(57)【要約】【課題】２つまたはそれ以上の導電体、１つまたは複数の信号デバイス、およびアナライザーを備えることができる装置を実現すること。【解決手段】１つまたは複数の信号デバイスは、１つまたは複数の信号を２つまたはそれ以上の導電体に印加し、２つまたはそれ以上の導電体から１つまたは複数の信号を受け取るように適合されうる。アナライザーは、印加された信号のうちの少なくとも１つの信号および受け取った信号のうちの少なくとも１つの信号を使用して原子炉内の出力レベルを決定するように適合されうる。原子炉内の出力レベルを決定する方法は、原子炉内に配置されている２つまたはそれ以上の導電体のインピーダンス値を測定すること、および測定されたインピーダンス値を使用して出力レベルを決定することを含むことができる。原子炉を運転する方法は、インピーダンス値を測定することと、測定されたインピーダンス値を使用して原子炉のパラメータを決定することとを含むことができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つまたはそれ以上の導電体と、
１つまたは複数の信号デバイスと、
アナライザーとを備え、
前記２つまたはそれ以上の導電体は、原子炉内に配置され、
前記１つまたは複数の信号デバイスは、１つまたは複数の信号を前記２つまたはそれ以上の導電体に印加するように適合され、
前記１つまたは複数の信号デバイスは、前記２つまたはそれ以上の導電体から１つまたは複数の信号を受け取るように適合され、
前記アナライザーは、前記１つまたは複数の印加された信号のうちの少なくとも１つの信号および前記１つまたは複数の受け取った信号のうちの少なくとも１つの信号を使用して前記原子炉内の出力レベルを決定するように適合される
装置。
【請求項２】
前記２つまたはそれ以上の導電体は、同軸ケーブルの一部である請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記１つまたは複数の信号デバイスのうちの少なくとも１つのデバイスは、時間領域反射計（「ＴＤＲ」）を備える請求項１記載の装置。
【請求項４】
原子炉内の出力レベルを決定するためのシステムであって、
請求項１記載の前記装置を備え、
前記２つまたはそれ以上の導電体は、原子炉心内に部分的に、または完全に配置されるシステム。
【請求項５】
請求項１記載の装置を備える原子炉。
【請求項６】
請求項４記載のシステムを備える原子炉。
【請求項７】
原子炉内の出力レベルを決定する方法であって、
前記原子炉内に配置されている２つまたはそれ以上の導電体のインピーダンス値を測定することと、
前記測定されたインピーダンス値を使用して前記出力レベルを決定することとを含む方法。
【請求項８】
前記測定されたインピーダンス値を使用して前記出力レベルを決定することは、
前記出力レベルの一次元プロファイルを作成することを含む請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記測定されたインピーダンス値を使用して前記出力レベルを決定することは、
前記出力レベルの三次元プロファイルを作成することを含む請求項７記載の方法。
【請求項１０】
原子炉を運転する方法であって、
前記原子炉内に配置されている２つまたはそれ以上の導電体のインピーダンス値を測定することと、
前記測定されたインピーダンス値を使用して前記原子炉のパラメータを決定することとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例示的な実施形態は、原子炉を運転するための方法および装置、ならびに原子炉内の出力レベルを決定するための方法および装置に関する。また、例示的な実施形態は、原子炉を運転するための方法および装置、ならびに２つまたはそれ以上の導電体、１つまたは複数の信号デバイス、および／またはアナライザーを備えうる原子炉内の出力レベルを決定するための方法および装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来技術の沸騰水型原子炉（「ＢＷＲ」）内の原子炉圧力容器（「ＲＰＶ」）１００の、部品が切り取られている、断面図である。ＢＷＲの運転中に、ＲＰＶ  １００内で循環している冷却水は、炉心１０２内で発生する核分裂によって加熱される。給水は、給水入口１０４および給水スパージャー１０６（ＲＰＶ  １００の内側で給水を周方向に分配するための開口を備えるリング状パイプ）を介してＲＰＶ  １００内に導かれる。給水スパージャー１０６からの給水は、下降管円環１０８（ＲＰＶ  １００と炉心シュラウド１１０との間の円環領域）を通って下方に流れる。
【０００３】
炉心シュラウド１１０は、炉心１０２を囲むステンレス鋼製シリンダーである。炉心１０２は、多数の燃料バンドル集合体１１２を備える（例えば、２×２のアレイが図１に示されている）。燃料バンドル集合体１１２のそれぞれのアレイは、頂部ガイド１１４によってその頂部のところで、またはその頂部の近くで、および炉心板１１６によってその底部のところで、またはその底部の近くで支持される。頂部ガイド１１４は、燃料バンドル集合体１１２の頂部用の横方向支持材を備え、制御棒の挿入を行えるように正しい燃料チャネル間隔を維持する。
【０００４】
冷却水は、下降管円環１０８を通り下方に流れて炉心下部プレナム１１８内に入る。炉心下部プレナム１１８内の冷却水は、次に、炉心１０２を通って上方に流れる。冷却水は、燃料集合体１１２内に入り、そこで、沸騰境界層が確立される。水と蒸気の混合物が、炉心１０２から出て、シュラウドヘッド１２２の下の炉心上部プレナム１２０内に入る。炉心上部プレナム１２０は、蒸気水混合物が炉心１０２を出て、スタンドパイプ１２４に入るまでの間にスタンドオフを形成する。スタンドパイプ１２４は、シュラウドヘッド１２２の上に配置され、炉心上部プレナム１２０と流体的に連通する。
【０００５】
蒸気水混合物は、スタンドパイプ１２４内を貫流して、汽水分離器１２６（例えば、軸流遠心分離型であってよい）内に入る。汽水分離器１２６は、蒸気水混合物を液体水と蒸気とに実質的に分離する。分離された液体水は、混合プレナム１２８内で給水と混合する。次いで、この混合物は、下降管円環１０８を介して炉心１０２に戻る。分離された蒸気は、蒸気乾燥器１３０を通り、蒸気ドーム１３２内に入る。乾燥させた蒸気は、タービンおよび他の機器（図に示されていない）で使用するために蒸気出口１３４を介してＲＰＶ  １００から回収される。
【０００６】
ＢＷＲは、必要な出力密度を達成するために必要な炉心１０２を通る強制複合対流を供給する冷却材再循環システムも備える。水の一部は、再循環水出口１３６を介して下降管円環１０８の下端から吸引され、遠心力再循環ポンプ（図に示されていない）によって再循環水入口１４０を介して複数の噴流ポンプ集合体１３８（１つだけが図に示されている）内に強制的に送り込まれる。ジェットポンプ集合体１３８は、炉心シュラウド１１０の周囲上に分配され、必要な炉心流を形成する。
【０００７】
図１に示されているように、従来技術のジェットポンプ集合体１３８は、一対の入口混合機１４２を備える。従来技術のＢＷＲは、１６から２４台の入口混合機１４２を備える。それぞれの入口混合機１４２には、入口上昇管１４６を介して再循環ポンプ（図に示されていない）から水を受け入れるエルボー１４４が溶接されている。例示的な入口混合機１４２は、入口混合機１４２の軸を中心として等しい角度で周上に分散配置されている５本のノズルを一組として備える。それぞれのノズルは、その出口のところで半径方向内向きに先細となっている。ジェットポンプ集合体１３８は、これらの先細ノズルによるエネルギーを受ける。５つの二次入口開口部は、ノズル出口の外側に放射状に並ぶ。したがって、水噴流がノズルから出ると、下降管円環１０８からの水は、二次入口開口部を介して入口混合機１４２内に引き込まれ、そこで再循環ポンプからの冷却水と混合される。次いで、冷却水が、ジェットポンプ集合体１３８内に流入する。
【０００８】
図２は、従来技術の炉心２００の平面図である。炉心２００は、燃料バンドル２０２、周囲燃料バンドル２０４、および／または制御棒２０６を備えることができる。複数の燃料バンドル２０２のうちの２つまたはそれ以上の燃料バンドルを燃料バンドル集合体２０８内に含めることができる。炉心２００は、例えば、数百もしくは数千の燃料バンドル２０２および／または数十もしくは数百の周囲燃料バンドル２０４を備えることができる。図２に示されているように、例えば、炉心２００は、約１０２８個の燃料バンドル２０２、約１０４個の周囲燃料バンドル２０４、および／または約２６９本の制御棒２０６を備えることができる。
【０００９】
炉心２００内の燃料バンドル２０２、周囲燃料バンドル２０４、および／または制御棒２０６の分散配置は、対称的であってもなくてもよい。それに加えて、対称が存在する場合、これは、鏡像対称、対角線対称、回転対称、並進対称、四分円対称、および八分円対称のうちの１つまたは複数の対称を含みうる。図２に示されているように、例えば、１つまたは複数の制御棒２０６は、炉心２００の幾何学中心内に、またはその近くに配置することができる。
【００１０】
炉心２００は、１つまたは複数の種類の中性子モニターを備えることもできる。これらのモニターとしては、例えば、１つまたは複数の中性子源領域モニター、１つまたは複数の中間領域モニター、および／または１つまたは複数の出力領域モニターが挙げられる。従来技術のＢＷＲでは、１つまたは複数の中性子源領域モニターは、固定型または可動式とすることができる。同様に、従来技術のＢＷＲでは、１つまたは複数の中間領域モニターは、固定型または可動式とすることができる。
【００１１】
従来技術の中性子源領域モニターおよび／または従来技術の中間領域モニターの範囲全体のうちの少なくとも一部は、起動領域中性子モニター（「ＳＲＮＭ」）またはワイドレンジ中性子モニター（「ＷＲＮＭ」）によってカバーすることができる。同様に、従来技術の中間領域モニターおよび／または従来技術の出力領域モニターの範囲全体のうちの少なくとも一部は、局所出力領域モニター（「ＬＰＲＭ」）によってカバーすることができる。従来技術のＢＷＲでは、ＳＲＮＭおよび／またはＬＰＲＭは、固定型とすることができる。
【００１２】
炉心２００は、例えば、数十個のＳＲＮＭ検出器および／または数十もしくは数百個のＬＰＲＭ検出器を備えることができる。図２に示されていないけれども、炉心２００は、例えば、約１２個のＳＲＮＭ検出器を備えることができる。図２に示されているように、例えば、炉心２００は、約６４台のＬＰＲＭ集合体２１０内に約２５６個のＬＰＲＭ検出器を備えることができる。例えば、１つまたは複数のＬＰＲＭ集合体２１０は、４つのＬＰＲＭ検出器を備えることができる（つまり、それぞれのＬＰＲＭ集合体２１０は、４つのＬＰＲＭ検出器を備えることができる）。
【００１３】
図３は、従来技術のＬＰＲＭ集合体３００の側面図である。図３に示されているように、ＬＰＲＭ集合体３００の案内管３０２は、炉心板３０４を貫通し、これにより、ＬＰＲＭ集合体３００は炉心３０６に接近できる。ＬＰＲＭ被覆管３１０の１つまたは複数の案内リング３０８は、ＬＰＲＭ集合体３００が案内管３０２内に挿入されるように誘導することができる。案内管３０２は、グランドシール３１２および／またはフランジ３１４によって封止できる。
【００１４】
ＬＰＲＭ集合体３００は、例えば、４つのＬＰＲＭ検出器（図に示されていない）および／または６つのコネクターを備えることができる。第１のコネクター３１６は、第１のＬＰＲＭ検出器に接続し、第２のコネクター３１８は、第２のＬＰＲＭ検出器に接続し、第３のコネクター３２０は、第３のＬＰＲＭ検出器に接続し、および／または第４のコネクター３２２は、第４のＬＰＲＭ検出器に接続することができる。第１のコネクター３１６、第２のコネクター３１８、第３のコネクター３２０、および第４のコネクター３２２のうちの１つまたは複数のコネクターは、スイスを本拠地とするＬＥＭＯ社が製造する、ＬＥＭＯプラグまたはＬＥＭＯレセプタクルと呼ばれるコネクターであるものとしてよい。例えば、第１のコネクター３１６、第２のコネクター３１８、第３のコネクター３２０、および第４のコネクター３２２のうちの１つまたは複数のコネクターは、サイズ１のＬＥＭＯレセプタクルとしてよい。
【００１５】
第５のコネクター３２４は、ＬＰＲＭ集合体３００のガンマサーモメーター（図に示されていない）に接続することができる。第５のコネクター３２４は、例えば、サイズ３のＬＥＭＯプラグであってよい。第６のコネクター３２６は、例えば、横断する炉心内プローブ（「ＴＩＰ」）（図に示されていない）に付随する較正管とすることができる。
【００１６】
ＴＩＰは、炉心内に完全に挿入し、次いで測定しつつ引き抜いて炉心内の軸方向高度でガンマ線または中性子束を測定することができるガンマ線または中性子有感デバイスである。ＴＩＰの読み取り値は連続的であるが、典型的には設定間隔（例えば１”）で２値化され、次いで、組み合わされてあるノード（例えば、６”セグメント）における電力を表す１つの値にまとめられる。スペーサーなどの炉心内構造は、局所ガンマ線または中性子束に影響を及ぼす可能性があるため、電力の低下はデータの適切な調整を高める知られている局所スペーサー位置と相関しうる。ＴＩＰセットの始めのところで、すべてのＴＩＰ（典型的には３から５）を共通の炉心半径方向配置に通し、異なるＴＩＰを互いに合わせて正規化することができる。次いで、炉心の周りのそれぞれの半径方向配置から収集されたデータを正規化することができる。これは、通常「炉心の適応」と呼ばれ、一般的には使用されなくなっている。その代わりに、炉心物理コンピュータプログラムが、炉心半径方向出力分布を計算し、ＴＩＰの読み取り値を用いて、それぞれの配置において出力を軸方向に割り当てることができる。このプロセスは、一般に「形状の適応」と呼ばれる。このプロセスに関して、それぞれのＴＩＰがそれぞれの配置で頂部から底部へ一貫して読み取られる必要がある場合があるが、一方の半径方向位置から他方の半径方向位置へ必ず一貫して読み取られる必要はない。言い換えると、計装の相互較正は、形状の適応には必要でないことがあるということである。
【００１７】
従来技術のＬＰＲＭ集合体３００では、第１、第２、第３、および第４のＬＰＲＭ検出器は、実質的に縦方向の配列構成となるように配置されうる。実質的に縦方向の配列構成には、第１、第２、第３、および第４のＬＰＲＭ検出器の間の間隔が含まれていてもよい。間隔は、同じサイズ、あるいは２つまたはそれ以上の異なるサイズを有していてもよい。実質的に縦方向配列構成は、例えば、それぞれのＬＰＲＭ集合体３００内ではおおよそ同じであればよい。実質的に縦方向の配列構成では、第１、第２、第３、および第４のＬＰＲＭ検出器により炉心３０６内の４つの異なる高さ（または配置）で中性子束（典型的には、熱中性子束）を監視することができるものとしてよい。この４つの異なる高さ（または配置）は、例えば、それぞれのＬＰＲＭ集合体３００内ではおおよそ同じであればよい。
【００１８】
当業者（「ＰＨＯＳＩＴＡ」）に知られているように、ＬＰＲＭ検出器は、典型的には、陰極上に核分裂性物質がコートされている陰極を備える。核分裂性物質は、Ｕ２３４とＵ２３５との混合物であってよい。Ｕ２３５は、熱中性子束に比例する信号を発生するために使用される。しかし、原子炉心内の熱中性子束が極端に高いため、Ｕ２３５は、バーンアウト現象に曝され、これのせいで、一定の熱中性子束に対応するＬＰＲＭ検出器の読み取り値が時間の経過とともに徐々に減少する可能性がある。Ｕ２３４は、熱中性子を吸収して、Ｕ２３５となり、ＬＰＲＭ検出器を延命させうる。しかし、最終的に、一定の熱中性子束に対応するＬＰＲＭ検出器の読み取り値は、それでも、時間の経過とともに徐々に減少することになる。
【００１９】
ガンマサーモメーターは、付随するＬＰＲＭ検出器を較正する機能を備えていてもよい。定常状態運転では、ガンマ線束は、典型的には、熱中性子束に比例する。したがって、ＰＨＯＳＩＴＡに知られているように、ガンマサーモメーター−付随するＬＰＲＭ検出器の付近に配置されている−は、定常状態熱収支において局所ガンマ線束を測定することができる。局所ガンマ線束は、比例する熱中性子束に関係しているとしてよく、付随するＬＰＲＭ検出器は、関係する比例する熱中性子束に基づいて較正できる。しかし、今のところ、ガンマサーモメーター技術は高価であり、および／または炉心３０６の高さの上では温度補償測定を比較的限られた数しか行えない。
【００２０】
ガンマサーモメーターよりも古い技術であるけれども、ＴＩＰは、ＬＰＲＭ検出器を較正するための代替えおよび／または補助的手段となりうる。ＰＨＯＳＩＴＡに知られているように、ＴＩＰは、本質的に、較正すべきＬＰＲＭ検出器の近くに一時的に配置できる移動式熱中性子検出器を備えるシステムである。例えば、定常状態の熱収支において、移動式熱中性子検出器の読み取り値に合わせてＬＰＲＭ検出器を較正することができる。ＴＩＰは移動式であるため、動かして炉心内の極端に高い熱中性子束から出すことができる。したがって、ＴＩＰは、通常、ＬＰＲＭ検出器のバーンアウト問題の影響を受けない。しかし、ＴＩＰは、機械的および電気的な不具合の影響を受けやすい、頻繁な保守および修理を必要とし、多くの放射線曝露および汚染問題を引き起こす複雑なシステムである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
原子炉内の出力レベルを決定する問題に対してさまざまな解決策が提案されているが、例えば、米国特許第４，６１４，６３５号（「’６３５号特許」）、米国特許第４，７２５，３９９号（「’３９９号特許」）、米国特許第４，９１５，５０８号（「’５０８号特許」）、および米国特許第５，０１５，４３４号（「’４３４号特許」）において説明されているとおりである。’６３５号特許および’４３４号特許の開示は、参照により本出願に組み込まれている。しかし、これらのさまざまな解決策は、ＬＰＲＭ検出器の補償が、低いコストで、および／または炉心の高さの上で比較的多数の補償測定を行うことで、単純に実行されうる、原子炉を運転するための方法および装置、ならびに原子炉内の出力レベルを決定するための方法および装置を含んでいない。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
例示的な実施形態は、原子炉を運転するための方法および装置ならびに原子炉内の出力レベルを決定するための方法および装置に関するものとしてよい。また、例示的な実施形態は、原子炉を運転するための方法および装置、ならびに２つまたはそれ以上の導電体、１つまたは複数の信号デバイス、および／またはアナライザーを備えうる原子炉内の出力レベルを決定するための方法および装置にも関する。それに加えて、原子炉内の出力レベルは、２つまたはそれ以上の導電体、１つまたは複数の信号デバイス、および／またはアナライザーを使用して測定することができる。
【００２３】
例示的な一実施形態では、装置は、２つまたはそれ以上の導電体、１つまたは複数の信号デバイス、および／またはアナライザーを備えることができる。原子炉内に、２つまたはそれ以上の導電体を配置することが可能である。１つまたは複数の信号デバイスは、１つまたは複数の入射信号を２つまたはそれ以上の導電体に印加するように適合されうる。１つまたは複数の信号デバイスは、１つまたは複数の反射信号を２つまたはそれ以上の導電体から受け取るように適合されうる。アナライザーは、１つまたは複数の印加された入射信号のうちの少なくとも１つの信号および／または１つまたは複数の受け取った反射信号のうちの少なくとも１つの信号を使用して原子炉内の出力レベルを決定するように適合されうる。
【００２４】
他の例示的な実施形態では、原子炉内の出力レベルを決定する方法は、原子炉内に配置されている２つまたはそれ以上の導電体のインピーダンス値を測定すること、および／または測定されたインピーダンス値を使用して出力レベルを決定することを含むことができる。
【００２５】
さらに他の例示的な実施形態では、原子炉を運転する方法は、原子炉内に配置されている２つまたはそれ以上の導電体のインピーダンス値を測定すること、および／または測定されたインピーダンス値を使用して原子炉のパラメータを決定することを含むことができる。
【００２６】
上記および／または他の態様および利点は、付属の図面と併せて例示的な実施形態の以下の詳細な説明を読むと明確になり、また理解しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来技術のＢＷＲ内のＲＰＶの、部品が切り取られている、断面図である。
【図２】従来技術の原子炉心の平面図である。
【図３】従来技術のＬＰＲＭ集合体の側面図である。
【図４】例示的な実施形態による同軸ケーブルの斜視図である。
【図５】例示的な実施形態によるＬＰＲＭ集合体の側面図である。
【図６】例示的な実施形態によるステップ波形信号を示すグラフである。
【図７】例示的な実施形態によるインパルス波形信号を示すグラフである。
【図８】例示的な実施形態による分析システムのブロック図である。
【図９Ａ】約９２％の出力で稼動している原子炉における、時間に対する反射信号の電圧振幅のグラフである。
【図９Ｂ】約９２％の出力で稼動している原子炉における、時間に対する反射信号の電圧振幅のグラフである。
【図９Ｃ】１００℃未満の温度で、停止状態にある図９Ａおよび９Ｂの原子炉における、時間に対する反射信号の電圧振幅のグラフである。
【図９Ｄ】１００℃未満の温度で、停止状態にある図９Ａおよび９Ｂの原子炉における、時間に対する反射信号の電圧振幅のグラフである。
【図１０】炉心監視パッケージに付随するプロセスコンピュータを使用して得た垂直高さ計算結果に対する相対的原子炉出力の結果を一覧にした表である。
【図１１】図１０のデータを示すグラフである。
【図１２】例示的な実施形態に基づく原子炉の垂直高さ計算結果に対する相対的原子炉出力の結果を一覧にした表である。
【図１３】垂直方向出力プロファイルを比較する、一緒にプロットされた図１０および１２のデータを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
次に、付属の図面を参照しつつ、例示的な実施形態についてより詳しく説明する。しかし、実施形態は、多くの異なる形態で具現化することができるため、本明細書で述べられている例示的な実施形態に限定されると解釈すべきではない。むしろ、これらの例示的な実施形態は、本開示が詳細で完全なものとなるように、また当業者に範囲が全部伝わるように用意されたものである。
【００２９】
コンポーネントが、他のコンポーネント「の上にある」、他のコンポーネント「に接続されている」、他のコンポーネント「に結合されている」、または他のコンポーネント「に固定されている」と言う場合、これらのコンポーネントは、直接的に、他のコンポーネントの上にあるか、他のコンポーネントに接続されるか、他のコンポーネントに結合されるか、または他のコンポーネントに固定されうるか、あるいは介在するコンポーネントが存在しうると理解される。対照的に、コンポーネントが、他のコンポーネントの「上に直接ある」、他のコンポーネント「に直接接続されている」、他のコンポーネント「に直接結合されている」、または他のコンポーネント「に直接固定されている」と言う場合、介在するコンポーネントは存在しない。本明細書で使用されているように、「および／または」は、関連する列挙されている品目のありとあらゆる組み合わせを含む。
【００３０】
第１、第２、第３などの用語は、本明細書では、さまざまな要素、コンポーネント、領域、層、および／またはセクションを記述するために使用される場合があるけれども、これらの要素、コンポーネント、領域、層、および／またはセクションは、その用語によって限定されるものではないことは理解されるであろう。これらの用語は、一方の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションを他方の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションから区別するためにのみ使用される。したがって、後述の第１の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションは、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく第２の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションと称することが可能である。
【００３１】
「真下」、「下」、「下側」、「上」、「上側」、および同様の語などの空間的相対語は、本明細書では、図面に例示されているように、一方のコンポーネントおよび／または特徴の他方のコンポーネントおよび／または特徴、または他の（複数の）コンポーネントおよび／または（複数の）特徴に対する関係を記述する際に説明しやすくするために使用することができる。これらの空間的相対語は、図中に示されている配向に加えて使用中の、または動作中のデバイスの異なる配向をも包含することが意図されていると理解される。
【００３２】
本明細書で使用されている用語は、特定の例示的な実施形態のみを説明することを目的としており、範囲を制限することは意図されていない。本明細書で使用されているように、「１つの（または使わない場合もある）」および「その（使わない場合もある）」（英語原文の単数形の冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」）は、文脈上明らかにそうでないことを示していない限り、複数形も含むことが意図されている。さらに、「備える」、「備えること」、「含む」、および／または「含むこと」という言い回しは、本明細書で使用されている場合、記載されている特徴、整数、工程、動作、要素、および／またはコンポーネントの存在を意味し、１つまたは複数の他の特徴、整数、工程、動作、要素、および／またはコンポーネントの存在もしくは追加を除外しないことも理解されるであろう。
【００３３】
断りのない限り、本明細書で使用されるすべての（技術および科学用語を含む）用語は、例示的な実施形態が属しているＰＨＯＳＩＴＡによって通常理解される意味と同じ意味を有する。さらに、よく使われる辞書で定義されているような用語は、従来技術の背景状況における意味と矛盾しない意味を持つものと解釈すべきであり、本明細書で明確に定められていない限り、理想化されたまたは過度に正式の意味で解釈されないことは理解されるであろう。
【００３４】
そこで、全体を通して類似の参照番号が類似のコンポーネントを指している、付属の図面において例示されている、例示的な実施形態を参照することにする。
【００３５】
上述のように、例示的な実施形態は、ＢＷＲに関して説明されているけれども、ＰＨＯＳＩＴＡは、例示的な実施形態が、例えば、他の水冷型および／または水減速原子炉［例えば、加圧水型原子炉（「ＰＷＲ」）、プール型原子炉、および重水炉］、ガス冷却式原子炉（「ＧＣＲ」）［例えば、改良型ガス冷却炉（「ＡＧＲ」）］、液体金属冷却型原子炉、および溶融塩原子炉（「ＭＳＲ」）などの他の種類の原子炉にも応用されることを理解すべきである。
【００３６】
例示的な実施形態では、原子炉内の出力レベルを決定するための装置は、２つまたはそれ以上の導電体、１つまたは複数の信号デバイス、および／またはアナライザーを備えることができる。２つまたはそれ以上の導電体は、例えば、伝送路の導電体であってよい。装置は、例えば、可動部分を有していなくてもよい。装置は、例えば、１００％電子回路の機器を使用することもできる。
【００３７】
例示的な実施形態では、２つまたはそれ以上の導電体を、原子炉内に部分的に、または完全に配置することが可能である。例えば、２つまたはそれ以上の導電体を、原子炉心内に、またはその付近に、部分的に、または完全に配置することが可能である。
【００３８】
例示的な実施形態では、２つまたはそれ以上の導電体は、同軸ケーブルの導電体とすることができる（このような同軸ケーブルは、例えば、伝送路と称されることもある）。同軸ケーブルは、内部導電体（このような内部導電体は、例えば、中心導電体と称されることもあり、また内部導電体は、例えば、実質的に円筒状の形状を有するものとしてよい）、外部導電体（このような外部導電体は、例えば、シールド導電体と称されることもあり、また外部導電体は、例えば、実質的に円筒状の形状を有するものとしてよい）、内部導電体と外部導電体との間の絶縁誘電体材料、および／または充填ガスを備えることができる。内部導電体および外部導電体は、同じ軸を共有してもよい。同軸ケーブルは、柔軟性を有する（例えば編組の鞘を有する）か、または実質的に柔軟性がなく堅い（例えば、ソリッドな鞘を有する）ものとしてよい。このような実質的に柔軟性がなく堅いケーブルは、ＰＨＯＳＩＴＡによって「剛性」および／または「ハードライン」ケーブルと称されうる。
【００３９】
例示的な実施形態では、同軸ケーブルは、例えば、外部導電体の内側の１つまたは複数の層および／または外部導電体の外側の１つまたは複数の層（一番外側の層−多くの場合、絶縁性および／または損傷耐性のある層−は「ジャケット」とも称される）などの他の１つまたは複数のコンポーネントを備えることができる。
【００４０】
図４は、例示的な実施形態による同軸ケーブル４００の斜視図である。同軸ケーブル４００は、内部導電体４０２、外部導電体４０４、内部導電体４０２と外部導電体４０４との間の隙間４０６、隙間４０６内に配置されている絶縁誘電体４０８、および／または充填ガス４１０を備えることができる。
【００４１】
内部導電体４０２は、例えば、適切な長さの導電体（例えば、実質的に丸い断面または他の何らかの形の断面を持つ電線）とすることができる。それに加えて、またはその代わりに、内部導電体４０２は、実質的に丸い断面を有することができる。内部導電体４０２は、例えば、中空導電体（例えば、管）、または実質的にソリッドな導電体とすることができる。内部導電体４０２は、例えば、１つまたは複数の金属、１つまたは複数の合金、および／または１つまたは複数の金属組成物で作製できる。本明細書で定義されているように、「金属」という用語は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、イットリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金、亜鉛、カドミウム、水銀、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、炭素、ケイ素、スズ、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、セレン、テルル、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、トリウム、およびウランからなる群から選択された元素を意味する。本明細書で定義されているように、「合金」という用語は、固定された化学量論的関係にない複数の金属の組み合わせを意味する。例としては、チタン６６２（約６重量％のアルミニウム、約６重量％のバナジウム、および約２重量％のスズを含むチタン）およびチタン６４（約６重量％のアルミニウムおよび約４重量％のバナジウムを含むチタン）が挙げられる。本明細書で定義されているように、「金属組成物」という用語は、金属化合物または金属間化合物を意味する。本明細書で定義されているように、「金属化合物」という用語は、固定された化学量論的関係にある複数の金属の組み合わせを意味する。例としては、ランタン３−ニッケル（Ｌａ３Ｎｉ）、ランタンニッケル５（ＬａＮｉ５）、トリウムコバルト（Ｔｈ７Ｃｏ３）、トリウム鉄（Ｔｈ７Ｆｅ３）、トリウムマンガン（Ｔｈ６Ｍｎ２３）、トリウムニッケル（Ｔｈ２Ｎｉ１７）、およびチタン鉄（ＴｉＦｅ）が挙げられる。本明細書で定義されているように、「金属間化合物」という用語は、固定された化学量論的関係にある１つまたは複数の金属と１つまたは複数の非金属との組み合わせを意味する。例としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）および重水素化アルミニウムリチウム（ＬｉＡｌＤ４）が挙げられる。
【００４２】
例示的な実施形態では、内部導電体４０２は、直径約０．６ｍｍの実質的に丸い断面を有する純銅またはステンレス鋼導体としてよい。例えば、内部導電体４０２は、直径を０．０２２＋０．００２インチとすることができる。
【００４３】
同様に、外部導電体４０４は、例えば、適切な長さの中空導電体（例えば、管）とすることができる。それに加えて、またはその代わりに、外部導電体４０４は、実質的に丸い断面を有することができる。外部導電体４０４は、例えば、実質的にソリッドな、または編組設計の中空鞘とすることができる。外部導電体４０４は、例えば、１つまたは複数の金属、１つまたは複数の合金、および／または１つまたは複数の金属組成物で作製できる。
【００４４】
例示的な実施形態では、外部導電体４０４は、内径が内部導電体４０２に関して適切な間隔をとる、および／またはインピーダンス要件を満たすのに必要なサイズである実質的に丸い断面を有するソリッドな、または編組のアルミニウム、銅、銀、またはステンレス鋼の中空鞘とすることができる（例えば、内径を約３ｍｍ、および／または外径を約４ｍｍとすることができる）。例示的な実施形態では、外部導電体４０４は、内径が約２．７ｍｍ、外径が約４．３ｍｍである中空鞘とすることができる。例えば、外部導電体４０４の公称内径を０．１０６インチとし、および／または外部導電体４０４の公称外径を０．１７０＋０．００１インチとすることができる。
【００４５】
例示的な実施形態では、外部導電体４０４は、内部鞘と外部鞘を備えることができる。例えば、内部鞘は、内部導電体４０２に関して適切な間隔をとるような、および／またはインピーダンス要件を満たすのに必要なサイズの内径を有するものとしてよい（例えば、０．１０６インチの公称内径）。例えば、外部鞘は、設計要件を満たすのに必要なサイズの外径を有するものとすることができる（例えば、０．１７０＋０．００１インチの公称外径）。
【００４６】
例示的な実施形態では、内部導電体４０２は、外部導電体４０４の内部鞘と同心であるものとしてよい。例えば、内部導電体４０２は、０．０１５インチの範囲内で内部鞘と同心であるものとすることができる。同心性は、例えば、製造ロットからサンプルを抽出してＸ線画像を撮ることによって検証できる。
【００４７】
例示的な実施形態では、内部および外部の鞘は、互いに密に接触するように形成されうる。例えば、内部鞘は、外部鞘に冶金法によって接着することができる。他の実施例では、内部鞘は、内部鞘の外面の全体または実質的に全体にわたって外部鞘と接触することができる。さらに他の実施例では、外部鞘は、外部鞘の内面の全体または実質的に全体にわたって内部鞘と接触することができる。
【００４８】
隙間４０６は、内部導電体４０２と外部導電体４０４との間の物理的分離である。例示的な実施形態では、隙間４０６の幅は、実質的に一定であるものとしてよい。例えば、内部導電体４０２は、約０．６ｍｍの直径を有し、外部導電体４０４は、約２．７ｍｍの内径を有し、隙間４０６は、約１．０５ｍｍの幅を有するものとすることができる。他の実施例では、内部導電体４０２は、０．０２２インチの直径を有するが、外部導電体４０４は、０．１０６インチの公称内径を有することができ、したがって、隙間４０６は、約０．０４２インチの幅を有することができる。
【００４９】
例示的な実施形態では、隙間４０６内に配置されている絶縁誘電体４０８は、内部導電体４０２と外部導電体４０４との間の物理的分離を維持することができる。隙間４０６内に配置されている絶縁誘電体４０８の性質および量は、隙間４０６の充填度に影響を及ぼしうる。その結果少なくとも部分的には、絶縁誘電体４０８は、剛性などの同軸ケーブル４００のさまざまな物理的特性に影響を及ぼしうる。絶縁誘電体４０８として、例えば、単一の絶縁誘電体、複数の絶縁誘電体、または１つまたは複数の複合絶縁誘電体が挙げられる。
【００５０】
例示的な実施形態では、絶縁誘電体４０８は、原子炉の炉心内に見られる温度などの高温に耐えられる材料を含みうる。絶縁誘電体４０８は、高い電気抵抗を有することができる（例えば、２５℃で約１０１４Ω−ｃｍの体積抵抗率）。絶縁誘電体４０８は、特性インピーダンスおよび減衰率などの、同軸ケーブル４００のさまざまな電気特性に影響を及ぼす可能性がある。例えば、絶縁誘電体４０８は、無機材料で構成することができる。例えば、絶縁誘電体４０８として、１つまたは複数のさまざまな形態のセラミック、１つまたは複数のさまざまな形態のガラス、１つまたは複数のさまざまな形態のステアタイト、１つまたは複数の形態の磁器、１つまたは複数の金属酸化物、および／または１つまたは複数のガスが挙げられる。例えば、絶縁誘電体４０８は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、および二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）のうちの１つまたは複数を含むことができる。例えば、絶縁誘電体４０８は、二酸化ケイ素の粉末を含むことができる。
【００５１】
同軸ケーブル４００などの同軸ケーブルが、ＰＨＯＳＩＴＡに知られている。
【００５２】
例示的な実施形態では、絶縁誘電体４０８は、固体、場合によっては同軸ケーブル４００の柔軟性を促す形態とすることができる。例えば、絶縁誘電体４０８は、ビーズまたは粉末の形態としてよい。例示的な実施形態では、絶縁誘電体４０８としては、セラミックビーズ、酸化アルミニウム（場合によっては粉末形態）、酸化マグネシウム（場合によっては粉末形態）、および／または二酸化ケイ素（場合によっては粉末形態）が挙げられる。
【００５３】
例示的な実施形態では、絶縁誘電体４０８は、同軸ケーブル４００の柔軟性を促し、および／または充填ガス４１０の分散を促すように緩く詰め込むことができる。
【００５４】
例示的な実施形態では、充填ガス４１０は、希ガスを含んでいてもよい。例えば、充填ガス４１０は、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、およびラドン（Ｒｎ）のうちの１つまたは複数の気体を含みうる。同軸ケーブル４００内の充填ガス４１０の圧力（室温での）は、約５気圧（「ａｔｍ」）以上、約１０ａｔｍ以上、および／または約１２．５ａｔｍ以上とすることができる。それに加えて、またはその代わりに、同軸ケーブル４００内の充填ガス４１０の圧力（室温での）は、約２５ａｔｍ以下、約２０ａｔｍ以下、および／または約１７．５ａｔｍ以下とすることができる。それに加えて、またはその代わりに、同軸ケーブル４００内の充填ガス４１０の圧力（室温での）は、例えば、約５ａｔｍ以上かつ約２５ａｔｍ以下、約１０ａｔｍ以下かつ約２０ａｔｍ以下、および／または約１２．５ａｔｍ以上かつ約１７．５ａｔｍ以下とすることができる。例示的な実施形態では、同軸ケーブル４００内の充填ガス４１０の圧力（室温での）は、約１５ａｔｍとすることができる。
【００５５】
例示的な実施形態では、同軸ケーブル４００の特性インピーダンスは、さまざまな要因のうちとりわけ、同軸ケーブル４００の幾何学的形状、内部導電体４０２および／または外部導電体４０４の物理的寸法、隙間４０６のサイズ、絶縁誘電体４０８のさまざまな特性、絶縁誘電体４０８の量、充填ガス４１０の種類、および充填ガス４１０の圧力の影響を受ける可能性がある。
【００５６】
同軸ケーブル４００の特性インピーダンスは、約２５Ω以上、約３０Ω以上、約３５Ω以上、約４０Ω以上、約４５Ω以上、約５０Ω以上、約５５Ω以上、約６０Ω以上、約６５Ω以上、および／または約７０Ω以上とすることができる。それに加えて、またはその代わりに、同軸ケーブル４００の特性インピーダンスは、約１００Ω以下、約９５Ω以下、約９０Ω以下、約８５Ω以下、約８０Ω以下、約７５Ω以下、約７０Ω以下、約６５Ω以下、約６０Ω以下、および／または約５５Ω以下とすることができる。それに加えて、またはその代わりに、同軸ケーブル４００の特性インピーダンスは、例えば、約２５Ω以上かつ約７５Ω以下、約４０Ω以下かつ約６０Ω以下、および／または約４５Ω以上かつ約５５Ω以下とすることができる。それに加えて、またはその代わりに、同軸ケーブル４００の特性インピーダンスは、例えば、約５０Ω以上かつ約１００Ω以下、約６５Ω以下かつ約８５Ω以下、および／または約７０Ω以上かつ約８０Ω以下とすることができる。例示的な実施形態では、同軸ケーブル４００の特性インピーダンスは、約３０Ω、５０Ω、５２Ω、６０Ω、７３Ω、７５Ω、７７Ω、または９３Ωとすることができる。例えば、同軸ケーブル４００の特性インピーダンスは、７０Ω以上かつ７８Ω以下とすることができる。
【００５７】
例えば、同軸ケーブル４００内の１つまたは複数の信号（このような信号は、例えば、波形および／または波形信号と称されることもある）の伝搬は、単位長当たりの分布インダクタンス内の１つまたは複数の信号の磁界に蓄積されるエネルギーおよび単位長当たりの分布キャパシタンス内の１つまたは複数の信号の電界に蓄積されるエネルギーに付随しうる。同軸ケーブル４００の特性インピーダンスＺＯは、例えば、同軸ケーブル４００の長さ全体にわたって一様に分布する、単位長当たりの分布インダクタンスＬおよび単位長当たりの分布キャパシタンスＣの値によって決定されうる。
【００５８】
同軸ケーブルの単位長当たりの分布インダクタンスおよび／または単位長当たりの分布キャパシタンスは、幾何学的形状、導電体の物理的寸法、導電体の間の距離、導電体の間の絶縁誘電体の種類、導電体の間の絶縁誘電体の量、および／または他の因子に応じて変わりうる。同軸ケーブル４００の特性インピーダンスＺＯは、以下の式１により単位長当たりの分布インダクタンスＬおよび単位長当たりの分布キャパシタンスＣに関して表すことができる（ＺＯの単位はΩ、Ｌの単位はヘンリー／メートル、およびＣの単位はファラッド／メートルである）。
【００５９】
ＺＯ＝√（Ｌ／Ｃ）    （１）
例示的な実施形態では、同軸ケーブル４００の特性インピーダンスＺＯは、内部導電体４０２の物理的寸法、外部導電体４０４の物理的寸法、および／または同軸ケーブル４００の隙間４０６のサイズが変化しない場合には、変化することはありえない。しかし、内部導電体４０２と外部導電体４０４との間の絶縁誘電体４０８の誘電定数が変化すると、単位長当たりの分布キャパシタンスＣが変化しうるが、単位長当たりの分布インダクタンスＬは変化せず同じである。絶縁誘電体４０８の誘電定数が変化すると、単位長当たりの分布キャパシタンスＣが変化し、これにより、上記の式１により特性インピーダンスＺＯも変化しうる。
【００６０】
電気信号は、入力端から対向端まで２つの導電体の間の絶縁誘電体を有するケーブルまたは伝送路を伝搬するのに有限の時間を要する（同じことが、対向端から入力端に戻る信号伝搬についても言える）。単位長当たりの伝搬速度は、２つの導電体の間の絶縁誘電定数に依存し、これにより、伝送路の単位長当たりのキャパシタンスが決定されうる。
【００６１】
例示的な実施形態では、絶縁誘電体４０８によって、１つまたは複数の信号（例えば、１つまたは複数のステップ波形信号および／または１つまたは複数のインパルス波形信号）が同軸ケーブル４００内を（例えば、同軸ケーブル４００の入力端から同軸ケーブル４００の対向端まで）伝搬する１つまたは複数の速度が決定されうる。単位長当たりの伝搬速度ｖは、以下の式２により単位長当たりの分布インダクタンスＬおよび単位長当たりの分布キャパシタンスＣに関して表すことができる（ｖの単位はメートル／秒、Ｌの単位はヘンリー／メートル、およびＣの単位はファラッド／メートルである）。
【００６２】
ｖ＝１／√（Ｌ＊Ｃ）    （２）
単位長当たりの伝搬速度ｖは、特性インピーダンスＺＯおよび伝送路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣに関して表すこともできる。式１と２を組み合わせると、以下の式３が得られる（ｖの単位はメートル／秒、ＺＯの単位はΩ、Ｃの単位はファラッド／メートルである）。
【００６３】
ｖ＝１／（ＺＯ＊Ｃ）    （３）
キャパシタは、例えば、絶縁誘電体（例えば、固形物および／またはガス）で隔てられた２本の電極によって定めることができる。絶縁誘電体には、２本の電極の間に電位が印加されたときに発生する電界の影響下で分極を生じうる（例えば、その結果、正の電極と負の電極になる）。絶縁誘電体に分極が生じると、絶縁誘電体内で互いに関して正と負の電荷が再分布し、これにより、絶縁誘電体内の負の電荷は正の電極に向かって変位し、絶縁誘電体内の正の電荷は負の電極に向かって変位する。２本の電極の間の絶縁誘電体の分極により、さらに多くの電気力線が結合され、２本の電極の間の単位面積当たりの電束密度が増大し、これにより、キャパシタに蓄電された電荷が増え、その結果、キャパシタンスが増大しうる。絶縁誘電体の分極の程度が大きければ大きいほど、絶縁誘電体の誘電定数の値が高くなり、その結果、２本の電極の間の単位面積当たりの電束密度が増え、キャパシタンスが増大する。
【００６４】
例示的な実施形態では、原子炉心から出るガンマ線束は、充填ガス４１０と直接的に、および／または間接的に相互作用できる。この相互作用は、以下のメカニズムに似た（複数の）メカニズムを使用して発生するものとしてよい。ガンマ線束は、例えば、外部導電体４０４と相互作用しうる。このようなガンマ線は、光電吸収、コンプトン散乱、対生成相互作用、および／または他のプロセスを介してエネルギーを持った二次電子を放出することができる。
【００６５】
エネルギーを持った二次電子を生成して放出する、外部導電体４０４の内壁面に十分近いところで発生するガンマ線相互作用により、放出されたエネルギーを持った二次電子の一部が隙間４０６内に入るようにできる。これらの放出されたエネルギーを持った二次電子の多くは、充填ガス４１０の原子から電子を完全に取り去って解放することによって充填ガス４１０の１つまたは複数の原子と相互作用することができる。充填ガス４１０の原子から電子を取り去って解放するとその結果、自由電子（陰イオン）と電子が完全に取り去られた充填ガス４１０の原子（陽イオン）とを含むイオン対を生成し、これにより充填ガス４１０の原子が電離する。
【００６６】
充填ガス４１０の原子との単一の相互作用からイオン対を生成して放出されたエネルギーを持った二次電子が失うエネルギーは、放出されたエネルギーを持った二次電子の全エネルギーのうちのごくわずかの部分であると考えられる。結果として、放出されたエネルギーを持った二次電子は、充填ガス４１０の原子とのその後の相互作用を通してさらにエネルギーを失い、その結果、充填ガス４１０の多くの原子との多数の相互作用から多数のイオン対が生成され、また内部導電体４０２と外部導電体４０４との間に電離空間電荷が形成されうる。内部導電体４０２と外部導電体４０４との間に印加電位が存在することで、内部導電体４０２と外部導電体４０４との間に電界が発生し、これにより、充填ガス４１０内で電離空間電荷が分極しうる。
【００６７】
充填ガス４１０内の電離空間電荷の分極は、反対荷電を持つ電極に向かって引き付けられ、移動する電離空間電荷内の可動陽イオンと可動陰イオンが変位し、分離することで引き起こされうる。陰イオン（自由電子）は小さければ小さいほど、正電極に向かってかなり高速に移動し、いっそう大きな、また移動速度の遅い陽イオン（電子が完全に取り去られた充填ガス４１０の原子）を後に残す。陰イオンの移動速度がかなり速ければ速いほど、移動速度のさらに遅くなる陽イオンが負電極の付近に取り残されるのに対して、負電極の付近の充填ガス４１０の領域内では陰イオンがなおいっそう減少することなりうる。同様に、陰イオンの移動速度がかなり速ければ速いほど、正電極の付近に陰イオンをなおいっそう多く蓄積し存在量を増やすことができる。その結果、反対荷電を持つ電極の付近に蓄積する陽イオンおよび陰イオンが変位し、分離することで、空間電荷イオンの分極分布により充填ガス４１０内に電離空間電荷の分極が効果的に発生しうる。
【００６８】
正電極と負電極との間の充填ガス４１０内の電離空間電荷の分極分布は、より多くの電気力線を結合し、内部導電体４０２と外部導電体４０４との間の単位面積当たりの電束密度を増大する累積的効果を持ちうる。内部導電体４０２と外部導電体４０４との間の電束密度を増やすと、内部導電体４０２と外部導電体４０４との間の充填ガス４１０の誘電定数が効果的に増大し、その結果、充填ガス４１０の誘電定数が大きくなり、結果として得られる同軸ケーブル４００の単位長当たりの分布キャパシタンスＣが増大しうる。充填ガス４１０の誘電定数の増大による単位長当たりの分布キャパシタンスＣの増大には、同軸ケーブル４００の特性インピーダンスＺＯを減少させるという正味の効果がありえる。ガンマ線束レベルが大きければ大きいほど、同軸ケーブル４００の特性インピーダンスＺＯの減少は大きくなる。ガンマ線束レベルは、特に定常状態条件で、またはほぼ定常状態条件で、原子炉の出力レベルに比例するものとしてよい。したがって、ガンマ線束レベルが増大すると、その結果、同軸ケーブル４００の長さに沿って特性インピーダンスＺＯを減少させる程度が大きくなり、ガンマ線束レベルが減少すると、その結果、同軸ケーブル４００の長さに沿って特性インピーダンスＺＯを減少させる程度が小さくなるものとしてよい。
【００６９】
ここで出願人は、絶縁誘電体４０８が分離および／または分極に関わりうることを注意しておく。このような関わり合いは、同軸ケーブル４００内の充填ガス４１０の正味の効果を補う傾向がある。
【００７０】
上述のように、原子炉の出力運転中、出力レベルは、典型的には、熱中性子束を測定することによって決定される。上述のように、定常状態運転では、ガンマ線束は、典型的には、熱中性子束に比例する。また、原子炉出力レベルが時間の経過とともにゆっくりと変化する非定常状態運転では、ガンマ線束は、典型的には、熱中性子束に実質的に比例する（例えば、ある程度の時間遅延を伴って熱中性子束に一般的に比例する）。
【００７１】
例示的な実施形態の装置は、例えば、局所ガンマ線束、相当する局所中性子束、局所原子炉出力レベル、および／またはガンマ線束、相当する中性子束、および／または原子炉出力レベルをより一般的に測定する機能を備えることができる。
【００７２】
例示的な実施形態の装置は、追加機能を備えることもできる。例えば、装置は、原子炉スクラムなどの原子炉の出力レベルの急変の後の類似の制御棒形状に対する制御棒の臨界高さを予測することができる。他の実施例では、装置は、異常な（複数の）蒸気隔離弁位置、（複数の）タービン停止弁の高速閉鎖、および／または（複数の）タービン制御弁の高速閉鎖などの、原子炉の出力レベルの急変の後の類似の制御棒形状に対する出力レベルを予測できる。このような予測の精度は、原子炉心内の出力分布に依存しうる。
【００７３】
上記の説明から、実質的に垂直な配向で原子炉心内に配置されている、同軸ケーブル４００のインピーダンスは、一般的に、原子炉の出力運転時に、（ａ）原子炉心の真下では、特性インピーダンスに等しい固有インピーダンス、（ｂ）原子炉心の底部では、特性インピーダンスよりいくぶん低い固有インピーダンス、（ｃ）原子炉心の底部から中間炉心の近くに向かって、特性インピーダンスより低く、実質的に連続的に、一般的には減少する固有インピーダンス、（ｄ）中間炉心の近くでは、特性インピーダンスより低く、一般的に最小値に到達する固有インピーダンス、（ｅ）中間炉心の近くから原子炉心の最上部に向かって、特性インピーダンスより低く、実質的に連続的に、一般的には増大する固有インピーダンス、（ｆ）原子炉心の最上部では、特性インピーダンスよりいくぶん低い固有インピーダンス、および（ｇ）原子炉心の真上では、特性インピーダンスに等しい固有インピーダンス、という傾向に一般的に従う。
【００７４】
例示的な実施形態では、内部導電体４０２はステンレス鋼を含むことができる。例示的な実施形態では、外部導電体４０４は、２つの層、内部鞘、および外部鞘を備えることができる。例示的な実施形態では、内部鞘は銅を含むことができる。例示的な実施形態では、外部鞘はステンレス鋼を含むことができる。
【００７５】
例示的な実施形態では、絶縁誘電体４０８は、粉末形態の二酸化ケイ素を含むことができる。
【００７６】
例示的な実施形態では、充填ガス４１０は、アルゴンガスであってもよい。例示的な実施形態では、充填ガス４１０の純度は、９９％を超えるものとしてよい。例示的な実施形態では、同軸ケーブル４００を、充填ガス４１０で約１，０００センチメートル水銀柱（室温）に加圧することができる。
【００７７】
例示的な実施形態では、単位長当たり分布キャパシタンスは、５０Ωの特性インピーダンスに対して約３０ｐＦ／ｍとすることができる。例示的な実施形態では、単位長当たり分布キャパシタンスは、７５Ωの特性インピーダンスに対して約２０ｐＦ／ｍとすることができる。例えば、単位長当たり分布キャパシタンスは、１ｋＨｚで２７ｐＦ／ｆｔ以下としてよい。
【００７８】
例示的な実施形態では、単位長当たり分布インダクタンスは、１５０ｎＨ／ｆｔ以下としてよい。
【００７９】
例示的な実施形態では、２つまたはそれ以上の導電体のうちの少なくとも１つは、同軸ケーブル以外のケーブルの導電体とすることができる。例えば、これら２つまたはそれ以上の導電体は、固有インピーダンスの変化をガンマ線束に関して測定できるという条件の下で、撚線ペア、非撚線ペア、ツインリード、レッヘル線、平衡線、不平衡線、多導体線、スロット線、共振線、非共振線、偏心線、ラダー線、ストリップ線、開回路線、短絡回路線、擬似線路、テーパー線、遅延線、スタブ線、平行線、および／または同軸ケーブル以外の追加ケーブルの導電体とすることができる。２つまたはそれ以上の導電体は、例えば、伝送路の導電体であってよい。例示的な実施形態は、上述のように、充填ガスを含む伝送路の２つまたはそれ以上の導電体を含み、そのため、ガンマ線束は、充填ガスと相互作用し、伝送路の固有特性インピーダンスを変化させることができる。
【００８０】
例示的な実施形態では、２つまたはそれ以上の導電体を使用することで、出力レベルを本質的に連続的に測定することができる。それに加えて、またはその代わりに、２つまたはそれ以上の導電体は、約１〜２インチのオーダーの分解能を持つことができる（つまり、２つまたはそれ以上の導電体の固有インピーダンスの独立した測定を、２つまたはそれ以上の導電体に沿った長さの約１〜２インチおきに効果的に行うことができる）。
【００８１】
例示的な実施形態では、２つまたはそれ以上の導電体のうちの少なくとも１つは、１つまたは複数のガンマサーモメーターおよび／またはＴＩＰを補完し、および／または置き換えることができる。したがって、原子炉内に多くの改善を加えることができる、例えば、ＬＰＲＭ較正の信頼度を向上させる、原子炉の複雑さを軽減する、原子炉の信頼度を向上させる、原子炉容器内の貫通部の数を低減する、原子炉格納建造物内の貫通部の数を低減する、原子炉の設計および／または建設を簡素化する、原子炉の管理、運転、および／または保守を簡素化する、および／または原子炉の設計、建設、運転、および／または保守費用を削減する、といったことが可能になる。
【００８２】
図５は、例示的な実施形態によるＬＰＲＭ集合体５００の側面図である。例えば図５に示されているように、ＴＩＰに付随する較正管を取り外し、および／またはガンマサーモメーターを例示的な実施形態の装置で置き換えることができる。図５に示されているように、ＬＰＲＭ集合体５００の案内管５０２は、炉心板５０４を貫通し、これにより、ＬＰＲＭ集合体５００は炉心５０６に接近できる。ＬＰＲＭ被覆管５１０の１つまたは複数の案内リング５０８は、ＬＰＲＭ集合体５００が案内管５０２内に挿入されるように誘導することができる。案内管５０２は、グランドシール５１２および／またはフランジ５１４によって封止できる。
【００８３】
ＬＰＲＭ集合体５００は、例えば、４つのＬＰＲＭ検出器（図に示されていない）および／または５つのコネクターを備えることができる。第１のコネクター５１６は、第１のＬＰＲＭ検出器に接続し、第２のコネクター５１８は、第２のＬＰＲＭ検出器に接続し、第３のコネクター５２０は、第３のＬＰＲＭ検出器に接続し、および／または第４のコネクター５２２は、第４のＬＰＲＭ検出器に接続することができる。第１のコネクター５１６、第２のコネクター５１８、第３のコネクター５２０、および第４のコネクター５２２のうちの１つまたは複数のコネクターは、スイスを本拠地とするＬＥＭＯ社が製造する、ＬＥＭＯプラグまたはＬＥＭＯレセプタクルと呼ばれるコネクターであるものとしてよい。例えば、第１のコネクター５１６、第２のコネクター５１８、第３のコネクター５２０、および第４のコネクター５２２のうちの１つまたは複数のコネクターは、サイズ１のＬＥＭＯレセプタクルとしてよい。
【００８４】
第５のコネクター５２４は、ＬＰＲＭ集合体５００の例示的な実施形態の装置に接続することができる。例えば、第５のコネクター５２４は、同軸ケーブルなどの導電性ケーブル（図に示されていない）に接続することができる。第５のコネクター５２４は、例えば、サイズ１もしくは３のＬＥＭＯレセプタクルとすることができる。
【００８５】
ＬＰＲＭ集合体５００では、第１、第２、第３、および第４のＬＰＲＭ検出器は、実質的に縦方向の配列構成となるように配置されうる。実質的に縦方向の配列構成には、第１、第２、第３、および第４のＬＰＲＭ検出器の間の間隔が含まれていてもよい。間隔は、同じサイズ、あるいは２つまたはそれ以上の異なるサイズを有していてもよい。実質的に縦方向配列構成は、例えば、それぞれのＬＰＲＭ集合体５００内ではおおよそ同じであればよい。実質的に縦方向の配列構成では、第１、第２、第３、および第４のＬＰＲＭ検出器により炉心５０６内の４つの異なる高さ（または配置）で中性子束（典型的には、熱中性子束）を監視することができるものとしてよい。この４つの異なる高さ（または配置）は、例えば、それぞれのＬＰＲＭ集合体５００内ではおおよそ同じであればよい。
【００８６】
例示的な実施形態では、ＴＩＰに付随する１つまたは複数の較正管を取り外し、および／または１つまたは複数のガンマサーモメーターを上述の装置のうちの１つまたは複数の装置で置き換えることができる。較正管をすべて取り外すと、ＴＩＰデバイス全体を取り外すことができ、これにより、一次格納容器および／または原子炉容器の貫通部を減らし、原子炉の運転を簡素化し、保守および／または修理費用を低減し、被曝および汚染問題を軽減することができる。同様に、すべてのガンマサーモメーターを取り外すことで、原子炉の運転を簡素化し、保守および／または修理費用を削減し、被曝および汚染問題を軽減することができる。
【００８７】
それに加えて、またはその代わりに、上述の装置のうちの１つまたは複数の装置は、ＴＩＰに付随する１つまたは複数の較正管を補完することができる。それに加えて、またはその代わりに、上述の装置のうちの１つまたは複数の装置は、１つまたは複数のガンマサーモメーターを補完することができる。
【００８８】
原子炉の一次格納容器の外部に、１つまたは複数の信号デバイスを配置することが可能である。例えば、１つまたは複数の信号デバイスを、原子炉建屋内の一次格納容器の内部または外部に少なくとも部分的に配置することができる。
【００８９】
例示的な実施形態では、１つまたは複数の信号デバイスのうちの少なくとも１つのデバイスは、１つまたは複数の信号（例えば、入射信号）を発生し、および／または２つのまたはそれ以上の導電体に印加するように適合されうるか、または１つまたは複数の信号（例えば、反射信号）を２つまたはそれ以上の導電体から受け取るように適合されるか、または１つまたは複数の信号（例えば、入射信号）を２つまたはそれ以上の導電体に印加し、１つまたは複数の信号（例えば、反射信号）を２つまたはそれ以上の導電体から受け取るように適合されうる（例えば、信号デバイスは、入射信号を発生して２つの導電体の入力に印加するように適合され、また２つの反射信号を２つの導電体から受け取るように適合されうる）。したがって、１つまたは複数の信号デバイスは、例えば、１つまたは複数の信号発生器として機能することができる。それに加えて、またはその代わりに、１つまたは複数の信号デバイスは、例えば、１つまたは複数の信号受信器として機能することができる。
【００９０】
例示的な実施形態では、１つまたは複数の信号デバイスのうちの少なくとも１つのデバイスは、時間領域反射計（「ＴＤＲ」）を備えることができる。ＴＤＲは、例えば、高速なリーディングエッジ（つまり、高速な立ち上がり時間）を持つ入射信号を発生し、および／または調査中の伝送路の入力端に印加する信号発生器（例えば、波形信号発生器）を使用することができる。ＴＤＲは、閉ループレーダーシステムに似た配列構成の広帯域オシロスコープを使用して（複数の）入射信号と（複数の）反射信号との間の時間に関して（複数の）入射信号と（複数の）反射信号（例えば、１つまたは複数のエコー）を監視することができる。例えば、ＴＤＲは、１つの入射信号を発生し、および／または印加し、および／またはその１つの入射信号に関係する２つまたはそれ以上の反射信号を受け取ることが可能である（例えば、ＴＤＲは、入射信号を発生して、２つの導電体の入力に印加し、２つの導電体からその入射信号に関係する２つまたはそれ以上の反射信号を受け取ることができる）。ＴＤＲの調査では、入射する高速なリーディングエッジ信号と反射信号（例えば、エコー）との間の信号電圧振幅およびタイミングの必要な分解能を高め、達成するために、高速なリーディングエッジ−非常に高い周波数成分からなるリーディングエッジ−を持つ入射信号および広帯域オシロスコープが必要時になることがある。伝送路の入力端に印加された入射高速リーディングエッジ信号は、伝送路の伝搬速度で伝送路の長さに沿って伝わるものとしてよい。伝送路の特性インピーダンスは、無限の長さを持つ伝送路の入力端に現れるインピーダンスであり、伝送路の全長にわたって一定であるものとすることができる。
【００９１】
伝送路の長さに沿って存在する伝送路特性インピーダンスの変化は、インピーダンス不整合状態であるとしてよい。インピーダンス不整合状態により、入射信号のエネルギーの一部が伝送路の伝搬速度で伝送路の入力端に向かって戻ってゆく反射信号（例えば、インピーダンス不整合反射信号）としてインピーダンス不整合状態の位置から逆方向に反射されて戻る可能性がある。伝送路の入力端に戻ってゆく全反射信号の電圧振幅は、入射信号電圧振幅と伝送路の長さに沿って存在するインピーダンス不整合状態の位置からの反射信号電圧振幅との代数和である。インピーダンスがインピーダンス不整合状態の結果として伝送路の初期特性インピーダンスより高くなると、入射高速リーディングエッジ信号のエネルギーの一部によって、反射されて伝送路の入力端に戻る入射信号の振幅に関して正の極性の振幅を持つ反射信号が発生しうる。同様に、インピーダンスがインピーダンス不整合状態の結果として伝送路の初期特性インピーダンスより低くなると、入射高速リーディングエッジ信号のエネルギーの一部によって、反射されて伝送路の入力端に戻る入射信号の振幅に関して負の極性の振幅を持つ反射信号が発生しうる。反射信号の振幅および極性は、伝送路の長さに沿った位置に存在する（複数の）インピーダンス不整合状態の値を決定するために使用できる。反射信号の形状および極性は、伝送路の長さに沿って存在する（複数の）インピーダンス不整合状態の種類を診断するために使用できる。伝送路の入力端に入射信号を印加してから伝送路の入力端に戻る反射信号を受け取るまでの時間を用いて、伝送路の長さに沿って存在するインピーダンス不整合状態の物理的位置を確定することができる。
【００９２】
例示的な実施形態では、ＴＤＲは、約４０Ω以上かつ約１２０Ω以下のインピーダンスを有するものとすることができる。例えば、ＴＤＲは、約５０Ωのインピーダンスを持つことができる。
【００９３】
ＴＤＲは、例えば、伝送路の入力端に入射高速リーディングエッジ信号を印加して、伝送路の対向端に向けて伝搬させることができる。伝送路が、その伝送路の全長にわたって一様な特性インピーダンスを持つ場合、入射高速リーディングエッジ信号は、伝送路の全長に沿って伝搬することができ、入射高速リーディングエッジ信号のエネルギーはどれも、反射して伝送路の入力端に戻るということはありえない。伝送路の対向端は終端できず、これにより、伝送路の対向端に開回路不整合状態が生じ、したがって、到来する入射高速リーディングエッジ信号のエネルギーの実質的にすべてが反射されて伝送路の入力端に戻りうる。しかし、原子炉の出力運転中に、原子炉出力レベルに比例して変動するガンマ線束レベルの影響を受ける原子炉心内の伝送路は、元の一様な特性インピーダンスを持ちえない。変動するガンマ線束レベルは、伝送路に沿って比例するインピーダンス不整合状態を引き起こし、その結果、変動するガンマ線束レベルに比例して特性インピーダンスが減少しうる。変動し減少する特性インピーダンス変化が伝送路に沿って生じることは、変動するガンマ線束レベルの対応する位置における入射高速リーディングエッジ信号の変動する比例部分を反映するものとしてよい。
【００９４】
例示的な実施形態では、原子炉心内で変動するガンマ線束レベルの影響を受ける同軸ケーブル４００は、それに比例して変動するインピーダンス不整合状態を生じうる。変動するインピーダンス不整合状態が生じる結果、同軸ケーブル４００の固有特性インピーダンスが比例して変動しうるが、この特性は同軸ケーブル４００の元の特性インピーダンスに比べて小さくなる傾向を有することがある。その結果、反射されて同軸ケーブル４００の入力端に戻るエネルギー信号を発生した入射高速リーディングエッジ信号のエネルギーの変動する部分は、ガンマ線束レベルに比例し、および／または入射信号の振幅に関して負の極性を持ちうる。
【００９５】
例示的な実施形態において、同軸ケーブル４００の固有特性インピーダンスを確定するために、（１）同軸ケーブル４００の入力端に印加された入射高速リーディングエッジ信号の電圧振幅（ＶＩ）、（２）全反射信号の電圧振幅（ＶＴＲ、つまり、入射高速リーディングエッジ信号の電圧振幅と反射信号の電圧振幅との代数和である、全反射信号の電圧振幅）、および（３）同軸ケーブル４００の入力端に入射高速リーディングエッジ信号が印加されたときから、全反射信号が同軸ケーブル４００の入力端に戻ったときまでの時間差に関する測定を行った。
【００９６】
ＶＩ＝入射信号の電圧振幅    （４）
ＶＴＲ＝全反射信号の電圧振幅    （５）
入射高速リーディングエッジ信号の電圧振幅ＶＩを、全反射信号の電圧振幅ＶＴＲから引いて、反射信号の電圧振幅ＶＲを確定することができる。
【００９７】
ＶＲ＝（全反射信号の電圧振幅）−（入射信号の電圧振幅）    （６）
ＶＲ＝ＶＴＲ−ＶＩ    （７）
ＶＲ＝反射信号の電圧振幅    （８）
それに加えて、伝送路上の不整合状態のある位置における固有特性インピーダンスＺＳ（Ω）は、以下の式１０に従って、伝送路の元の特性インピーダンスＺＯ（Ω）、入射高速リーディングエッジ信号の電圧振幅ＶＩ、および反射信号の電圧振幅ＶＲの関数として計算することができる。
【００９８】
ＺＯ＝元の特性インピーダンス（Ω）    （９）
ＺＳ＝（ＺＯ）＊［（ＶＩ＋ＶＲ）／（ＶＩ−ＶＲ）］    （１０）
ＺＳ＝固有特性インピーダンス（Ω）    （１１）
同軸ケーブル４００の入力端に入射高速リーディングエッジ信号が印加された時点ｔＯから、全反射信号が同軸ケーブル４００の入力端に戻った時点ｔＲまでの時間差（ナノ秒、ｎｓ）によって、同軸ケーブル４００の長さ上のインピーダンス不整合状態の位置からの信号伝搬に対する時間間隔を求めることができる。
【００９９】
それに加えて、同軸ケーブル４００の入力端に関する同軸ケーブル４００の長さ上のインピーダンス不整合状態の位置は、時間差（ナノ秒）に同軸ケーブル４００の伝搬速度（メートル／秒）を掛けて、２で割って求めることができる。２で割る必要があるのは、同軸ケーブル４００の長さに沿って位置するインピーダンス不整合状態によって反射されて戻される入射高速リーディングエッジ信号のエネルギーの部分が、同軸ケーブル４００の入力端からインピーダンス不整合状態の位置へ伝わり、次いで同軸ケーブル４００の入力端に再び戻る往復動作をするからである。
【０１００】
同軸ケーブル４００の入力端に印加される入射高速リーディングエッジ信号は、同軸ケーブル４００の対向端に向かって単位長さの距離だけ伝搬するのに有限の時間を要する。しかし、ガンマ線束レベルに曝露されることによって同軸ケーブル４００の２つの導電体の間にキャパシタンスがさらに生じることによって、同軸ケーブル４００の単位長当たりの分布キャパシタンスが増大しうる。単位長当たりの同軸ケーブル４００の分布キャパシタンスが増大すると、元の特性インピーダンスＺＯが減少するだけでなく、入射高速リーディングエッジ信号とインピーダンス不整合状態によって生じる反射信号の両方の単位長当たりの伝搬速度ｖ（式２）も減少しうる。単位長当たりの伝搬速度ｖが減少すると、同軸ケーブル４００は同軸ケーブル４００の実際の物理的長さに比較して電子的に長くなったように見える可能性がある。したがって、インピーダンス不整合状態の電子的配置は、インピーダンス不整合状態の実際の物理的位置を確定するために同軸ケーブル４００に沿って存在するすべての発生しているすべてのインピーダンス不整合状態に対し両方向に漸次累積される信号伝搬遅延の総量について補正されなければならない。
【０１０１】
例示的な実施形態では、同軸ケーブル４００の入力端に印加される入射高速リーディングエッジ信号は、同軸ケーブル４００の長さに沿ってインピーダンス不整合位置の十分な分解能が得られるように約１ナノ秒の立ち上がり時間を有しているとよい。入射高速リーディングエッジ信号は、例えば、ステップ波形信号を含むことができる。このようなステップ波形信号は、例えば、一定期間にわたって実質的に一定の電圧振幅を維持することができる。ステップ波形信号は、例えば、方形波としてよい。図６は、例示的な実施形態によるステップ波形信号６００を示すグラフである。例えば図６に示されているように、ステップ波形信号６００は、ピークツーピーク電圧振幅ｃおよび／または立ち上がり時間ｂ−ａを有することができる（つまり、時刻ｂと時刻ａとの間の、または時刻ｂから時刻ａを引いた時間差）。ピークツーピーク電圧振幅ｃは、例えば、電圧を単位として指定することができる。立ち上がり時間ｂ−ａは、例えば、ナノ秒を単位として指定することができる。図６は、ステップ波形信号６００の理想化された近似を示しているものとすることができる。
【０１０２】
同軸ケーブル４００の入力端に印加される入射高速リーディングエッジ信号のピークツーピーク電圧振幅ｃは、約０．２５ボルト以上、約０．５ボルト以上、約１ボルト以上、約２ボルト以上、約３ボルト以上、約４ボルト以上、約５ボルト以上、約７．５ボルト以上、および／または約１０ボルト以上とすることができる。例示的な実施形態では、同軸ケーブル４００の入力端に印加される入射高速リーディングエッジ信号は、約０．２５ボルトのピークツーピーク電圧振幅ｃを有するものとすることができる。
【０１０３】
同軸ケーブル４００の入力端に印加される入射高速リーディングエッジ信号の立ち上がり時間ｂ−ａは、約０．１ナノ秒以上、約０．２ナノ秒以上、約０．３ナノ秒以上、約０．４ナノ秒以上、約０．５ナノ秒以上、約０．７５ナノ秒以上、および／または約１ナノ秒以上とすることができる。例示的な実施形態では、同軸ケーブル４００の入力端に印加される入射高速リーディングエッジ信号は、約１ナノ秒の立ち上がり時間ｂ−ａを有するものとすることができる。
【０１０４】
入射高速リーディングエッジ信号は、例えば、インパルス波形信号を含むことができる。図７は、例示的な実施形態によるインパルス波形信号７００を示すグラフである。例えば図７に示されているように、インパルス波形信号７００は、ピークツーピーク電圧振幅ｆおよび／またはパルス幅ｅ−ｄを有することができる（つまり、時刻ｅと時刻ｄとの間の、または時刻ｅから時刻ｄを引いた時間差）。ピークツーピーク電圧振幅ｆは、例えば、電圧を単位として指定することができる。パルス幅ｅ−ｄは、例えば、ナノ秒を単位として指定することができる。図７は、インパルス波形信号７００の理想化された近似を示しているものとすることができる。
【０１０５】
同軸ケーブル４００の入力端に印加される入射高速リーディングエッジ信号のピークツーピーク電圧振幅ｆは、約０．２５ボルト以上、約０．５ボルト以上、約１ボルト以上、約２ボルト以上、約３ボルト以上、約４ボルト以上、約５ボルト以上、約７．５ボルト以上、および／または約１０ボルト以上とすることができる。例示的な実施形態では、同軸ケーブル４００の入力端に印加される入射高速リーディングエッジ信号は、約０．２５ボルトのピークツーピーク電圧振幅ｆを有するものとすることができる。
【０１０６】
同軸ケーブル４００の入力端に印加される入射高速リーディングエッジ信号のパルス幅ｅ−ｄは、約０．１ナノ秒以上、約０．２ナノ秒以上、約０．３ナノ秒以上、約０．４ナノ秒以上、約０．５ナノ秒以上、約０．７５ナノ秒以上、および／または約１ナノ秒以上とすることができる。例示的な実施形態では、同軸ケーブル４００の入力端に印加される入射高速リーディングエッジ信号は、約１ナノ秒のパルス幅ｅ−ｄを有するものとすることができる。
【０１０７】
ステップ波形信号６００からのデータを使用して、相対的原子炉出力分布を計算することができる。それに加えて、インパルス波形信号７００からのデータを使用して相対的原子炉出力分布を計算することも可能であると思われる。
【０１０８】
原子炉の一次格納容器の外部に、アナライザーを配置することが可能である。例えば、アナライザーを、一次格納容器の外部に、ただし原子炉建屋内に、少なくとも部分的に配置することができる。他の実施例では、アナライザーの少なくとも一部は、一次格納容器の内部に配置できる。
【０１０９】
例示的な実施形態において、アナライザーは、同軸ケーブル４００の入力端に印加された１つまたは複数の入射高速リーディングエッジ信号のうちの少なくとも１つの信号および１つまたは複数の受け取った信号のうちの少なくとも１つの信号を使用して原子炉内の出力レベルを決定するように適合されうる。
【０１１０】
図８は、例示的な実施形態による分析システム８００のブロック図である。分析システム８００は、例えば、タイミング制御デバイス８０２、抽出および／または第１の計算デバイス８０４、第２の計算デバイス８０６、第３の計算デバイス８０８、第４の計算デバイス８１０、第５の計算デバイス８１２、第６の計算デバイス８１４、第７の計算デバイス８１６、選択および／または制御デバイス８１８、スイッチ８２０、信号発生器８２２（例えば、波形信号発生器）、信号増幅器８２４、インピーダンスマッチング回路網８２６、（複数の）伝送路８２８、および／またはコンピュータ８３０を備えることができる。
【０１１１】
図８に示されている他のコンポーネントとしては、例えば、一次格納容器貫通部８３２、２つまたはそれ以上の導電体８３４、炉心８３６、および第２の一次格納容器貫通部８３８が挙げられる。図８において、第１の一次格納容器貫通部８３２および第２の一次格納容器貫通部８３８は、一次格納容器壁８４２を貫通するものとして示されている。
【０１１２】
図８は、矢印Ａ〜Ｅも示している。第１の矢印Ａは、例えば、入射高速リーディングエッジ信号の方向を示すことができる。第２の矢印Ｂは、例えば、入射高速リーディングエッジ信号の方向を示すことができる。第３の矢印Ｃは、例えば、入射高速リーディングエッジ信号および反射信号の方向を示すことができる。第４の矢印Ｄは、例えば、入射高速リーディングエッジ信号および反射信号の方向を示すことができる。第５の矢印Ｅは、例えば、入射高速リーディングエッジ信号および反射信号の方向を示すことができる。
【０１１３】
アナライザー８４０は、例えば、タイミング制御デバイス８０２、抽出および／または第１の計算デバイス８０４、第２の計算デバイス８０６、第３の計算デバイス８０８、第４の計算デバイス８１０、第５の計算デバイス８１２、第６の計算デバイス８１４、第７の計算デバイス８１６、選択および／または制御デバイス８１８、および／またはコンピュータ８３０のうちの１つまたは複数を備えることができる。
【０１１４】
タイミング制御デバイス８０２は、抽出および／または第１の計算デバイス８０４、第２の計算デバイス８０６、第３の計算デバイス８０８、第４の計算デバイス８１０、第５の計算デバイス８１２、第６の計算デバイス８１４、第７の計算デバイス８１６、選択および／または制御デバイス８１８などの、分析システム８００のさまざまなコンポーネントに信号ＳＩＧ１を送ることができる。信号ＳＩＧ１は、信号ＳＩＧ２、信号ＳＩＧ３、信号ＳＩＧ４、信号ＳＩＧ５、信号ＳＩＧ６、信号ＳＩＧ７、信号ＳＩＧ８、および／または信号ＳＩＧ９などの、１つまたは複数のサブ信号を含みうる。信号ＳＩＧ１のサブ信号のうちの１つまたは複数は、信号ＳＩＧ１と同じであってもよい。それに加えて、またはその代わりに、信号ＳＩＧ１のサブ信号のうちの１つまたは複数は、互いに同じであってもよい。例示的な実施形態では、信号ＳＩＧ１は、「開始時刻および／または増分タイミング制御信号ＳＩＧ１」と称してもよい。
【０１１５】
選択および／または制御デバイス８１８は、タイミング制御デバイス８０２から信号ＳＩＧ２を受け取ることができる。信号ＳＩＧ２を受け取ると、選択および／または制御デバイス８１８は、スイッチ８２０、信号発生器８２２、および／または信号増幅器８２４などの、分析システム８００のさまざまなコンポーネントに信号ＳＩＧ１０を送ることができる。信号ＳＩＧ１０は、信号ＳＩＧ１１、信号ＳＩＧ１２、および／または信号ＳＩＧ１３などの、１つまたは複数のサブ信号を含みうる。信号ＳＩＧ１０のサブ信号のうちの１つまたは複数は、信号ＳＩＧ１０と同じであってもよい。それに加えて、またはその代わりに、信号ＳＩＧ１０のサブ信号のうちの１つまたは複数は、互いに同じであってもよい。例示的な実施形態では、信号ＳＩＧ１０は、「検出器選択および／または開始信号ＳＩＧ１０」と称してもよい。
【０１１６】
スイッチ８２０は、第１の一次格納容器貫通部８３２を介して選択および／または制御デバイス８１８から信号ＳＩＧ１１を受け取ることができる。信号ＳＩＧ１１を受け取ると、信号８２０は炉心８３６内に少なくとも部分的に配置されている２つまたはそれ以上の導電体８３４を選択できる。
【０１１７】
信号発生器８２２は、第１の一次格納容器貫通部８３２を介して選択および／または制御デバイス８１８から信号ＳＩＧ１２を受け取ることができる。信号ＳＩＧ１２を受け取ると、信号発生器８２２は、１つまたは複数のステップ波形信号および／または１つまたは複数のインパルス波形信号などの、１つまたは複数の入射高速リーディングエッジ信号（図に示されていない）を発生することができる。
【０１１８】
信号増幅器８２４は、後述のように、選択および／または制御デバイス８１８から信号ＳＩＧ１３を受け取ることができる。
【０１１９】
信号発生器８２２は、インピーダンスマッチング回路網８２６、スイッチ８２０、および／または（複数の）伝送路８２８を介して１つまたは複数の入射高速リーディングエッジ信号を２つまたはそれ以上の導電体８３４に送ることができる（例えば、信号発生器８２２は、インピーダンスマッチング回路網８２６、スイッチ８２０、および／または（複数の）伝送路８２８を介して入射高速リーディングエッジ信号を２つの導電体８３４の入力に送ることができる）。１つまたは複数の反射信号は、（複数の）伝送路８２８および／またはスイッチ８２０を経由してインピーダンスマッチング回路網８２６に戻ることができる（例えば、入射高速リーディングエッジ信号に関係する２つまたはそれ以上の反射信号は、（複数の）伝送路８２８および／またはスイッチ８２０を経由してインピーダンスマッチング回路網８２６に戻ることができる）。１つまたは複数の入射高速リーディングエッジ信号および／または反射信号は、インピーダンスマッチング回路網８２６から第２の一次格納容器貫通部８３８を介して信号増幅器８２４に伝達されうる（例えば、入射高速リーディングエッジ信号および入射高速リーディングエッジ信号に関係する２つまたはそれ以上の反射信号は、インピーダンスマッチング回路網８２６から第２の一次格納容器貫通部８３８を介して信号増幅器８２４に伝達されうる）。信号増幅器８２４は、１つまたは複数の入射高速リーディングエッジ信号および／または反射信号の増幅および／または格納を行うことができる（例えば、信号増幅器８２４は、入射高速リーディングエッジ信号および２つまたはそれ以上の反射信号の増幅および格納を行うことができる）。
【０１２０】
選択および／または制御デバイス８１８からの信号ＳＩＧ１３との可能な連携において、信号増幅器８２４は、信号ＳＩＧ１４を、抽出および／または第１の計算デバイス８０４および／またはタイミング制御デバイス８０２などの、分析システム８００のさまざまなコンポーネントに送ることができる。信号ＳＩＧ１４は、信号ＳＩＧ１５および／または信号ＳＩＧ１６などの、１つまたは複数のサブ信号を含みうる。信号ＳＩＧ１４のサブ信号のうちの一方または両方が、信号ＳＩＧ１４と同じであってもよい。それに加えて、またはその代わりに、信号ＳＩＧ１４のサブ信号は、互いに同じであってもよい。例示的な実施形態では、信号ＳＩＧ１６は、「ＴＤＲ信号ＳＩＧ１６」と称してもよい。
【０１２１】
タイミング制御デバイス８０２は、信号増幅器８２４から信号ＳＩＧ１５を受け取ることができる。例示的な実施形態では、信号ＳＩＧ１５は、分析システム８００の一部の動作に関するフィードバックをタイミング制御デバイス８０２に供給する信号であるものとしてよい。
【０１２２】
抽出および／または第１の計算デバイス８０４は、信号増幅器８２４から信号ＳＩＧ１６を受け取ることができる。例示的な実施形態では、抽出および／または第１の計算デバイス８０４は、信号ＳＩＧ１６から入射高速リーディングエッジ信号の電圧振幅ＶＯを抽出することができ、および／または信号ＳＩＧ１６に基づき反射信号の電圧振幅ＶＲを計算することができる。例示的な実施形態では、抽出および／または計算は、上述のように実行されうる。
【０１２３】
タイミング制御デバイス８０２からの信号ＳＩＧ７との可能な連携において、抽出および／または第１の計算デバイス８０４は、信号ＳＩＧ１７（入射高速リーディングエッジ信号の電圧振幅ＶＯを表す）および／または信号ＳＩＧ１８（反射信号の電圧振幅ＶＲを表す）を第２の計算デバイス８０６に送ることができる。第２の計算デバイス８０６は、元の特性インピーダンスＺＯ、入射高速リーディングエッジ信号ＶＯの電圧振幅、および／または反射信号の電圧振幅ＶＲに基づいて、炉心８３６内に少なくとも部分的に配置されている同軸ケーブル４００の２つまたはそれ以上導電体８３４の長さに上のさまざまな位置について固有特性インピーダンスＺＳを計算することができる。それに加えて、またはその代わりに、第２の計算デバイス８０６は、例えば、ルックアップテーブルを使用して、固有特性インピーダンスＺＳを決定することができる。例示的な実施形態では、計算は、上述のように実行されうる。
【０１２４】
タイミング制御デバイス８０２からの信号ＳＩＧ８との可能な連携において、第２の計算デバイス８０６は、信号ＳＩＧ１９（固有特性インピーダンスＺＳを表す）を、第３の計算デバイス８０８、第４の計算デバイス８１０、および／または第５の計算デバイス８１２などの、分析システム８００のさまざまなコンポーネントに送ることができる。信号ＳＩＧ１９は、信号ＳＩＧ２０、信号ＳＩＧ２１、および／または信号ＳＩＧ２２などの、１つまたは複数のサブ信号を含みうる。信号ＳＩＧ１９のサブ信号のうちの１つまたは複数は、信号ＳＩＧ１９と同じであってもよい。それに加えて、またはその代わりに、信号ＳＩＧ１９のサブ信号のうちの１つまたは複数は、互いに同じであってもよい。
【０１２５】
第３の計算デバイス８０８は、第２の計算デバイス８０６から信号ＳＩＧ２０（固有特性インピーダンスＺＳを表す）を受け取ることができる。タイミング制御デバイス８０２からの信号ＳＩＧ９との可能な連携において、第３の計算デバイス８０８は、信号ＳＩＧ２０を使用することで、炉心８３６内に少なくとも部分的に配置されている同軸ケーブル４００の２つまたはそれ以上の導電体８３４の長さに沿ったさまざまな位置について固有原子炉出力レベルを計算することができる。それに加えて、またはその代わりに、第３の計算デバイス８０８は、例えば、ルックアップテーブルを使用して、固有原子炉出力レベル（例えば、局所ガンマ線レベル）を決定することができる。
【０１２６】
タイミング制御デバイス８０２からの信号ＳＩＧ９との可能な連携において、第３の計算デバイス８０８は、信号ＳＩＧ２３（炉心８３６内に少なくとも部分的に配置されている同軸ケーブル４００の２つまたはそれ以上の導電体８３４の長さに沿ったさまざまな位置に対する固有原子炉出力レベルを表す）をコンピュータ８３０に送ることができる。
【０１２７】
第４の計算デバイス８１０は、第２の計算デバイス８０６から信号ＳＩＧ２１（固有特性インピーダンスＺＳを表す）を受け取ることができる。タイミング制御デバイス８０２からの信号ＳＩＧ６との可能な連携において、第４の計算デバイス８１０は、信号ＳＩＧ２１を使用することで、同軸ケーブル４００の単位長当たりの固有分布キャパシタンスＣＳを計算することができる。それに加えて、またはその代わりに、第４の計算デバイス８１０は、例えば、ルックアップテーブルを使用して、同軸ケーブル４００の単位長当たりの固有分布キャパシタンスＣＳを決定することができる。例示的な実施形態では、計算は、上述のように実行されうる。
【０１２８】
タイミング制御デバイス８０２からの信号ＳＩＧ６との可能な連携において、第４の計算デバイス８１０は、信号ＳＩＧ２４（単位長当たりの固有分布キャパシタンスＣＳを表す）を、第５の計算デバイス８１２および／または第６の計算デバイス８１４などの、分析システム８００のさまざまなコンポーネントに送ることができる。信号ＳＩＧ２４は、信号ＳＩＧ２５および／または信号ＳＩＧ２６などの、１つまたは複数のサブ信号を含みうる。信号ＳＩＧ２４のサブ信号のうちの一方または両方が、信号ＳＩＧ２４と同じであってもよい。それに加えて、またはその代わりに、信号ＳＩＧ２４のサブ信号は、互いに同じであってもよい。
【０１２９】
第５の計算デバイス８１２は、第２の計算デバイス８０６から信号ＳＩＧ２２（固有特性インピーダンスＺＳを表す）を受け取り、および／または第４の計算デバイス８１０から信号ＳＩＧ２５（単位長当たりの固有分布キャパシタンスＣＳを表す）を受け取ることができる。タイミング制御デバイス８０２からの信号ＳＩＧ５との可能な連携において、第５の計算デバイス８１２は、信号ＳＩＧ２２および／またはＳＩＧ２５を使用することで、単位長当たりの固有伝搬速度係数ｖＳを計算することができる。それに加えて、またはその代わりに、第５の計算デバイス８１２は、例えば、ルックアップテーブルを使用して、単位長当たりの固有伝搬速度係数ｖＳを決定することができる。例示的な実施形態では、計算は、上述のように実行されうる。
【０１３０】
タイミング制御デバイス８０２からの信号ＳＩＧ５との可能な連携において、第５の計算デバイス８１２は、信号ＳＩＧ２７（単位長当たりの固有伝搬速度係数ｖＳを表す）を第６の計算デバイス８１４に送ることができる。
【０１３１】
第６の計算デバイス８１４は、第４の計算デバイス８１０から信号ＳＩＧ２６（単位長当たりの固有分布キャパシタンスＣＳを表す）を受け取り、および／または第５の計算デバイス８１２から信号ＳＩＧ２７（単位長当たりの固有伝搬速度係数ｖＳを表す）を受け取ることができる。
【０１３２】
タイミング制御デバイス８０２からの信号ＳＩＧ４との可能な連携において、第６の計算デバイス８１４は、信号ＳＩＧ２６および／またはＳＩＧ２７を使用することで、固有増分時間補正Δｔを計算することができる。それに加えて、またはその代わりに、第６の計算デバイス８１４は、例えば、ルックアップテーブルを使用して、固有増分時間補正Δｔを伴う時間を決定することができる。例示的な実施形態では、計算は、上述のように実行されうる。
【０１３３】
タイミング制御デバイス８０２からの信号ＳＩＧ４との可能な連携において、第６の計算デバイス８１４は、信号ＳＩＧ２８（固有増分時間補正Δｔを伴う時間を表す）を第７の計算デバイス８１６に送ることができる。
【０１３４】
第７の計算デバイス８１６は、第６の計算デバイス８１４から信号ＳＩＧ２８（固有増分時間補正Δｔを伴う時間を表す）を受け取ることができる。タイミング制御デバイス８０２からの信号ＳＩＧ３との可能な連携において、第７の計算デバイス８１６は、信号ＳＩＧ２８を使用することで、炉心８３６内に少なくとも部分的に配置されている同軸ケーブル４００の２つまたはそれ以上の導電体８３４の長さに沿った固有位置を計算することができる。それに加えて、またはその代わりに、第７の計算デバイス８１６は、例えば、ルックアップテーブルを使用して、炉心８３６内に少なくとも部分的に配置されている同軸ケーブル４００の２つまたはそれ以上の導電体８３４の長さに沿った固有位置を決定することができる。例示的な実施形態では、計算は、上述のように実行されうる。
【０１３５】
タイミング制御デバイス８０２からの信号ＳＩＧ３との可能な連携において、第７の計算デバイス８１６は、信号ＳＩＧ２９（固有炉心位置を表す）をコンピュータ８３０に送ることができる。
【０１３６】
選択および／または制御デバイス８１８は、信号ＳＩＧ３０（同軸ケーブル４００の２つまたはそれ以上の導電体８３４を表す）をコンピュータ８３０に送ることができる。
【０１３７】
一部分において、コンピュータ８３０は、原子炉を運転し、原子炉内の出力レベルを決定するために、分析システム８００のさまざまなコンポーネントを協調させ、および／または本出願で説明されている計算を実行することができる。コンピュータ８３０はデータを処理して、例えば、分配出力結果を得ることができる。コンピュータ８３０は、データを記録し、データを後処理し、および／またはデータを表示することもできる。
【０１３８】
第１の一次格納容器貫通部８３２および第２の一次格納容器貫通部８３８を組み合わせて１つの貫通部にすることができる。
【０１３９】
一部は、一次格納容器内の実質的にすべてのコンポーネントおよび材料は、温度、中性子束、および／またはガンマ線束の結果生じる経年変化により少なくともある程度の劣化を生じうるため、スイッチ８２０、信号発生器８２２、およびインピーダンスマッチング回路網８２６のうちの１つまたは複数は、一次格納容器の外部に配置するとよい。このような状況では、感度および／または分解能のある程度の喪失が結果として生じうる（つまり、分解能は約１〜３インチのオーダーとなりうる）。
【０１４０】
スイッチ８２０は、例えば、ＰＨＯＳＩＴＡに知られているように、電子式スイッチおよび／または機械式スイッチとすることができる。それに加えて、またはその代わりに、スイッチ８２０は、例えば、ＰＨＯＳＩＴＡに知られているように、同軸スイッチとすることができる。
【０１４１】
信号発生器８２２、信号増幅器８２４、およびインピーダンスマッチング回路網８２６のうちの１つまたは複数をＴＤＲ（図に示されていない）内に含めることが可能である。
【０１４２】
例示的な実施形態では、入射高速リーディングエッジ信号を同軸ケーブル４００の入力端に印加して、（１）入射高速リーディングエッジ信号の電圧振幅ＶＩ、および（２）インピーダンス不整合状態からの全反射信号の電圧振幅ＶＴＲを得ることができる。
【０１４３】
まず最初に上記の信号の電圧振幅を式７に直接適用して、入射高速リーディングエッジ信号の電圧振幅ＶＩに関する反射信号の電圧振幅ＶＲを求めた。次いで、その結果得られた電圧振幅を式１０に直接適用して、固有特性インピーダンスＺＯを元の特性インピーダンスＺＳの関数として求めた。
【０１４４】
代替えアプローチとして、非常に短い持続時間（０．２ｎｓから２ｎｓまでの持続時間）のインパルス波形信号を同軸ケーブル４００の入力端に印加し、入射高速リーディングエッジ信号とインピーダンス不整合状態からの反射信号との電圧測定を行う方法がある。複合反射信号電圧振幅および形状は、インピーダンス不整合状態の変化率に関係する一次導関数である入射信号電圧の時間導関数（ｄ／ｄｔ）に依存しうる。原子炉出力プロファイルを決定するこのような代替えアプローチは、可能であるが、必要な信号処理および計算の量が増大する可能性がある。原子炉出力プロファイルを求める作業は、入射高速リーディングエッジ信号を使用するとより簡単になり、および／または複雑さも低減されうる。
【０１４５】
例示的な実施形態では、原子炉内で測定された出力レベルは、定常状態出力レベルおよび／または非定常状態出力レベルを含むことができる。定常状態出力レベルおよび／または非定常状態出力レベルは、１つまたは複数の推定出力レベルを含みうる。非定常状態出力レベルは、例えば、過渡的出力レベルであってもよい。
【０１４６】
例示的な実施形態では、複数の配向方位のどれかにおける原子炉心の１つまたは複数の一部または全部の寸法に対し出力レベルを決定することができる。例示的な実施形態では、原子炉心の１つまたは複数の一部または全部の幅に対し出力レベルを決定することができる。例示的な実施形態では、原子炉心の１つまたは複数のセクションに対し出力レベルを決定することができる。
【０１４７】
例示的な実施形態では、原子炉心内の出力レベルの１つまたは複数の一次元プロファイルを作成することができる。１つまたは複数の一次元プロファイルとしては、例えば、出力レベルの１つまたは複数の垂直方向プロファイル、出力レベルの１つまたは複数の水平方向プロファイル、出力レベルの１つまたは複数の半径方向プロファイル、および／または出力レベルの１つまたは複数の対角方向プロファイルが挙げられる。
【０１４８】
例示的な実施形態では、原子炉心内の出力レベルの１つまたは複数の二次元プロファイルを作成することができる。１つまたは複数の二次元プロファイルとしては、例えば、出力レベルの１つまたは複数の垂直方向対水平方向プロファイル、出力レベルの１つまたは複数の垂直方向対半径方向プロファイル、出力レベルの１つまたは複数の垂直方向断面プロファイル、出力レベルの１つまたは複数の水平方向断面プロファイル、出力レベルの１つまたは複数の半径方向断面プロファイル、および／または出力レベルの１つまたは複数の対角方向断面プロファイルが挙げられる。
【０１４９】
例示的な実施形態では、原子炉心内の出力レベルの１つまたは複数の二次元または三次元プロファイルを作成することができる。１つまたは複数の二次元または三次元プロファイルとしては、例えば、出力レベルの垂直方向プロファイル、出力レベルの水平方向プロファイル、出力レベルの半径方向プロファイル、および／または出力レベルの対角方向プロファイルが挙げられる。例えば、二次元プロファイルは、ＬＰＲＭ検出器および／またはＬＰＲＭ集合体５００の１つの行または対角線に沿って場合によっては切り取った、半径方向断面の形態の原子炉内の出力レベルの半径方向プロファイルを含みうる。他の実施例では、二次元プロファイルは、ＬＰＲＭ検出器および／またはＬＰＲＭ集合体５００の１つの行または対角線に沿って場合によっては切り取った、垂直方向断面の形態の原子炉内の出力レベルの垂直方向プロファイルおよび水平方向プロファイルを含みうる。
【０１５０】
例示的な実施形態では、多数のＬＰＲＭ検出器（例えば、２５６）および装置の分解能（例えば、約１〜２インチのオーダー）によって、原子炉内の出力レベルを多くの異なる方法で決定することができる。
【０１５１】
図９Ａは、約９２％（測定された原子炉出力レベルは９２．４％と報告された）の出力で運転している原子炉における時間（単位はナノ秒）に対する反射信号の電圧振幅ＶＲ（単位はミリボルト）を示すグラフである。図９Ａには、１日目に、時間値に対する電圧振幅を特定の炉心位置で測定した結果が示されている。入射高速リーディングエッジ信号は、ステップ波形信号であり、ピークツーピーク電圧振幅は０．２５ボルトに等しいか、または約０．２５ボルトであり、立ち上がり時間は１ナノ秒に等しいか、または約１ナノ秒であった。参照文字９０２は、例えば、ケーブルが原子炉容器の底部に入る接続部を示すものとしてよい。参照文字９０４は、例えば、導電体の材料を銅からステンレス鋼に変えた接合部をおおよそ示すものとしてよい（図９Ａからわかるように、導電体の接合部は、（複数の）反射信号に対し比較的長い時間にわたって影響を及ぼしうるため、ケーブルが原子炉心に入る地点および／またはケーブルがＷＲＮＭ検出器に接続する地点を計算しなければならない場合がある）。接合部は、例えば、原子炉心の底部より約２フィート下に配置することができる。接合部は、本質的に容量性を有し、一時的にインピーダンスを乱す可能性があり、および／または接合部の物理的配置を超えておよび／または上へ短い距離にわたって電気的影響が伝わりうる大振幅インピーダンス不整合反射信号を発生する可能性がある。接合部によって引き起こされるこのような一時的なインピーダンスの乱れは、原子炉心の底部から約０．２ｍの高さのところで接合部インピーダンス不整合反射信号が無視できるくらい小さな値にまで徐々に減少する前に原子炉心内に発生する実際のインピーダンス不整合反射信号に干渉する可能性がある。参照文字９０６は、例えば、ケーブルが原子炉心内に入るおおよその場所を示すものとしてよい。参照文字９０８は、例えば、ケーブルがＷＲＮＭ検出器に接続するおおよその場所を示すものとしてよい。
【０１５２】
図９Ｂは、約９２％（測定された原子炉出力レベルは９２．４％と報告された）の出力で運転している原子炉における時間（単位はナノ秒）に対する反射信号の電圧振幅ＶＲ（単位はミリボルト）を示すグラフである。図９Ｂには、さらに１日目に、時間値に対する電圧振幅を特定の炉心位置で測定した結果が示されている。高速立ち上がり時間信号は、インパルス波形信号であり、ピークツーピーク電圧振幅は０．２５ボルトに等しいか、または約０．２５ボルトであり、立ち上がり時間は１ナノ秒に等しいか、または約１ナノ秒であった。参照文字９１２は、例えば、ケーブルが原子炉容器の底部に入る接続部を示すものとしてよい。参照文字９１４は、例えば、導電体の材料を銅からステンレス鋼に変えた接合部を示すものとしてよい（図９Ｂからわかるように、導電体の接合部は、反射信号に対し比較的長い時間にわたって影響を及ぼしうるため、ケーブルが原子炉心に入る地点および／またはケーブルがＷＲＮＭ検出器に接続する地点を計算しなければならない場合がある）。接合部は、例えば、原子炉心の底部より約２フィート下に配置することができる。接合部は、本質的に容量性を有し、一時的にインピーダンスを乱す可能性があり、および／または接合部の物理的配置を超えておよび／または上へ短い距離にわたって電気的影響が伝わりうる大振幅インピーダンス不整合反射信号を発生する可能性がある。接合部によって引き起こされるこのような一時的なインピーダンスの乱れは、原子炉心の底部から約０．２ｍの高さのところで接合部インピーダンス不整合反射信号が無視できるくらい小さな値にまで徐々に減少する前に原子炉心内に発生する実際のインピーダンス不整合反射信号に干渉する可能性がある。参照文字９１６は、例えば、ケーブルが原子炉心内に入る場所を示すものとしてよい。参照文字９１８は、例えば、ケーブルがＷＲＮＭ検出器に接続する場所を示すものとしてよい。
【０１５３】
図９Ｃは、１００℃未満の停止状態にある原子炉における時間（単位はナノ秒）に対する反射信号の電圧振幅ＶＲ（単位はミリボルト）を示すグラフである。図９Ｃには、２日目に、時間値に対する電圧振幅を特定の炉心位置で測定した結果が示されている。高速立ち上がり時間信号は、ステップ波形信号であり、ピークツーピーク電圧振幅は０．２５ボルトに等しいか、または約０．２５ボルトであり、立ち上がり時間は１ナノ秒に等しいか、または約１ナノ秒であった。参照文字９２２は、例えば、ケーブルが原子炉容器の底部に入る接続部を示すものとしてよい。参照文字９２４は、例えば、導電体の材料を銅からステンレス鋼に変えた接合部を示すものとしてよい（図９Ｃからわかるように、導電体の接合部は、反射信号に対し比較的長い時間にわたって影響を及ぼしうるため、ケーブルが原子炉心に入る地点および／またはケーブルがＷＲＮＭ検出器に接続する地点を計算しなければならない場合がある）。接合部は、例えば、原子炉心の底部より約２フィート下に配置することができる。接合部は、本質的に容量性を有し、一時的にインピーダンスを乱す可能性があり、および／または接合部の物理的配置を超えておよび／または上へ短い距離にわたって電気的影響が伝わりうる大振幅インピーダンス不整合反射信号を発生する可能性がある。接合部によって引き起こされるこのような一時的なインピーダンスの乱れは、原子炉心の底部から約０．２ｍの高さのところで接合部インピーダンス不整合反射信号が無視できるくらい小さな値にまで徐々に減少する前に原子炉心内に発生する実際のインピーダンス不整合反射信号に干渉する可能性がある。参照文字９２６は、例えば、ケーブルが原子炉心内に入る場所を示すものとしてよい。参照文字９２８は、例えば、ケーブルがＷＲＮＭ検出器に接続する場所を示すものとしてよい。
【０１５４】
図９Ｄは、１００℃未満の停止状態にある原子炉における時間（単位はナノ秒）に対する反射信号の電圧振幅ＶＲ（単位はミリボルト）を示すグラフである。図９Ｄには、さらに２日目に、時間値に対する電圧振幅を特定の炉心位置で測定した結果が示されている。高速立ち上がり時間信号は、インパルス波形信号であり、ピークツーピーク電圧振幅は０．２５ボルトに等しいか、または約０．２５ボルトであり、立ち上がり時間は１ナノ秒に等しいか、または約１ナノ秒であった。参照文字９３２は、例えば、ケーブルが原子炉容器の底部に入る接続部を示すものとしてよい。参照文字９３４は、例えば、導電体の材料を銅からステンレス鋼に変えた接合部を示すものとしてよい（図９Ｄからわかるように、導電体の接合部は、反射信号に対し比較的長い時間にわたって影響を及ぼしうるため、ケーブルが原子炉心に入る地点および／またはケーブルがＷＲＮＭ検出器に接続する地点を計算しなければならない場合がある）。接合部は、例えば、原子炉心の底部より約２フィート下に配置することができる。接合部は、本質的に容量性を有し、一時的にインピーダンスを乱す可能性があり、および／または接合部の物理的配置を超えておよび／または上へ短い距離にわたって電気的影響が伝わりうる大振幅インピーダンス不整合反射信号を発生する可能性がある。接合部によって引き起こされるこのような一時的なインピーダンスの乱れは、原子炉心の底部から約０．２ｍの高さのところで接合部インピーダンス不整合反射信号が無視できるくらい小さな値にまで徐々に減少する前に原子炉心内に発生する実際のインピーダンス不整合反射信号に干渉する可能性がある。参照文字９３６は、例えば、ケーブルが原子炉心内に入る場所を示すものとしてよい。参照文字９３８は、例えば、ケーブルがＷＲＮＭ検出器に接続する場所を示すものとしてよい。
【０１５５】
図９Ａ〜９Ｄの水平軸は、オシロスコープ上のＴＤＲ特徴の分解能を高めるための時間オフセットおよび／または電圧オフセットを示す。熱膨張を許容するように、螺旋コイル（随伴するインダクタンスを持つ）を、例えば、ケーブルとＷＲＮＭ検出器との間に配置することができる。ＷＲＮＭ検出器は、複合パルス／電離箱であり、したがって、これは、容量性インピーダンス不整合状態として作用しうる。観察されうることだが、ＴＤＲ特徴に対するＷＲＮＭ検出器の容量効果は、停止したときに比べて、約９２％の原子炉出力において有意である。
【０１５６】
図９Ａおよび９Ｂのデータは、約９２％の原子炉出力において取られ、図９Ｃおよび９Ｄのデータは、１００℃未満の停止状態において取られたけれども、この技術（例えば、インピーダンス不整合技術）は、原子炉出力レベルでスケーラブルである正確な結果を出すと確信されている。また、図９Ａ〜９Ｄのデータは、ＷＲＮＭケーブルについて取られたけれども、この技術は、ＬＰＲＭケーブルおよび他のケーブルについても同様に適用可能であるべきである。
【０１５７】
図１０は、約９２％の出力で運転している原子炉に対する相対的出力計算の結果を一覧にした表であり、相対的原子炉出力のノード値（単位は任意）は１日目の特定の炉心位置の付近において計算された（例えば、計算が行われた原子炉では、ＴＩＰ位置およびＷＲＮＭケーブル位置は同一でなかった）。ノードは、原子炉心の底部から上へ数えてゆく。それぞれのノードは、約１４．７２センチメートルの高さを有する。ＷＲＮＭ検出器は、２１番目のノードに対応するレベルあたりに配置され、その中心線は原子炉心の底部から約３．０１７５メートル上にある。約９２％の原子炉出力で原子炉心の底部から約１．０３０４ｍ上の位置に対応する、正規化係数である５６６を適用し、これにより炉心監視パッケージに付随するプロセスコンピュータを使用して相対的原子炉出力の計算されたノード値（単位は任意）を求めた。例示的な実施形態によるインピーダンス測定（例えば、インピーダンス不整合測定）により、例えばそのような相対的原子炉垂直方向出力分布と比較できるデータを生成することができる。
【０１５８】
図１１は、図１０のデータを表示するグラフである。
【０１５９】
図１２は、例示的な実施形態に基づく同じ原子炉の相対的垂直方向出力計算の結果を一覧にした表である。式１０を実行する際に、ＺＯおよびＶＩは、知られている値であってもよい。ＶＴＲは、図９Ａおよび９Ｃから求めることができる（既存の永久的インピーダンス不整合状態などの、ガンマ線束によらない効果を取り除くために、原子炉心の底部から所定の位置における図９Ｃ−停止状態にある原子炉−の電圧値を逐一原子炉心の底部からの対応する位置における図９Ａ−約９２％の出力で運転中の原子炉−の電圧値から差し引くとよい）。次いで、式７を使用してＶＲを計算することができる（代数的減算でＶＴＲからＶＩを引く）。ＺＳは、式１０に従って、ＺＯ、ＶＩ、およびＶＲの値を使用して計算できる。
【０１６０】
図１２の列２は、この方法で計算されたＺＳの値を示している。図１２の列３は、原子炉心の底部から開始する位置でＺＳに関して計算されたΔＺＳの値を示している。図１２の列４は、原子炉心の底部から約１．０ｍのところの位置で５６６に正規化された相対的原子炉出力の調整された値（単位は任意）を示している。図１２の列４内の相対的原子炉出力の他の調整された値（単位は任意）については、以下の式１２に従って、所定の位置におけるΔＺＳと１．０ｍの位置におけるΔＺＳとの比に５６６を掛けて計算した。
【０１６１】
調整された値ｘ＝５６６×［（ΔＺＳ）ｘ／（ΔＺＳ）１．０ｍ］    （１２）
図１３は、垂直方向出力プロファイルを比較し、ピークおよび／または勾配変化の比較のために原子炉心の底部から約１ｍのところで正規化された、一緒にプロットされた図１０および１２のデータを表示するグラフである。観察されうることだが、図１２の相対的原子炉出力分布は、図１１の相対的原子炉垂直方向出力分布の軌跡を正確にたどり、一致する。
【０１６２】
図１２および１３の相対的原子炉出力の調整された値（単位は任意）を決定するために、他の種類の補間を使用することができる。例えば、積分を使用して、図１３の調整された値の曲線の下の総面積（例えば、総相対的原子炉出力）を求めることができ、総相対的原子炉出力を所望の値に合わせて正規化することができ、および／またはこの正規化に基づいて相対的原子炉出力の調整された値（単位は任意）を決定することができる。このような積分法に基づいて決定された相対的原子炉出力の調整された値（単位は任意）の精度は、積分が基づくデータサンプルの数および／または分布（例えば、データが利用可能である原子炉心の底部からの位置の数および／または分布）に依存しうる。
【０１６３】
原子炉心の底部付近に接合部がなく、原子炉心の頂部より上の位置へ連続的に伸びる十分な長さを持つ専用ケーブルまたは伝送路によって、他の信号からの干渉を受けることなく原子炉心の高さ全体にわたってインピーダンス不整合反射信号を発生させることが可能である。
【０１６４】
原子炉心出力データはＴＩＰで測定することができ、その際に、データを原子炉心物理モデル（例えば、多数の因子に基づいて原子炉心の運転をモデル化する１つまたは複数のソフトウェアプログラム）によって計算される原子炉垂直方向出力分布と比較し、測定された出力分布をこのモデルからの垂直方向出力分布と一致するように調整する。直接的な測定は、同軸ケーブルの位置（例えば、正確な半径方向位置）では利用できない場合があるため、炉心物理モデルを使用して、この位置について予測される局所ガンマ線ＴＩＰおよび中性子ＴＩＰの測定値を計算するとよい。同軸ケーブルの付近の垂直出力分布は、上述のように計算できる。炉心物理モデルからの、また同軸ケーブルからの垂直方向出力分布は、ある高さ、例えば、有効燃料の底部から上に１．０メートルの高さのところで、同じ任意の値に正規化されうる。
【０１６５】
例示的な実施形態では、原子炉内の出力レベルを決定する方法は、原子炉内に配置されている２つまたはそれ以上の導電体のインピーダンス値を測定すること、および測定されたインピーダンス値を使用して出力レベルを決定することを含むことができる。出力レベルは、例えば、定常状態出力レベルとすることができる。例えば、出力レベルは、１つまたは複数の局所出力レベルおよび／または出力分布を含みうる。
【０１６６】
例示的な実施形態では、インピーダンス値は、特性インピーダンス、入力インピーダンス、およびケーブルまたは伝送路の２つまたはそれ以上導電体の入力端とケーブルまたは伝送路の２つまたはそれ以上の導電体の対向端との間のインピーダンスの変化のうちの１つまたは複数を含みうる。
【０１６７】
例示的な実施形態では、インピーダンス値を測定することは、１つまたは複数の入射信号をケーブルまたは伝送路の２つまたはそれ以上の導電体に印加すること、ケーブルまたは伝送路の２つまたはそれ以上の導電体から１つまたは複数の反射信号を受け取ること、ならびにインピーダンス値を測定するために１つまたは複数の印加された入射信号のうちの少なくとも１つの信号および１つまたは複数の受け取った反射信号のうちの少なくとも１つの信号を分析することのうちの１つまたは複数を含むことができる。１つまたは複数の印加された入射信号のうちの少なくとも１つの信号は、例えば、ステップ波形信号を含むことができる。１つまたは複数の印加された入射信号のうちの少なくとも１つの信号は、例えば、インパルス波形信号を含むことができる。
【０１６８】
例示的な実施形態では、１つまたは複数の印加された入射信号のうちの少なくとも１つの信号および１つまたは複数の受け取った反射信号のうちの少なくとも１つの信号を分析することは、１つまたは複数の印加された入射信号のうちの少なくとも１つの信号を印加する時間を測定すること、１つまたは複数の受け取った反射信号のうちの少なくとも１つの信号を受け取る時間を測定すること、および１つまたは複数の印加された入射信号のうちの少なくとも１つの信号を印加した時刻から１つまたは複数の受け取った反射信号のうちの少なくとも１つの信号を受け取った時刻までの差を測定することのうちの１つまたは複数を含むことができる。
【０１６９】
例示的な実施形態では、１つまたは複数の印加された入射信号のうちの少なくとも１つの信号および１つまたは複数の受け取った反射信号のうちの少なくとも１つの信号を分析することは、１つまたは複数の印加された入射信号のうちの少なくとも１つの信号の電圧振幅を測定すること、１つまたは複数の受け取った反射信号のうちの少なくとも１つの信号の電圧振幅を測定すること、および１つまたは複数の印加された入射信号のうちの少なくとも１つの信号の電圧振幅と１つまたは複数の受け取った反射信号のうちの少なくとも１つの信号の電圧振幅との差を測定することのうちの１つまたは複数を含むことができる。
【０１７０】
例示的な実施形態では、１つまたは複数の印加された入射信号のうちの少なくとも１つの信号および１つまたは複数の受け取った反射信号のうちの少なくとも１つの信号を分析することは、１つまたは複数の印加された入射信号のうちの少なくとも１つの信号の電圧振幅の変化率を測定すること、１つまたは複数の受け取った反射信号のうちの少なくとも１つの信号の電圧振幅の変化率を測定すること、および１つまたは複数の印加された入射信号のうちの少なくとも１つの信号の電圧振幅の変化率と１つまたは複数の受け取った反射信号のうちの少なくとも１つの信号の電圧振幅の変化率との差を測定することのうちの１つまたは複数を含むことができる。
【０１７１】
例示的な実施形態では、測定されたインピーダンス値を使用して出力レベルを決定することは、出力レベルの一次元プロファイルを作成することを含むことができる。一次元プロファイルは、例えば、出力レベルの垂直方向プロファイル、出力レベルの水平方向プロファイル、または出力レベルの半径方向プロファイルを含むことができる。
【０１７２】
例示的な実施形態では、測定されたインピーダンス値を使用して出力レベルを決定することは、出力レベルの二次元プロファイルを作成することを含むことができる。二次元プロファイルは、例えば、出力レベルの垂直方向プロファイル、出力レベルの水平方向プロファイル、および／または出力レベルの半径方向プロファイルを含むことができる。
【０１７３】
例示的な実施形態では、測定されたインピーダンス値を使用して出力レベルを決定することは、出力レベルの三次元プロファイルを作成することを含むことができる。三次元プロファイルは、例えば、出力レベルの垂直方向プロファイル、出力レベルの水平方向プロファイル、および／または出力レベルの半径方向プロファイルを含むことができる。
【０１７４】
上述の装置は、原子炉の運転に使用できる。例えば、これらの装置は、原子炉の他の計装類を較正すること、始動からの経過時間および／または停止までの時間を計算すること、燃料使用量を計算すること、燃料移動および／または燃料装荷の計画を立てることに使用されうる。
【０１７５】
それに加えて、またはその代わりに、これらの装置は、入口温度、供給流体温度、ホウ素濃度、制御棒高さ、制御棒パターン、運転停止能力、流量調節弁、バイパス流量、外部再循環流量、および再循環ポンプの速度のうちの１つまたは複数を制御するために使用されうる。
【０１７６】
それに加えて、またはその代わりに、これらの装置は、原子炉出力分布を整形するために使用できる。
【０１７７】
それに加えて、またはその代わりに、これらの装置は、入力をより一般的に原子炉保護システムおよび／または棒制御システムに供給するために使用されうる。
【０１７８】
例示的な実施形態では、原子炉内の出力レベルを決定するためのシステムは、上述の装置のうちの１つまたは複数の装置を備えることができる。このようなシステムでは、例えば、ケーブルまたは伝送路の２つまたはそれ以上の導電体のうちの少なくとも１つは、原子炉の炉心内に配置できる。これらのシステムは、原子炉の他の計装類を較正するために使用できる。
【０１７９】
例示的な実施形態では、原子炉は、上述の装置のうちの１つまたは複数の装置を備えることができる。例示的な実施形態では、原子炉は、上述のシステムのうちの１つまたは複数のシステムを備えることができる。
【０１８０】
例示的な実施形態では、決定された出力レベルを原子炉の運転に使用することができる。例えば、決定された出力レベルは、ＬＰＲＭ検出器などの原子炉の他の計装類を較正するために使用できる。
【０１８１】
上述のように、ＬＰＲＭ検出器は、原子炉心の高放射線環境への曝露に付随するバーンアウト現象が存在するため定期的に較正を行う必要がある。ＬＰＲＭ検出器を較正することに加えて、本出願の装置および方法は、決定された出力レベルを使用して原子炉の他の計装類を直接的にまたは間接的に較正するために使用できる。
【０１８２】
例示的な実施形態では、原子炉を運転する方法は、原子炉内に配置されている２つまたはそれ以上の導電体のインピーダンス値を測定すること、および測定されたインピーダンス値を使用して原子炉のパラメータを決定することを含むことができる。これらのパラメータとしては、例えば、電離粒子の局所的なフルエンス、局所的な燃料バンドル出力、全体的な燃料バンドル出力、燃料棒のピーク線出力密度（ＰＬＨＧＲ）、燃料バンドルのＰＬＨＧＲ、燃料バンドルの限界出力比（ＣＰＲ）、および燃料バンドルの核沸騰限界（ＤＮＢ）のマージンのうちの１つまたは複数が挙げられる。それに加えて、またはその代わりに、これらのパラメータには、例えば、１つまたは複数の原子炉保護システムトリップセット値、１つまたは複数の原子炉保護システム警報セット値、および１つまたは複数の原子炉保護システム警告セット値のうちの１つまたは複数の値を含むことができる。それに加えて、またはその代わりに、これらのパラメータは、例えば、運転エンベロープ、制御棒プログラミング、反応度制御プログラミング、および炉心流量プログラミングのうちの１つまたは複数を含んでいてもよい。
【０１８３】
例示的な実施形態が特に示され、説明されたが、以下の請求項において定められているように本発明の精神および範囲から逸脱することなく例示的な実施形態において形態および詳細にさまざまな変更を加えることができることは、ＰＨＯＳＩＴＡにとっては理解しやすいであろう。
【符号の説明】
【０１８４】
１００  ポンプ
１０２  原子炉容器
１０４  格納容器
１０６  炉心
１０８  タービン
１１０  発電機
１１２  復水器
１１４  燃料バンドル
１１６  外部チャネル
１１８  燃料棒
１２０  上部タイプレート
１２２  下部タイプレート
１２４  スペーサー
１２６  ウォーターロッド
１２８  制御ブレード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【外国語明細書】
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