the radiation field; determining an oscillation frequency from variations in the detector output; and calculating (603) the liquid flow rate of the coolant from said oscillation frequency.

The method of claim 9, wherein the nuclear nuclear material is pre-activated so that the nuclear material emits delayed gamma rays prior to the turbine assembly placement step (204).

The method of claim 9, wherein nuclear active material is activated such that the active material emits delayed gamma rays only after placement of the turbine assembly (204). *******