用于核反应堆的中子探测系统技术方案

中子探测系统(300，400，500，600，700，800)可以包括位于反应堆容器(2)的外部的中子探测装置(325，425，525、625，725，825)。中子探测装置可以构造成探测在反应堆容器内产生的中子。位于反应堆容器和安全壳中间的安全区域(14、414，514、614，714，814)可以构造成容纳安全介质。中子路径装置(475，575、675，775，875)可以至少部分地位于反应堆容器和安全壳之间，并且中子路径装置可以构造成通过容纳在中子路径装置内的中子路径介质(430，530、630，730，830)提供通向中子探测装置的中子路径(440，540、640，740，840)。与中子路径介质相关联的中子衰减系数可以小于与安全介质相关联的中子衰减系数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉参考本申请要求享有2013年12月26日提交的美国临时申请No.61/921,037和2014年4月1日提交的美国非临时申请No.14/242,677的优先权。
本申请涉及发电领域，所述发电领域涉及反应堆系统，所述反应堆系统使用中子源和/或中子探测器来操作。
技术介绍
裂变型核反应堆可以构造成使用中子减速剂使通过核裂变所产生的中子慢下来或变缓和，以便增大燃料源的横截面。增大的横截面继而可以增加可引起裂变事件而不是由燃料源捕获的中子数，并且从而传播随之而来的裂变事件的链式反应。热中子是自由中子，所述自由中子可以例如在近似17摄氏度的温度下在与减速剂中的原子核大量碰撞之后具有大约0.025eV的动能和/或2.2km/s的速度。热中子典型地比快中子具有明显更大的相互作用的横截面，并且因此可以被更加容易地吸收。不同类型的中子减速剂、减速剂温度、燃料横截面和/或燃料温度的组合会影响在反应堆起动期间和/或在反应堆操作期间可实现的裂变速率。例如，燃料温度的升高可以提高燃料的超热中子的速率并且提供可以用于控制反应堆的功率级的负反馈。另外，减速剂温度的变化也可以用于提供负反馈。构造成发出中子的装置例如中子源可以借助考虑到的多个不同的参数来设计。例如，中子源设计参数依据中子源的和/或反应堆的特定
应用可以包括发出的中子的能量、中子的发射速率和/或其它参数。通过燃料产生的自发裂变事件对于用某些类型的反应堆监测仪器探测而言会是太弱的。在不知道反应堆芯处或附近的裂变事件的水平和/或中子通量的水平的情况下起动反应堆会被称为“盲区”起动，这在各种监管和/或操作要求下会是不允许的。在操作反应堆时由热中子通量引起的中子捕获会改变同位素的成分并且减少中子源的使用寿命。因此，中子源会每隔一定时间被改变或被替换以确保保留有在起动期间和/或在操作期间发出的足够的中子数。虽然被认为惰性的某些类型的中子源会比活跃的中子源更便宜，但是最初缺乏来自惰性中子源的足够的中子通量会导致盲区起动。另外，位于反应堆芯处或附近的某些类型的中子探测器可以构造成在反应堆操作期间探测较高水平的中子，并且会对探测较低水平的中子和/或对准确地测量例如在反应堆停止时或在反应堆停堆时的反应性是不足够敏感的。没有和/或失去在反应堆操作的一个或多个模式中产生足够中子数的能力的中子源会导致反应堆监测仪器不能探测或确认中子源的存在和/或不能证实相关联的中子活性。另外，在某些示例中，没有探测中子活性的水平的能力也能够影响以下能力，即，监测在堆芯停止、检查、维护和/或再加燃料期间的不期望的反应性增大的能力。本申请解决了这些和其它问题。附图说明图1示出示例核反应堆模块。图2示出包括中子源的示例反应堆芯构型。图3示出示例中子探测系统。图4示出另一个示例中子探测系统。图5示出又一个示例中子探测系统。图6示出示例中子探测系统的俯视图。图7示出示例中子路径装置。图8示出又一个示例中子探测系统。图9示出探测中子源的示例过程。
技术实现思路
本文公开的示例中子探测系统可以包括位于安全壳的外部的中子探测装置。在某些示例中，中子探测装置可以位于反应堆容器的外部和周围的安全壳的内部。中子探测装置可以构造成探测中子，所述中子通过由中子源引起的裂变产生和/或通过在位于反应堆容器内的反应堆芯中发生的裂变产生。另外，处于反应堆容器和安全壳中间的安全区域可以构造成容纳安全介质。中子路径装置可以至少部分地位于反应堆容器和安全壳之间，并且中子路径装置可以构造成提供通向中子探测装置的中子路径。可以在中子路径装置内包含有中子路径介质。与中子路径介质相关联的中子衰减系数可以小于与安全介质相关联和/或与一个或多个其它介质或结构(包括反应堆容器和/或安全壳)相关联的中子衰减系数，所述一个或多个其它介质或结构可以位于中子源/反应堆芯和中子探测装置之间。因此，会能够够到和/或通过中子探测装置测量这样的中子，即，所述中子可能另外通过安全介质、介质和/或结构被过度地衰减。本文公开的示例中子路径装置可以包括壳体，所述壳体构造成禁止周围的介质进入壳体中。另外，壳体可以构造成提供通向中子探测器的中子路径。容纳在壳体中的中子路径介质可以被维持在部分真空。与维持在部分真空的中子路径介质相关联的中子衰减系数可以小于与周围的介质相关联的中子衰减系数。本文公开的示例设备可以包括用于通过中子路径传送中子的装置。中子路径可以包括中子路径介质。所述设备还可以包括用于探测通过中子路径传送的中子数的装置。所述用于探测的装置可以位于反应堆容器的外部，并且位于反应堆容器和周围的安全壳中间的安全区域可以构造成容纳安全介质。与安全介质相关联的中子衰减系数可以大于与中子路径介质相关联的中子衰减系数。本文公开了探测中子的示例过程。中子可以沿着至少部分地位于中子路径装置内的中子路径行进。中子路径装置可以构造成提供通向中子探测器的中子路径。中子路径装置可以包括和/或包含第一介质。通过中子路径产生的、放射的和/或传送的中子数可以通过中子探测器探测。中子数可以与阈值相比较。中子探测器和/或处理装置可以构造成至少部分地基于中子数而推断反应堆的功率级、反应性和/或倍增因数(Keff)。推断出的功率级、反应性和/或倍增因数可以用于判定是否开始反应堆起动。对以上示例的理解将从以下参照附图的详细说明而变得更加容易显而易见。具体实施方式本文公开的和/或涉及的各种示例可以与在美国申请No.11/941,024和/或美国申请No.12/397,481中找到的一个或多个特征一致地或协力地操作，所述美国申请的整个内容通过参考包含于此。图1示出示例核反应堆模块5，其包括由反应堆压力容器2包围的反应堆芯6。在反应堆压力容器2中的冷却剂10包围反应堆芯6。反应堆芯6可以位于护罩22中，所述护罩22围绕反应堆芯6的侧面包围反应堆芯6。当冷却剂10由于裂变事件而通过反应堆芯6加热时，冷却剂10可以从护罩22被向上指引到位于反应堆芯6上方的环形部23中而指引出立管24。这会使得额外的冷却剂10被抽吸到护罩22中以继而由反应堆芯6加热，所述反应堆芯6将更多的冷却剂10抽吸到护罩22中。从立管24出现的冷却剂10可以被冷却下来而朝向反应堆压力容器2的外侧指引，并且继而通过自然循环返回到反应堆压力容器2的底部。随着冷却剂10被加热，可以在反应堆压力容器2中产生加压蒸气11(例如，蒸汽)。热交换器35可以构造成使给水和/或蒸汽在二次冷却系统30中循环，以便借助涡轮32和发电机34发电。在某些示例中，给水穿过热交换器35并且可以变成过热蒸汽。二次冷却系统30可以包括冷凝器
36和给水泵38。在某些示例中，在二次冷却系统30中的给水和/或蒸汽保持与在反应堆压力容器2中的冷却剂10隔离，使得所述给水和/或蒸汽和所述冷却剂不允许彼此混合或不允许彼此直接接触。反应堆压力容器2可以由安全壳4包围。在某些示例中，安全壳4可以被放置在水池中，例如，如位于地平面之下。安全壳4构造成禁止释放与反应堆压力容器2相关联的冷却剂10而禁止所述冷却剂泄漏到安全壳4的外侧和/或泄漏到周围环境中。在紧急状况下，蒸气11可以从反应堆压力容器2通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中子探测系统，其包括：中子探测装置，所述中子探测装置位于反应堆容器的外部，其中，所述中子探测装置构造成探测在所述反应堆容器内产生的中子，其中，位于所述反应堆容器和安全壳中间的安全区域构造成容纳安全介质，并且其中，中子衰减系数与所述安全介质相关联；和中子路径装置，所述中子路径装置至少部分地位于所述反应堆容器和所述安全壳之间，其中，所述中子路径装置构造成在中子源和所述中子探测装置之间通过包含在所述中子路径装置内的中子路径介质提供中子路径，并且其中，与所述中子路径介质相关联的中子衰减系数小于与所述安全介质相关联的中子衰减系数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.26 US 61/921,037;2014.04.01 US 14/242,6771.一种中子探测系统，其包括：中子探测装置，所述中子探测装置位于反应堆容器的外部，其中，所述中子探测装置构造成探测在所述反应堆容器内产生的中子，其中，位于所述反应堆容器和安全壳中间的安全区域构造成容纳安全介质，并且其中，中子衰减系数与所述安全介质相关联；和中子路径装置，所述中子路径装置至少部分地位于所述反应堆容器和所述安全壳之间，其中，所述中子路径装置构造成在中子源和所述中子探测装置之间通过包含在所述中子路径装置内的中子路径介质提供中子路径，并且其中，与所述中子路径介质相关联的中子衰减系数小于与所述安全介质相关联的中子衰减系数。2.根据权利要求1所述的中子探测系统，其中，所述中子路径介质包括气体，并且其中，所述安全介质包括液体。3.根据权利要求1所述的中子探测系统，其中，所述中子路径介质在所述中子路径装置内被维持在大气压力以下。4.根据权利要求1所述的中子探测系统，其中，所述中子路径装置至少部分地位于所述安全区域内。5.根据权利要求4所述的中子探测系统，其中，所述中子路径装置的至少一部分由所述安全介质包围，并且其中，所述中子路径装置构造成容纳与所述安全介质隔离的所述中子路径介质。6.根据权利要求1所述的中子探测系统，其中，所述中子探测系统构造成响应于所述中子路径装置使得能够通过所述中子探测装置探测超出阈值起动值的中子数而开始反应堆起动操作。7.根据权利要求1所述的中子探测系统，其中，所述中子路径装置构造成当所述中子路径装置的外表面暴露于大于或等于大气压力的压力时将所述中子路径介质维持在抽空状态中。8.根据权利要求1所述的中子探测系统，其中，所述中子路径装置构造成使与冷却系统相关联的空间体积位移，并且其中，所位移的
\t空间体积增大与所述冷却系统相关联的静水压头。9.根据权利要求8所述的中子探测系统，其中，所述中子路径装置还构造成至少部分地基于所述中子路径装置的结构组分来调节与所述冷却系统相关联的冷却速率。10.一种中子路径装置，其包括：壳体，所述壳体构造成禁止周围的介质进入所述壳体中，其中，所述壳体还构造成在中子源和中子探测器之间提供中子路径；和中子路径介质，所述中子路径介质被容纳在所述壳体中，其中，所述中子路径介质被维持在部分真空，并且其中，与被维持在所述部分真空的中子路径介质相关联的中子衰减系数小于与所述周围的介质相关联的中子衰减系数。11.根据权利要求10所述的中子路径装置，其中，所述壳体还构造成当所述周围的介质在所述壳体上施加比所述部分真空大的压力时禁止所述周围的介质进入。12.根据权利要求10所述的中子路径装置，其中，所述中子路径介质包括气体。13.根据权利要求10所述的中子路径装置，其中，所述中子路径介质基本由氮气构成。14.根据权利要求10所述的中子路径装置，其中，所述壳体包括：第一端部，所述第一端部构造成从所述中子源接收中子；和第二端部，所述第二端部构造成将中子传送到所述中子探测器，其中，所述第一端部大于所述第二端部。15.根据权利要求14所述的中子路径...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·斯纳格路德，R·高夫，
申请(专利权)人：纽斯高动力有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US