TWI782336B - 利用蕭特基二極體偵測輻射以增強爐心內測量的裝置、系統及方法 - Google Patents
利用蕭特基二極體偵測輻射以增強爐心內測量的裝置、系統及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本文揭示一種經組態以測量一核反應器中之一功率分佈之爐心內偵測器。該爐心內偵測器包含經組態以放置於該核反應器之一預定位置內之一外殼及複數個伽瑪偵測器。該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器包含一蕭特基二極體，其具有一主動半導體區域及一蕭特基接觸；一歐姆接觸層；經組態以在與伽瑪輻射接觸之後即將電子轉移至該主動半導體區域之一光電子源材料；及一第一及第二引線。該複數個伽瑪偵測器定位於該外殼內使得該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器相對於該複數個伽瑪偵測器之一相鄰伽瑪偵測器徑向偏移，使得各伽瑪偵測器之該第一及第二引線相對於該相鄰伽瑪偵測器之該第一及第二引線偏移。
Description
本發明係關於輻射偵測器，且更特定言之，本發明係關於一種包含經組態以測量用於功率分佈測量之分裂伽瑪輻射之複數個蕭特基二極體之總成。
伽瑪輻射由核衰變(包含與發生在核反應器中之核分裂相關聯之衰變)產生。核反應器傳統上配備測量系統以偵測及測量伽瑪輻射。然而，新核燃料總成及反應器設計呈現對既有測量系統之能力及其確認燃料設計效能預測及在一燃料循環期間進行詳細操作效能測量之能力的挑戰。
一核反應器之設計可依靠對於爐心設計及燃料效能預測(包含正常操作條件及多種意外方案兩者中之反應器組件之預測)之軟體模擬。軟體效能預測最終與正常操作條件下之實際測量或其在測試反應器中(一商用或測試反應器中)之模擬相比較。
舊型輕水反應器設計利用小型分裂室進行實際效能測量以與軟體預測相比較。例如，此等室可測量沿反應器中之燃料總成之大致三
分之一之長度之一中子通量以產生待用於驗證軟體預測及/或助於新設計之預測之一基準功率分佈測量。此類型之測量系統通常稱為一可移動爐心內偵測器系統。可移動爐心內偵測器測量系統通常包含精確間隔之軸向中子分佈(例如~2.4英寸)，其可提供允許識別及診斷許多燃料效能問題之一所要測量解析度。此等效能問題可引起顯著反應器操作問題，諸如燃料棒彎曲、影響熱傳遞或反應性之燃料棒外部之碎屑沈積物及入口流量分佈不對稱。然而，可移動爐心內偵測器系統可基於其複雜性、所需大小及與相關聯之管路及感測器使用相關聯之操作及維護成本而有問題。當爐心及燃料總成設計繼續演進時，此等問題加劇。
替代地，已出現用於反應器之一新一代功率分佈測量系統，通常稱為固定爐心內偵測器系統。固定爐心內偵測器系統依靠反應器爐心內部之固定軸向及徑向位置中之有限數目個輻射感測器。如將討論，來自一固定爐心內偵測器感測器之信號可表示由感測元件之有效長度界定之固定軸向區域上之一平均反應器功率。然而，跨一燃料總成之固定爐心內偵測器測量之徑向分佈可需要且因此受約束於諸如與穿透相關聯之反應器容器之特定位置。前述平均化及位置約束可使得難以獲得高度本地化及使用固定爐心內偵測器系統之詳細測量。因此，可更難以使用一固定爐心內偵測器系統跨一爐心及/或燃料總成獲得充分即時效能測量，藉此使得難以驗證功率分佈及/或長期操作特性之效能預測。偵測此等差異之能力對於限定反應器之設計及在燃料及反應器兩者之安全操作可係至關重要的。因此，在無妥協準確度之情況下，需要比可移動爐心內偵測系統及固定爐心內偵測系統更多功能及成本有效之爐心內輻射偵測的裝置、系統及方法。
提供以下概要以促進對於本文所揭示之態樣獨特之一些新穎特徵之理解，且不意欲為一完全描述。可藉由將整個說明書、申請專利範圍及摘要視為一整體而獲得各種態樣之一完全理解。
在各種態樣中，揭示一種經組態以測量一核反應器中之一功率分佈之爐心內偵測器。該爐心內偵測器包含：一外殼，其經組態以放置於該核反應器之一預定位置中；複數個伽瑪偵測器，其中該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器包含具有一主動半導體區域及該主動半導體區域之至少一部分上之一蕭特基接觸之一蕭特基二極體；一歐姆接觸層，其位於該主動半導體區域之至少一部分下；一光電子源材料，其經組態以在與由該核反應器發射之伽瑪輻射接觸之後即將電子轉移至該蕭特基二極體之該主動半導體區域；一第一引線，其延伸至鄰近於該源材料；及一第二引線，其延伸至鄰近於該歐姆接觸層，其中該複數個伽瑪偵測器定位於該外殼內使得該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器相對於該複數個伽瑪偵測器之一相鄰伽瑪偵測器徑向偏移，使得各伽瑪偵測器之該第一及第二引線相對於該相鄰伽瑪偵測器之該第一及第二引線偏移。
在各種態樣中，揭示一種經組態以測量由一核反應器發射之伽瑪輻射之爐心內偵測器系統。該爐心內偵測器系統包含：一外殼，其經組態以放置於該核反應器內之一預定位置中，其中該外殼在一軸向維度上延伸；複數個伽瑪偵測器，其等在該外殼內軸向堆疊，其中該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器包含具有一主動半導體區域及該主動半導體區域之至少一部分上之一蕭特基接觸之一蕭特基二極體；及一光電子源材料，其中該光電子源材料經組態以當其接觸由該核反應器發射之伽瑪輻射時產
生穿透該主動半導體區域之能量。
在各種態樣中，揭示一種在一爐心內偵測器系統之一外殼內軸向堆疊之複數個伽瑪偵測器之一伽瑪偵測器，其中該複數個伽瑪偵測器經組態以測量由一核反應器發射之伽瑪輻射。該伽瑪偵測器包含：一蕭特基二極體，其具有一主動半導體區域及該主動半導體區域之至少一部分上之一蕭特基接觸；一導電材料，其經組態以在該主動半導體區域內產生一電荷；及一光電子源材料，其中該光電子源材料經組態以當其接觸由該核反應器發射之伽瑪輻射時產生穿透該主動半導體區域之能量，其中該光電子源材料定位為遠離該蕭特基二極體一距離，藉此在該光電子源材料與該蕭特基接觸之間產生一間隙。
10:伽瑪偵測器
10':偵測器
12:歐姆接觸層
14:基板
16:磊晶碳化矽
18:蕭特基接觸
20:層
22:間隙
24:層
26:引線
28:引線
30:中間層
32:外層
34:絕緣層
40:儀器管
44:點
46:點
100:系統
n+:正電荷
n-:負電荷
△V:距離
△V1:距離
△V2:距離
△V3:距離
△Vn:距離
可根據以下描述結合如下附圖理解本文所描述之態樣之各種特徵及其優點：
圖1繪示由爐心內偵測之已知方式及/或方法採用之軸向功率分佈測量之一圖表。
圖2繪示根據本發明之至少一態樣之一改良爐心內偵測器系統之一分段側視圖。
圖3繪示根據本發明之至少一非限制性態樣之可整合至圖2之系統中之一已知伽瑪偵測器之一分段側視圖。
圖4繪示根據本發明之至少一非限制性態樣之可整合至圖2之系統中之另一伽瑪偵測器之一分段側視圖。
圖5繪示根據本發明之至少一非限制性態樣之圖2之系統100之一分段視圖。
對應元件符號指示若干視圖中之對應部分。本文所闡述之範例以一形式繪示本發明之各種態樣且此等範例不應被解釋為以任何方式限制本發明之範疇。
本申請案主張2019年10月4日申請之美國臨時專利申請案第62/910,610號之優先權。該案之內容以引用的方式併入本說明書中。
闡述多種具體細節以提供說明書中所描述及附圖中所繪示之態樣之總結構、功能、製造及使用之一透徹理解。熟知的操作、組件及元件未詳細描述以不致使說明書中所描述之態樣不清楚。讀者將理解本文所描述及繪示之態樣係非限制性實例，且因此可瞭解本文所揭示之特定結構及功能細節可具代表性及繪示性。可在不背離申請專利範圍之範疇之情況下對結構及功能細節進行變動及改變。
如本文所使用，除非上下文另有明確指示，否則「一」及「該」之單數形式包含複數指涉物。
除非另有明確說明，否則本文所使用之方向片語(諸如(例如但不限於)頂部、底部、左、右、下、上、前、後及其變型應與附圖中所展示之元件有關且不限制申請專利範圍。
在本申請案(包含申請專利範圍)中，除另有指示之外，表達數量、值或特性之所有數字應理解為在所有例項中由術語「約」修飾。因此，數字可讀作宛如前接字語「約」，儘管術語「約」可不明確與數字一起出現。因此，除非指示相反，否則以下描述中所闡述之所有數值參數
可取決於吾人企圖在根據本發明之組合物及方法中獲得所要性質而變動。至少且不作為使等效物之學說之應用受限於申請專利範圍之範疇之一嘗試，應至少依據所報告之有效位數之數目及藉由應用一般捨入技術來解釋本描述中所描述之各數值參數。
本文所列之任何數值範圍意欲包含納入其中之所有子範圍。例如，「1至10」之一範圍意欲包含所列最小值1與所列最大值10之間(包含1及10)的所有子範圍，即，具有等於或大於1之一最小值及等於或小於10之一最大值。
如本文所使用，「軸向」意謂在一軸線之方向上或與一軸線對準。相對於兩個或更多個物件，軸向意謂物件定位為沿一軸線，同軸對準或平行於一軸線。
如本文所使用，「徑向間隔」意謂兩個或兩個以上物件經定位使得物件沿一圓之一弧彼此間隔或沿一半徑放置。
爐心內偵測器系統可用於藉由提供實際爐心條件之連續即時測量來驗證及/或改良反應器操作及設計。然而，作為一反應器及其燃料總成演進之設計，即時操作條件之爐心內偵測之新方式及/或方法必須確保測量之準確度及因此改良反應器之整個壽命中之效能預測之驗證。
如先前所討論，已知可移動及固定爐心內偵測系統兩者用於產生此等測量，但不論幾何設計為何，兩者均具有可禁止擷取爐心及/或燃料總成之局部化測量之缺陷。現參考圖1，根據若干已知方式及/或方法描繪比較跨一反應器(包含固定爐心內偵測器系統)之軸向功率分佈測量之一圖表。如其名稱所彰顯，固定爐心內偵測器系統不經組態以依可移動爐心內偵測器系統移動之相同方式在整個爐心中移動。確切而言，圖1之
固定爐心內偵測器系統判定如由系統之感測元件之有效長度界定之一固定軸向區域上之一平均反應器功率分佈。
圖1之方式及/或方法之固定本質可影響即時測量之準確度及/或妨礙測量系統之多功能性。例如，圖1之方式及/或方法可受約束於穿透位於其中之反應器上之位置。由於圖1之已知方式及/或方法固定、依靠平均值且包含其安裝及使用之約束，因此圖1之方式及/或方法使得難以獲得局部化、詳細及準確即時測量。因此，需要獲得比一可移動爐心內偵測系統有效及經濟但比一固定爐心內偵測系統準確及詳細之即時爐心條件之連續、即時測量之改良方式及/或方法。僅當核反應器及燃料總成之特定設計及/或組態持續演進時增強此需要。
參考圖2，圖中描繪根據本發明之至少一態樣之經組態以偵測爐心內功率分佈之一多功能系統100。圖2之總成可適合於測量跨具有多種設計之核燃料總成及反應器之一功率分佈。根據圖2之非限制性態樣，系統100可包含複數個伽瑪偵測器10'。根據本發明之一非限制性態樣，複數個伽瑪偵測器10'可軸向定位於彼此之頂部上。圖2之系統100包含一長形容器(諸如一管40)，其經組態以含有複數個伽瑪偵測器10'。複數個伽瑪偵測器10'之各偵測器10'可包含一或多個引線26、28。根據圖2之非限制性態樣，複數個伽瑪偵測器10'可組成為一軸向堆疊，且複數個伽瑪偵測器10'之各偵測器10'可沿管40之長度相對於彼此旋轉。因此，各偵測器10'之引線26、28可經組態使得其等不干擾其他偵測器之引線26、28。應瞭解圖2之組態可最大化伽瑪偵測器10'之密度且及因此可經由系統100獲得之測量。
在圖2之進一步參考中，含於系統100之管40內之複數個伽
瑪偵測器10'之各偵測器10'可經修改以包含美國專利第9,831,375號中所描述之偵測器之任何者之形式及/或功能，該專利之內容以引用的方式併入本文中。根據一些非限制性態樣，伽瑪偵測器10'之一或多者可包含具有一主動半導體區域及該主動半導體區域之至少一部分上之一蕭特基接觸之一蕭特基二極體。例如，一或多個偵測器10'可包含類似於圖3中所描繪之一組合物，其詳細描述於美國專利第9,831,375號中。
現參考圖3，圖中描繪根據本發明之至少一非限制性態樣之可整合至圖2之系統100中之一已知伽瑪偵測器之一分段側視圖。根據圖3之非限制性態樣，伽瑪偵測器10可包含一歐姆接觸層12。儘管歐姆接觸層12可包含鎢之一組合物，但應瞭解可利用具有期望電阻性質之任何數目個適合材料。歐姆接觸層12可定位於可由一層磊晶碳化矽16覆蓋之碳化矽傳導基板14下面。根據圖3之非限制性態樣，基板14可包含近似300微米之一厚度且各種態樣中之磊晶層16之厚度近似自3微米至100微米且磊晶碳化矽層16可由一蕭特基接觸18覆蓋。蕭特基接觸18可由任何高度導電金屬(諸如鉑或金)形成，厚度約1微米。應進一步瞭解僅為了說明而呈現圖3之伽瑪偵測器10之特定材料及尺寸。因此，本發明經審慎考慮任何適合材料及/或尺寸之伽瑪偵測器10包含(但不限於)美國專利第9,831,375號中所揭示之伽瑪偵測器。
仍參考圖3，伽瑪偵測器10可進一步包含一薄層20之一康普頓(Compton)及光電子源材料。此層20可由(例如)鉑或任何其他適合高原子施體材料，包含(尤其)氟化鋰或鎢。根據圖3之非限制性態樣，層20可定位於蕭特基接觸18之至少一部分上方且與蕭特基接觸18之至少一部分間隔，藉此界定可回應於入射伽瑪輻射而釋放電子之一間隙22。釋放電
子可穿透主動區域16且促成主動區域14中之帶電粒子之收集。回應於入射伽瑪輻射，源或電子輻射器材料20可釋放將穿透主動區域16之電子且促成主動區域14中之帶電粒子之收集。
進一步參考圖3，由蕭特基接觸18與添加源層20之間的間隙22界定之距離可調整，且根據一些非限制性態樣，可包含具有一低有效原子序數及可忽略傳導之一流體。例如，包含性質類似於1大氣壓力及在70℉(21℃)下小於或等於20%之一相對濕度下之空氣性質之一流體可定位於電子施體層20與蕭特基接觸18之間。應瞭解，包含適合密度及電子衰減性質之任何此流體可用於間隙22中。另外，源層20與蕭特基接觸18之間的間隙22可經組態使得僅由一所要能量之伽瑪輻射產生之電子將促成經測量之信號。
應進一步瞭解，根據使用者偏好及/或預期應用，可至少部分地基於待由爐心內偵測器系統針對之伽瑪輻射之一能量範圍而選擇圖3之源層20之特定材料及厚度。另外及/或替代地，一可調整電子施體層(由包圍層24之一伸縮套筒以符號表示)可經特別組態以促進目標伽瑪輻射與包圍施體材料20中之源原子之電子之間的交互作用。此可在穿透至主動區域16中之施體層中產生高能量康普頓及光電子源材料。可調整電子施體層可在厚度及自蕭特基接觸18之距離上調整使得交互作用可視需要衰減。例如，可定位於間隙22內之一中間流體之厚度可控制施體電子之能量使得其等收集於主動區域中。因此，在一固定時間量內沈積之電荷可與入射於層20上之伽瑪輻射之能量成比例，使得伽瑪能量及伽瑪輻射強度可自由伽瑪偵測器10產生之電輸出之一分析判定。
現參考圖4，圖中描繪根據本發明之至少一非限制性態樣
之可整合至系統100(圖2)中之一伽瑪偵測器10之另一實例。根據圖4之非限制性態樣，伽瑪偵測器10'類似於圖3之伽瑪偵測器10，但有意修改。例如，圖4之經修改之偵測器10'可包含定位於伽瑪偵測器10'之歐姆接觸層12與導電層14之間的一絕緣層34。因此，絕緣層34可防止意外電子排放及因此鎢歐姆接觸層12之短路。
進一步參考圖4，經修改之偵測器10'之主動區域可包含SiC層14及16。例如，根據一些非限制性態樣，磊晶層16可由已摻雜額外電子之一源之SiC製成。額外電子之源可提供磊晶層16由n-指定之一層負電荷。根據其他非限制性態樣，導電層14可額外及/或替代地由已摻雜接受電子之一材料之SiC形成。因此，額外電子之源可提供導電層14由n+指定之一層正電荷。因此，一反向偏壓可空乏主動區域16中之n且游離輻射可在空乏區域中產生電子電洞對。可在跨觸點施加之一電壓之影響下收集電荷。
仍參考圖4，伽瑪偵測器10'之主動區域可包含具有兩個區域(一正摻雜層及一負摻雜層)之一磊晶層16。正摻雜層及負摻雜層可具有特別組態厚度以完成一所要效應。例如，正摻雜層可包含近似一微米之一厚度且負摻雜層可包含近似三至十微米之一厚度。另外及/或替代地，根據使用者偏好及/或預期應用，導電層14可包含氫離子。
應瞭解系統100(圖2及圖5)且具體而言，伽瑪偵測器10'之配置可經定大小及/或組態以促進擷取跨多種爐心及/或燃料總成設計之局部化測量。根據圖4之非限制性態樣，經修改之伽瑪偵測器10'可相對較小。例如，經修改之伽瑪偵測器10'可小於約5mm3。伽瑪偵測器10'可經組態以藉由調整源材料20與SiC之n-區域(磊晶層16)之間的一距離而偵測
一預定最小量之輻射能量(例如小於近似5MeV)。因此，系統100可採用定位為彼此相對靠近之大量伽瑪偵測器10'，藉此促進擷取局部化測量且消除固定爐心內偵測器之「平均」方法。
進一步參考圖4，偵測器10'之一外表面可由一中間層30-根據一些非限制性態樣-可由經組態以隔離伽瑪偵測器10'內之導電材料之一介電質(例如氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)及/或其類似者)覆蓋。根據一些非限制性態樣，中間層30可由一較佳材料(例如不銹鋼、IconelTM、氧化鋁及/或其類似者)之一外層32進一步覆蓋。外層32可經組態以充當提供結構完整性至伽瑪偵測器10'之一外殼。
根據圖4之非限制性態樣，一第一引線26亦可由中間層30及外層33覆蓋，且經組態以自點44處之源材料層20附近之伽瑪偵測器10'之頂部延伸。同樣地，一第二引線28亦可由中間層30及外層32覆蓋且經組態以自點46處之歐姆接觸層12附近之偵測器10'之底部延伸。根據圖4之非限制性態樣，第一引線26及第二引線28可定位於伽瑪偵測器10'之相對側上。因此，在一徑向組態中，一伽瑪偵測器10'之第一引線26及第二引線28可(例如)定位為彼此隔開180°。第一引線26與第二引線28之間的距離在圖2、圖4及圖5中由表示電壓中之差之△V指定。
現參考圖5，圖中描繪根據本發明之至少一非限制性態樣之圖2之系統100之一分段視圖。根據圖5之非限制性態樣，圖中繪示系統100包含其管40及伽瑪偵測器10'。三組引線26/28可分離達指定為△V1、△V2及△V3之距離，且指定為△Vn(其指示任何數目個「n」個額外偵測器10')之另一組可包含於圖5之系統100中。如圖2中所描繪，本發明經審慎考慮複數個偵測器10'增加系統100能夠進行之局部化測量之數目。根據一
些非限制性態樣，多達61個偵測器10'可放置於用於核反應器(圖中未展示)中之一典型儀器管40中。應瞭解包含於系統100之一管40中之伽瑪偵測器10'之數目可取決於管40之長度及由反應器設計及因此系統100之要求驅動之測量能力而變動。伽瑪偵測器10'可經配置使得各偵測器10'之引線26/28與管40中之偵測器10'之剩餘部分之引線26/28徑向間隔。因此，圖2及圖5之系統100可減輕-若未消除-測量信號中之非所要分裂產物伽瑪輻射。
應瞭解系統100及具體而言圖2及圖5之伽瑪偵測器10'之配置可經定大小及/或組態以促進跨多種爐心及/或燃料總成擷取局部化測量。例如，在一些非限制性態樣中，伽瑪偵測器10'可定位於內部及沿管40之長度之相對於彼此之變化位置處。例如伽瑪偵測器10'可緊密間隔以改良由系統100進行之偵測器內測量之準確度。此可達成由系統100進行之測量之一改良局部化，藉此改良優於先前所討論之固定爐心內偵測器系統之系統100效能。如本文所使用，「緊密間隔」可意謂小於12英寸，且在各種總態樣中，小於或等於約二或三英寸及較佳地約2.4英寸或更小，等效於或小於由可移動爐心內偵測器測量系統提供之精確間隔之軸向中子分佈測量解析度(例如~2.4英寸)。然而，根據一些非限制性態樣，跟你講伽瑪偵測器10'可依相對於彼此之任何所要距離定位以最佳化由系統100進行之所獲取之測量之局部化之程度。實際上，圖4之伽瑪偵測器10'之大小及效率使系統100充滿可應用於多種爐心設計之多功能性。
另外及/或替代地，總系統100組態可經客製化以增強多功能性及改良效能。例如，圖2及圖5之管40可經特別組態以包含足夠小以(例如)安裝於燃料總成中央儀器套管或反應器之內部或周圍及/或反應器容器內部之其他策略性測量位置內部。然而，應瞭解系統100可包含任何數
目個幾何特徵及/或尺寸以使其能夠安裝於爐心及/或燃料總成之任何所要位置中。類似於由伽瑪偵測器10'呈現之客製化程度，總系統100組態可根據使用者偏好及/或預期應用衰減。因此，在其他非限制性態樣中，系統100有效地跨任何數目個爐心設計實施，因為前述可伸縮性使得使用者能夠在不效能之情況下減少其大小。此幾何多功能性提供顯著優於已知可移動及固定爐心內反應器之一明顯改良，如先前所討論。
根據一些非限制性態樣，一SiC信號響應可由用於位於反應器爐心內或周圍之許多伽瑪偵測器10'之各者之爐心設計軟體預測。使用一系統100-諸如圖2及圖5之系統100-其中小、緊密間隔伽瑪偵測器10'可基本上消除長燃料總成長度上之平均化通量測量之效應，如先前相對於圖1中所描繪之固定爐心內偵測系統測量所討論。如先前所討論，當前所使用之固定爐心內偵測器系統之必要平均化及徑向分佈位置約束使得難以觀察高度局部化及詳細測量對於預測功率分佈及長期操作特性之間的差異。
進一步參考圖2及圖5之系統100，伽瑪偵測器10'之所揭示之組態可緊密模擬可移動爐心內偵測器系統可移動分裂室軸向測量密度之分佈(例如每2.4英寸一個分裂室)。因此，系統100可具有解析網格、影響熱傳遞之燃料棒之外部上之碎屑沈積物、反應性(例如CRUD)及/或局部沸騰對反應器爐心之影響之能力。此可允許待開發之軸向通量分佈之一更準確合成。測量與預測偵測器10'信號之間的差異可用於更詳細判定爐心設計模型化工具之準確度且產生可用於識別燃料效能異常之存在之一高度詳細爐心功率分佈測量。
另外，圖2及圖5之系統100可永久定位於所有燃料總成儀
器套管內部或反應器燃料矩陣中之製備位置內部。信號引線26/28可用於輸出定向為如圖2及圖5中所展示之偵測器管40中之偵測器信號以允許一所要SiC感測元件有效體積表面積及軸向密度同時針對信號引線使用標準礦物絕緣電纜設計。SiC信號將利用一共同反應器接地以簡化將測量電壓差接合至信號處理電子器件之電連接器之組態。
圖2及圖5之非限制性系統100之若干優點包含(例如)：
(1)依據管40內部之偵測器10'之軸向位置使用一旋轉配置最大化可含於管40內之相同偵測器10'之數目及最小化乾管40之所需外徑。
(2)在系統100中使用藉由調整各偵測器10'中之間隙22而調諧之SiC偵測器10'以偵測最大能量瞬發分裂伽瑪能量允許反應器分裂功率分佈之一連續測量。此瞬發分裂資訊可用於反應器異常偵測、連續功率分佈監視及反應器保護免受一單一感測器設計影響。
(3)使用伽瑪敏感SiC偵測器10'系統100設計可允許此總成在反應器之壽命中保持服務，因為不存在應依據輻射曝露而降級或減少之組件。
(4)圖5上所展示之SiC偵測器設計之熱特性可允許用於壓力水反應器、沸水反應器、高溫氣體冷卻反應器及液態金屬冷卻反應器之設計中。
原則上，圖2及圖5之爐心內偵測器系統100設計及組態可位移用於核反應器操作中之所有其他輻射感測器。再者，自當前測量系統過渡至本文所描述之輻射偵測器系統100之努力應非常容易及成本有效。
本文所提及之所有專利、專利申請案、公開案或其他發明
材料之全部內容係如同各個別參考文獻明確分別以引用的方式併入而以引用的方式併入本文中。據說以引用的方式併入本文中之所有參考文獻及任何材料或其等之部分僅在合併材料不與既有定義、陳述或本發明中闡述之其他發明材料衝突之程度上併入本文中。因此且在必要程度上，如本文所闡述之本發明替代以引用的方式併入本文中之任何衝突材料及本申請案控制中明確闡述之發明內容。
已參考各種例示性及繪示性態樣描述本發明。本文所描述之態樣應理解為提供所揭示之發明之各種態樣之變化細節之繪示性特徵；且因此，除非另有指示，否則應理解在可能程度上，所揭示之態樣之一或多個特徵、元件、組件、成分、要素、結構、模組及/或態樣可在不背離所揭示之發明之範疇之情況下與或相對於所揭示之態樣之一或多個其他特徵、元件、組件、成分、要素、結構、模組及/或態樣組合、分離、互換及/或重新配置。因此，一般技術者應認識到可在不背離之情況下進行例示性態樣之任何者之各種取代、修改或組合。另外，熟習技術者應認識到或能夠在審視本說明書之後使用不超過常規實驗確定本文所描述之本發明之各種態樣之許多等效物。因此，本發明不由各種態樣之描述限制而由申請專利範圍限制。
以下多種條項中闡述本文所描述之標的之各種態樣：
條項1：一種經組態以測量一核反應器中之一功率分佈之爐心內偵測器，該爐心內偵測器包含：一外殼，其經組態以放置於該核反應器之一預定位置中；複數個伽瑪偵測器，其中該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器包含具有一主動半導體區域及該主動半導體區域之至少一部分上之一蕭特基接觸之一蕭特基二極體；一歐姆接觸層，其位於該主動半導
體區域之至少一部分下；一光電子源材料，其經組態以在與由該核反應器發射之伽瑪輻射接觸之後即將電子轉移至該蕭特基二極體之該主動半導體區域；一第一引線，其延伸至鄰近於該源材料；及一第二引線，其延伸至鄰近於該歐姆接觸層，其中該複數個伽瑪偵測器定位於該外殼內使得該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器相對於該複數個伽瑪偵測器之一相鄰伽瑪偵測器徑向偏移，使得各伽瑪偵測器之該第一及第二引線相對於該相鄰伽瑪偵測器之該第一及第二引線偏移。
條項2：根據條項1之爐心內偵測器，其中該外殼包含在一軸向上延伸之一管，其中該管經組態以界定一內部腔穴，且其中該複數個伽瑪偵測器在該內部腔穴內軸向堆疊。
條項3：根據條項1或2之爐心內偵測器，其中該光電子源材料定位為遠離該蕭特基接觸一距離，藉此在該光電子源材料與該蕭特基接觸之間產生一間隙，其中尺寸可經調整以使該間隙衰減，且其中使該間隙衰減使由該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器偵測之能量之量衰減。
條項4：根據條項1至3之任何者之爐心內偵測器，其中預定該距離以在該蕭特基接觸與該光電子源材料之間產生一間隙，使得該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器經組態以偵測大於或等於5MeV之伽瑪輻射。
條項5：根據條項1至4之任何者之爐心內偵測器，其中該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器進一步包含：一流體，其插置於該蕭特基接觸與該光電子源材料之間，其中該流體包含一預定有效原子序數及一可忽略傳導；及一中間層，其覆蓋該蕭特基二極體、該歐姆接觸層、該光電子源材料、該第一引線之至少一部分及該第二引線之至少一部分，其中
該中間層經組態以電隔離該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器。
條項6：根據條項1至5之任何者之爐心內偵測器，其中插置於該蕭特基接觸與該光電子源材料之間之該流體包含空氣。
條項7：根據條項1至6之任何者之爐心內偵測器，其中該中間層包含氧化鋁及氧化鎂之至少一者或其等之組合。
條項8：根據條項1至7之任何者之爐心內偵測器，其中該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器進一步包含覆蓋該中間層之一外材料，其中該外材料經組態以提供該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器結構完整性。
條項9：根據條項1至8之任何者之爐心內偵測器，其中該外材料包含不銹鋼。
條項10：根據條項1至9之任何者之爐心內偵測器，其中該光電子源材料包含鉑。
條項11：根據條項1至10之任何者之爐心內偵測器，其中該主動半導體區域包含碳化矽。
條項12：一種經組態以測量由一核反應器發射之伽瑪輻射之爐心內偵測器系統，該爐心內偵測器系統包含：一外殼，其經組態以放置於該核反應器內之一預定位置中，其中該外殼在一軸向維度上延伸；複數個伽瑪偵測器，其等在該外殼內軸向堆疊，其中該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器包含具有一主動半導體區域及該主動半導體區域之至少一部分上之一蕭特基接觸之一蕭特基二極體；及一光電子源材料，其中該光電子源材料經組態以當其接觸由該核反應器發射之伽瑪輻射時產生穿透該主動區域之能量。
條項13：根據條項12之爐心內偵測器，其中該外殼包含在一軸向上延伸之一管，其中該管經組態以界定一內部腔穴，且其中該複數個伽瑪偵測器在該內部腔穴內軸向堆疊。
條項14：根據條項12或13之爐心內偵測器，其中該光電子源材料定位為遠離該蕭特基接觸一距離，藉此在該光電子源材料與該蕭特基接觸之間產生一間隙，其中尺寸可經調整以使該間隙衰減，且其中使該間隙衰減使由該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器偵測之能量之量衰減。
條項15：根據條項12至14之任何者之爐心內偵測器，其中該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器進一步包含一第一引線及一第二引線，且其中該第一引線及第二引線定位為彼此相距一預定距離，且其中該預定距離與由該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器產生之電壓中之一差相關聯。
條項16：一種在一爐心內偵測器系統之一外殼內軸向堆疊之複數個伽瑪偵測器之一伽瑪偵測器，其中該複數個伽瑪偵測器經組態以測量由一核反應器發射之伽瑪輻射，及其中該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器包含一蕭特基二極體，其具有一主動半導體區域及該主動半導體區域之至少一部分上之一蕭特基接觸；一導電材料，其經組態以在該主動半導體區域內產生一電荷；及一光電子源材料，其中該光電子源材料經組態以當其接觸由該核反應器發射之伽瑪輻射時產生穿透該主動區域之能量，其中該光電子源材料定位為遠離該蕭特基二極體一距離，藉此在該光電子源材料與該蕭特基接觸之間產生一間隙。
條項17：根據條項16之伽瑪偵測器，其中尺寸可經調整以使該間隙衰減，且其中使該間隙衰減使由該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵
測器偵測之能量之量衰減。
條項18：根據條項16或17之伽瑪偵測器，其中該導電材料經組態以在該主動半導體區域內產生一電子差動及因此一反向偏壓。
條項19：根據條項16至18之伽瑪偵測器，其進一步包含定位於該蕭特基接觸與該導電材料之間的一絕緣材料，其中該絕緣材料經組態以防止電子之一意外放電。
條項20：根據條項16至19之伽瑪偵測器，其進一步包含安置於該蕭特基接觸與該光電子源材料之間的一層流體，其中該流體包含一預定有效原子序數及一可忽略傳導。
本文所提及之所有專利、專利申請案、公開案或其他發明材料之全部內容係如同各個別參考文獻明確分別以引用的方式併入而以引用的方式併入本文中。據說以引用的方式併入本文中之所有參考文獻及任何材料或其等之部分僅在合併材料不與既有定義、陳述或本發明中闡述之其他發明材料衝突之程度上併入本文中。因此且在必要程度上，如本文所闡述之本發明替代以引用的方式併入本文中之任何衝突材料及本申請案控制中明確闡述之發明內容。
已參考各種例示性及繪示性態樣描述本發明。本文所描述之態樣應理解為提供所揭示之發明之各種態樣之變化細節之繪示性特徵；且因此，除非另有指示，否則應理解在可能程度上，所揭示之態樣之一或多個特徵、元件、組件、成分、要素、結構、模組及/或態樣可在不背離所揭示之發明之範疇之情況下與或相對於所揭示之態樣之一或多個其他特徵、元件、組件、成分、要素、結構、模組及/或態樣組合、分離、互換及/或重新配置。因此，一般技術者應認識到可在不背離之情況下進行例
示性態樣之任何者之各種取代、修改或組合。另外，熟習技術者應認識到或能夠在審視本說明書之後使用不超過常規實驗確定本文所描述之本發明之各種態樣之許多等效物。因此，本發明不由各種態樣之描述限制而由申請專利範圍限制。
10':偵測器
26:引線
28:引線
40:儀器管
44:點
46:點
100:系統
△V1:距離
△V2:距離
△V3:距離
Claims (20)
- 一種經組態以測量一核反應器中之一功率分佈之爐心內偵測器，該爐心內偵測器包括：一外殼，其經組態以放置於該核反應器之一預定位置中；複數個伽瑪偵測器，其中該複數個伽瑪偵測器在該外殼內軸向堆疊，且其中該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器包括：一蕭特基二極體，其具有一主動半導體區域及該主動半導體區域之至少一部分上之一蕭特基接觸；一歐姆接觸層，其位於該主動半導體區域之至少一部分下；一光電子源材料，其經組態以在與由該核反應器之一燃料總成發射之伽瑪輻射接觸之後即將電子轉移至該蕭特基二極體之該主動半導體區域；一第一引線，其延伸至鄰近於該源材料；及一第二引線，其延伸至鄰近於歐姆接觸層，其中該複數個伽瑪偵測器定位於該外殼內使得該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器相對於該複數個伽瑪偵測器之一相鄰伽瑪偵測器徑向偏移，使得各伽瑪偵測器之該第一及第二引線相對於該相鄰伽瑪偵測器之該第一及第二引線偏移。
- 如請求項1之爐心內偵測器，其中該外殼包含在一軸向上延伸之一管，其中該管經組態以界定一內部腔穴，且其中該複數個伽瑪偵測器在該內部腔穴內軸向堆疊。
- 如請求項1之爐心內偵測器，其中該光電子源材料定位為遠離該蕭特基接觸一距離，藉此在該光電子源材料與該蕭特基接觸之間產生一間隙，其中尺寸可經調整以使該間隙衰減，且其中使該間隙衰減使由該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器偵測之能量之量衰減。
- 如請求項3之爐心內偵測器，其中預定該距離以在該蕭特基接觸與該光電子源材料之間產生一間隙，使得該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器經組態以偵測大於或等於5MeV之伽瑪輻射。
- 如請求項1之爐心內偵測器，其中該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器進一步包括：一流體，其插置於該蕭特基接觸與該光電子源材料之間，其中該流體包含一預定有效原子序數及一可忽略傳導；及一中間層，其覆蓋該蕭特基二極體、該歐姆接觸層、該光電子源材料、該第一引線之至少一部分及該第二引線之至少一部分，其中中間層經組態以電隔離該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器。
- 如請求項5之爐心內偵測器，其中插置於該蕭特基接觸與該光電子源材料之間之該流體包括空氣。
- 如請求項5之爐心內偵測器，其中該中間層包括氧化鋁、氧化鎂、或其等之組合。
- 如請求項5之爐心內偵測器，其中該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器進一步包含覆蓋該中間層之一外材料，其中該外材料經組態以提供該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器結構完整性。
- 如請求項8之爐心內偵測器，其中該外材料包括不銹鋼。
- 如請求項1之爐心內偵測器，其中該光電子源材料包括鉑。
- 如請求項1之爐心內偵測器，其中該主動半導體區域包含碳化矽。
- 一種經組態以測量由一核反應器之一燃料總成發射之伽瑪輻射之爐心內偵測器系統，該爐心內偵測器系統包括：一外殼，其經組態以放置於該核反應器內之一預定位置中，其中該外殼在一軸向維度上延伸；複數個伽瑪偵測器，其等在該外殼內軸向堆疊，其中該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器包括：一蕭特基二極體，其包括一主動半導體區域及該主動半導體區域之至少一部分上之一蕭特基接觸；及一光電子源材料，其中該光電子源材料經組態以當其接觸由該核反應器之該燃料總成發射之伽瑪輻射時產生穿透該主動半導體區域之電子。
- 如請求項12之爐心內偵測器系統，其中該外殼包括在一軸向上延伸之一管，其中該管經組態以界定一內部腔穴，且其中該複數個伽瑪偵測器在該內部腔穴內軸向堆疊。
- 如請求項12之爐心內偵測器系統，其中該光電子源材料定位為遠離該蕭特基接觸一距離，藉此在該光電子源材料與該蕭特基接觸之間產生一間隙，其中尺寸可經調整以使該間隙衰減，且其中使該間隙衰減使由該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器偵測之能量之量衰減。
- 如請求項12之爐心內偵測器系統，其中該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器進一步包含一第一引線及一第二引線，且其中該第一引線及第二引線定位為彼此相距一預定距離，且其中該預定距離與由該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器產生之電壓中之一差相關聯。
- 一種在一爐心內偵測器系統之一外殼內軸向堆疊之複數個伽瑪偵測器之一伽瑪偵測器，其中該複數個伽瑪偵測器經組態以測量由一核反應器之一燃料總成發射之伽瑪輻射，其中該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器係相對於該複數個伽瑪偵測器之一相鄰伽瑪偵測器徑向偏移，及其中該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器包括：一蕭特基二極體，其具有一主動半導體區域及該主動半導體區域之至少一部分上之一蕭特基接觸；一導電材料，其經組態以在該主動半導體區域內產生一電荷；及一光電子源材料，其中該光電子源材料經組態以當其接觸由該核反 應器之該燃料總成發射之伽瑪輻射時產生穿透該主動半導體區域之電子，其中該光電子源材料定位為遠離該蕭特基二極體一距離，藉此在該光電子源材料與該蕭特基接觸之間產生一間隙。
- 如請求項16之伽瑪偵測器，其中尺寸可經調整以使該間隙衰減，且其中使該間隙衰減使由該複數個伽瑪偵測器之各伽瑪偵測器偵測之能量之量衰減。
- 如請求項16之伽瑪偵測器，其中該導電材料經組態以在該主動半導體區域內產生一電子差動及因此一反向偏壓。
- 如請求項16之伽瑪偵測器，其進一步包括位於該主動半導體區域之至少一部分下之一歐姆接觸層，及該歐姆接觸層與該導電材料之間的一絕緣材料，其中該絕緣材料經組態以防止電子之一意外放電。
- 如請求項16之伽瑪偵測器，其進一步包括安置於該蕭特基接觸與該光電子源材料之間的一層流體，其中該流體包含一預定有效原子序數及一可忽略傳導。
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