(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子検出システムであって、
格納容器と
前記格納容器内に少なくとも部分的に含まれる原子炉容器と、
前記原子炉容器の外部に位置する中性子検出装置であって、前記原子炉容器内で発生した中性子を検出するように構成される中性子検出装置と、
前記原子炉容器および前記格納容器との中間に位置する格納領域に収容された格納媒体であって、中性子減衰係数と関連する格納媒体と、
前記原子炉容器と前記格納容器との間に少なくとも部分的に位置する中性子パス装置と、
前記中性子パス装置内に含まれる中性子パス媒体と、
を備え、前記中性子パス装置は、前記中性子パス媒体を通る中性子源と前記中性子検出装置との間の中性子パスを提供するように構成され、前記中性子パス媒体に関連する中性子減衰係数は、前記格納媒体に関連する前記中性子減衰係数未満であり、
前記中性子パス装置は、冷却システムに関連する空間の体積を変位させるように構成され、前記空間の変位した体積は、前記冷却システムに関連した静水頭を上昇させる中性子検出システム。
【請求項２】
前記中性子パス媒体が気体を備え、前記格納媒体が液体を備える請求項１に記載の中性子検出システム。
【請求項３】
前記中性子パス媒体が前記中性子パス装置内で大気圧未満に維持される請求項１又は請求項２に記載の中性子検出システム。
【請求項４】
前記中性子パス装置が少なくとも部分的に前記格納領域内に位置する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の中性子検出システム。
【請求項５】
前記中性子パス装置の少なくとも一部は、前記格納媒体に囲まれ、前記中性子パス装置は、前記格納媒体から分離して前記中性子パス媒体を収容するように構成される請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の中性子検出システム。
【請求項６】
前記中性子検出システムは、起動しきい値を超える、前記中性子検出装置による中性子数の検出が前記中性子パス装置によって可能になることに応答して、原子炉起動運転を開始するように構成される請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の中性子検出システム。
【請求項７】
前記中性子パス装置は、前記中性子パス装置の外表面が大気圧以上の圧力に晒される場合に、減圧状態に前記中性子パス媒体を維持するように構成される請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の中性子検出システム。
【請求項８】
前記中性子パス装置は更に、前記中性子パス装置の構造上の構成に少なくとも一部基づいて、前記冷却システムに関連した冷却速度を調節するように構成される請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の中性子検出システム。
【請求項９】
原子力容器と
前記原子力容器内に含まれる媒体と、
前記原子力容器内に位置する中性子源と、
中性子検出器と、
前記媒体によって少なくとも部分的に囲まれるコンテナであって、前記コンテナ内への周囲媒体の侵入を禁止するように構成され、更には、前記中性子源と前記中性子検出器との間に中性子パスを提供するように構成されたコンテナと、
前記コンテナに収容された中性子パス媒体と、
を備え、
前記中性子パス媒体は、部分真空に維持され、
部分真空に維持された前記中性子パス媒体に関連した中性子減衰係数は、前記周囲媒体に関連した中性子減衰係数未満であり、
前記中性子パス媒体が本質的に窒素から構成される中性子パス装置。
【請求項１０】
原子力容器と
前記原子力容器内に含まれる媒体と、
前記原子力容器内に位置する中性子源と、
中性子検出器と、
前記媒体によって少なくとも部分的に囲まれるコンテナであって、前記コンテナ内への周囲媒体の侵入を禁止するように構成され、更には、前記中性子源と前記中性子検出器との間に中性子パスを提供するように構成されたコンテナと、
前記コンテナに収容された中性子パス媒体と、
を備え、
前記中性子パス媒体は、部分真空に維持され、
部分真空に維持された前記中性子パス媒体に関連した中性子減衰係数は、前記周囲媒体に関連した中性子減衰係数未満であり、
前記コンテナは、セグメント化されたコンパートメントを含み、前記中性子パスは、前記セグメント化されたコンパートメントを通り、複数の前記セグメント化されたコンパートメントは、前記部分真空を維持するために別々に密閉されている中性子パス装置。
【請求項１１】
前記コンテナは、前記周囲媒体が前記コンテナに前記部分真空より大きい圧力をかけるときの前記周囲媒体の侵入を禁止するように構成される請求項９又は請求項１０に記載の中性子パス装置。
【請求項１２】
前記中性子パス媒体が気体を備える請求項１０に記載の中性子パス装置。
【請求項１３】
前記中性子パス媒体が本質的に窒素から構成される請求項１０に記載の中性子パス装置。
【請求項１４】
前記コンテナが、
前記中性子源から前記中性子を受け取るように構成された第１端と、
前記中性子検出器に前記中性子を送るように構成された第２端と、
を含み、前記第１端が前記第２端より大きい請求項１０〜請求項１３のいずれか一項に記載の中性子パス装置。
【請求項１５】
前記コンテナが前記第１端から前記第２端に先細にされた外形を備える請求項１４に記載の中性子パス装置。
【請求項１６】
中性子検出システムであって、
格納容器と、
前記格納容器内に少なくとも部分的に含まれる原子炉容器と、
前記原子炉容器の外部に位置する中性子検出装置と、
前記原子炉容器と前記格納容器との間に位置する格納領域内に収容された第１媒体と、
前記原子炉容器内に含まれる第２媒体と、
前記原子炉容器に取り付けられた中性子パス装置であって、前記第２媒体が前記中性子パス装置の少なくとも一部を囲む前記中性子パス装置と、
前記中性子検出装置によって検出される中性子に対する中性子パスを提供する前記中性子パス装置内に収容された減衰パス媒体と、
を備え、前記中性子パスを通って移動する前記中性子は、前記第１媒体を通って前記格納領域内に入り、前記減衰パス媒体は、前記第２媒体と比較して、より小さな中性子減衰係数と関連し、
前記中性子検出装置は、前記原子炉容器の外表面に取り付けられ、前記格納領域に収容された前記第１媒体内に位置し、
前記中性子検出システムは、前記格納容器の外表面へ取り付けられた第２中性子検出装置を更に含み、
前記中性子検出装置は、第１運転モード中に中性子を検出するように構成され、前記第２中性子検出装置は、第２運転モード中に中性子を検出するように構成され、前記第２運転モードが、前記第１運転モードと比較して、より高い中性子束に関連している中性子検出システム。
【請求項１７】
前記中性子パスは、前記中性子パス装置に広がり、前記中性子パス装置内に完全に含まれている請求項１６に記載の中性子検出システム。
【請求項１８】
前記原子炉容器内から発生または放射された中性子は、前記減衰パス媒体によって実質完全に減衰された後、前記中性子検出装置によって受け取られる請求項１６〜請求項１７のいずれか一項に記載の中性子検出システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［関連事項の陳述］
本出願は、２０１３年１２月２６日に提出された米国仮出願６１／９２１，０３７および２０１４年４月１日に提出された米国の非仮出願１４／２４２，６７７の優先権を主張する。
【０００２】
［技術分野］
本出願は、中性子源および／または中性子検出装置を使用して運転する原子炉システムを含む、発電の分野に関する。
【０００３】
［従来技術］
分裂型原子炉は、燃料源の断面積を大きくさせるために、中性子減速材を使用して、核分裂によって生成された中性子を、スローダウンまたは調節するように構成されている。大きくされた断面積は、燃料源によって捕らえられるよりはむしろ分裂イベントを引き起こすのに利用できる中性子の数を次々に増加させ、従って分裂イベントの確実な連鎖反応を促進する。
【０００４】
熱中性子は、例えば、およそ摂氏１７度の温度で、減速材内の原子核と多くの衝突をした後、約０．０２５ｅＶの運動エネルギおよび／または２．２Ｋｍ／ｓの速度を有する自由中性子である。熱中性子は、典型的には高速中性子より、はるかに大きな相互作用断面積を有し、従ってより容易に吸収される。
【０００５】
異なるタイプの中性子減速材の組み合わせ、減速材温度、燃料断面積、および／または燃料温度は、原子炉起動中および／または原子炉運転中に達成可能である核分裂率に影響を及ぼす。例えば、燃料温度の上昇は、燃料のｅｐｉ−熱中性子吸収の割合を上昇させ、そして、原子炉の電力レベルをコントロールするために使用される負のフィードバックを提供する。更に、減速材温度の変化は、負のフィードバックを提供するためにも使用される。
【０００６】
中性子源等の中性子を放射するように構成された装置は、多くの異なるパラメータを念頭において設計される。例えば、中性子源設計パラメータは、放射された中性子のエネルギ量、中性子の放射割合、および／または中性子源および／または原子炉の特定用途に依存する他のパラメータを含み得る。
【０００７】
燃料によって生成された自発核分裂イベントは、あるタイプの原子炉モニタリング機器で検出するには弱すぎるかもしれない。分裂イベントのレベルおよび／または炉心での、または炉心近くの中性子束のレベルを知らずに、原子炉を起動することは、様々な規定および／または運転要件下で許容できない「ブラインド」起動と称される。
【０００８】
運転中の原子炉内の熱中性子束に起因した中性子捕獲は、アイソトープの組成を変更し中性子源の耐用年数を減らす。従って、起動中および／または運転中に放射される十分な数の中性子が残ることを確実にするために、中性子源は一定間隔で変更または交換される。不活発であると考えられる中性子源の幾つかのタイプは、活発な中性子源ほど費用がかからないかもしれないが、不活発な中性子源からの十分な中性子束が初期に欠如することは結果的にブラインドスタートをもたらすかもしれない。更に、炉心に、または炉心近くに位置する幾つかのタイプの中性子検出装置は、原子炉運転中にハイレベルの中性子を検出するように構成され、例えば、原子炉シャットダウン時に、比較的低レベルの中性子を検出すること、および／または、原子炉シャットダウン時に正確に反応度を測定することに十分に敏感ではないかもしれない。
【０００９】
１つ以上の原子炉運転モードにおいて、十分な数の中性子を発生する能力を有していない、および／または十分な数の中性子を発生する能力を失った中性子源は、中性子源の存在を検出または確認することができない、および／または、関連する中性子アクティビティを検証することができない原子炉モニタリング機器をもたらす。更に、幾つかの例において、中性子アクティビティのレベルを検出できないことは、炉心シャットダウン、点検、メンテナンス、および／または燃料交換中に、反応度の予期しない増加をモニタする能力にも影響を及ぼすかもしれない。
【００１０】
本出願はこれらおよび他の問題に取り組むものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】例示的な原子炉モジュールを示す。
【図２】中性子源を含む例示的炉心構成を示す。
【図３】例示的中性子検出システムを示す。
【図４】別の例示的中性子検出システムを示す。
【図５】更に別の例示的中性子検出システムを示す。
【図６】例示的中性子検出システムの平面図を示す。
【図７】例示的中性子パス装置を示す。
【図８】更なる例示的中性子検出システムを示す。
【図９】中性子源を検出する例示的過程を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［概要］
ここに開示される例示的中性子検出システムは、格納容器の外部に位置した中性子検出装置を含んでいてもよい。幾つかの例において、中性子検出装置は、原子炉容器の外部および周囲格納容器の内部に位置していてもよい。中性子検出装置は、中性子源に起因する分裂によって、および／または原子炉容器内に位置する炉心内で生じる分裂によって発生した中性子を検出するように構成されていてもよい。更に、原子炉容器と格納容器との中間に位置する格納領域は、格納媒体を収容するように構成されていてもよい。中性子パス装置は、少なくとも部分的に原子炉容器と格納容器との間に位置してもよく、中性子パス装置は、中性子検出装置への中性子パス（ｐａｔｈ）を提供するように構成されていてもよい。中性子パス媒体は、中性子パス装置内に含まれていてもよい。
【００１３】
中性子パス媒体に関連した中性子減衰係数は、格納媒体、および／または、中性子源／炉心と中性子検出装置との間に位置し得る１つ以上の他の媒体または構造（原子炉容器および／または格納容器を含む）、に関連した中性子減衰係数より小さくてもよい。従って、さもなければ格納媒体、媒体および／または構造によって過度に減衰させられるかもしれない中性子は、中性子検出装置に到達し、および／または、中性子検出装置によって測定されることが可能であり得る。
【００１４】
ここに開示された例示的中性子パス装置は、容器内への周囲媒体の侵入を禁止するように構成された容器を含んでいてもよい。更に、容器は中性子検出装置への中性子パスを提供するように構成されていてもよい。容器内に収容された中性子パス媒体は、部分真空に維持されていてもよい。部分真空に維持された中性子パス媒体に関連した中性子減衰係数は、周囲媒体に関連した中性子減衰係数未満であり得る。
【００１５】
ここに開示された例示的装置は、中性子パスを通って中性子を送るための手段を含んでいてもよい。中性子パスは、中性子パス媒体を含んでいてもよい。装置は、中性子パスを通って送られた多くの中性子を検出するための手段を更に含んでいてもよい。検出手段は、原子炉容器の外に位置していてもよく、原子炉容器と周囲の格納容器との中間に位置した格納領域が、格納媒体を収容するように構成されていてもよい。格納媒体に関連する中性子減衰係数は、中性子パス媒体に関連した中性子減衰係数より大きくてもよい。
【００１６】
中性子を検出する例示的過程がここに開示されている。中性子は、少なくとも部分的に中性子パス装置内に位置した中性子パスに沿って移動してもよい。中性子パス装置は、中性子検出装置への中性子パスを提供するように構成されていてもよい。中性子パス装置は、第１の媒体を備え、および／または、含んでいてもよい。中性子パスを通って発生、放射、および／または送られた多くの中性子は、中性子検出装置によって検出されてもよい。中性子の数は、閾値と比較されてもよい。中性子検出装置および／または処理装置は、少なくとも部分的に、中性子の数に基づいて、原子炉の、電力レベル、反応度、および／または増倍率（Ｋｅｆｆ）を推測するように構成されていてもよい。推測された電力レベル、反応度、および／または、増倍率は、原子炉起動を開始すべきかどうかを判定するために使用されてもよい。
【００１７】
上記例についての理解は、添付図面を参照した次の詳細な説明から、より容易に明白になるであろう。
［詳細な説明］
ここに説明および／または言及される様々な例は、全体が本明細書に参照により組み込まれる米国出願第１１／９４１，０２４号および／または米国出願第１２／３９７，４８１号に見られる１つ以上の特徴と両立してまたは併せて運用されてもよい。
【００１８】
図１は、原子炉容器２に囲まれた炉心６を含む例示的な原子炉モジュール５を示す。原子炉容器２内の冷却液１０は炉心６を囲んでいる。炉心６は、シュラウド２２内に位置してもよく、シュラウドはその側面の周りで炉心６を囲む。冷却液１０が核分裂イベントの結果、炉心６によって加熱されると、冷却液１０は、シュラウド２２から、炉心６上で且つライザ２４の外に位置した環帯２３に導かれ得る。この結果、更なる冷却液１０が、炉心６によって順次加熱されるシュラウド２２に引き寄せられ、炉心６は、シュラウド２２内により多くの冷却液１０を引き寄せる。ライザ２４から出てくる冷却液１０は、冷却され、原子炉容器２の外部に導かれ、次に、自然循環によって原子炉容器２の底に戻り得る。冷却液１０が加熱されるにつれ、加圧された蒸気（ｖａｐｏｒ）１１（例えば水蒸気（ｓｔｅａｍ））が原子炉容器２内に生成され得る。
【００１９】
熱交換器３５は、タービン３２および発電機３４で電気を生じさせるために、第２冷却システム３０内の給水および／または水蒸気を、循環させるように構成されてもよい。幾つかの例において、給水は、熱交換器３５を通り抜けて、超加熱水蒸気になり得る。第２冷却システム３０は、凝縮器（復水器）３６および給水ポンプ３８を含んでいてもよい。幾つかの例において、第２冷却システム３０内の給水および／または水蒸気は、混合したり互いに直接接触したりしないように、原子炉容器２内の冷却液１０から分離された状態に保たれる。
【００２０】
原子炉容器２は、格納容器４に囲まれてもよい。幾つかの例において、格納容器４は、例えば地下に位置するように、水のプール内に置かれてもよい。格納容器４は、原子炉容器２に関連した冷却液１０の放出が格納容器４外部、および／または、周辺環境へ逃げるのを禁止するように構成され得る。緊急事態では、蒸気１１は、原子炉容器２からフローリミッタ８を通って、格納容器４内へ解放されてもよく、および／または、冷却液１０がブローダウンバルブ１８を通って解放されてもよい。蒸気１１および／または冷却液１０の格納容器４内への解放割合は、原子炉容器２内の圧力に応じて変化してもよい。幾つかの例において、炉心６に関連した崩壊熱は、格納容器４の内壁上の蒸気１１の復水、および／または、ブローダウンバルブ１８を通じて解放される冷却液１０の抑制、の組み合わせによって、少なくとも部分的に除去されてもよい。
【００２１】
格納容器４は、およそ円筒形であり得る。幾つかの例において、格納容器４は、１つ以上の楕円状、ドーム状、あるいは球状の端を有していてもよい。格納容器４は、格納容器４から液体および／またはガスが漏れたり、流入したりしないように、周囲に対して溶接されるか、そうでなければ密閉されてもよい。様々な例において、原子炉容器２および／または格納容器４は、下部が支持、上部が支持、その中心の周りが支持されてもよく、またはその任意の組み合わせであってもよい。
【００２２】
原子炉容器２の内表面は、冷却液１０および／または蒸気１１を含む湿った環境に晒され得て、原子炉容器２の外表面は、本質的に乾燥した環境に晒され得る。原子炉容器２は、ステンレススチール、カーボンスチール、他のタイプの材料もしくは合成物、またはその任意の組み合わせを含んでいてもよく、および／または、それらで作られていてもよい。更に、原子炉容器２は、クラッディング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）および／または絶縁を含んでいてもよい。
【００２３】
格納容器４は、格納領域１４内の原子炉容器２を実質的に囲み得る。格納領域１４は、幾つかの例および／または運転モードにおいて、乾燥した、空の、および／またはガス状の環境を含んでもよい。格納領域１４は、空気の量、アルゴンヌ（Ａｒｇｏｎｎｅ）等のノーベルガス（ｎｏｂｅｌ  ｇａｓ）、他のタイプのガスあるいはその任意の組み合わせを含んでもよい。幾つかの例において、格納領域１４は、大気圧以下に、例えば部分真空で、維持されてもよい。他の例において、格納領域１４は実質的に完全な真空で維持されてもよい。格納容器２内のいかなるガスも、原子炉モジュール５の運転に先立って、排出および／または除去されてもよい。
【００２４】
あるガスは、原子炉システム内で経験する運転圧下では、非凝縮性であると考えられてもよい。例えば、これらの非凝縮性ガスは水素と酸素を含んでいてもよい。非常時運転中、水蒸気は、ハイレベル水素を生成するために燃料棒と化学反応してもよい。水素が空気または酸素と混合する場合、これは可燃混合気を生成してもよい。格納容器４から空気または酸素の大部分を取り除くことによって、混合可能な水素および酸素の量は最小限にされ、または除去されてもよい。
【００２５】
緊急状態が検知される場合、格納領域１４に存在する空気あるいは他のガスは、除去または放出されてもよい。格納領域１４から除去または排出されるガスは、非凝縮性ガスおよび／または凝縮性ガスを含んでいてもよい。凝縮性ガスは、格納領域１４へ放出される任意の水蒸気を含んでいてもよい。
【００２６】
非常時運転中、蒸気および／または水蒸気が格納領域１４内に放出されてもよいが、取るに足りない量の非凝縮性ガス（水素など）だけが、格納領域１４内に放出または解放されてもよい。実質的に非凝縮性ガスが蒸気と共に格納領域１４内に放出されないことを、実用的見地から仮定することが可能であり得る。従って幾つかの例においては、実質上、水素ガスは蒸気と共に格納領域１４へは放出されず、格納領域１４内に存在し得る酸素と共に、水素のレベルおよび／または量は、不燃性レベルに維持される。更に、この酸素−水素混合の不燃性レベルは、水素再結合器を使用することなく維持されてもよい。
【００２７】
一般に約５０トル（５０ｍｍＨＧ）の絶対圧で、空気中の対流伝熱の除去が生じるが、およそ３００トル（３００ｍｍＨＧ）の絶対圧で、対流伝熱の減少が観察され得る。幾つかの例で、格納領域１４は、３００トル（３００ｍｍＨＧ）の圧力を備えるか、それ以下で維持される。他の例では、格納領域１４は、５０トル（５０ｍｍＨＧ）の圧力を備えるか、それ以下で維持される。幾つかの例では、格納領域１４は、原子炉容器２と格納容器４の間の対流および／または伝導熱の伝達を実質的に全て禁じる圧力レベルを備える、および／または、当該圧力レベルに維持されてもよい。真空ポンプ、水蒸気−空気ジェットエジェクタ、他のタイプの排出装置、またはその任意の組み合わせの操作によって、完全な真空または部分真空が提供および／または維持されてもよい。
【００２８】
格納領域１４を真空または部分真空に維持することによって、格納領域１４内の湿気が除去されてもよく、それにより、電気的、機械的な部品を腐食または破損から保護する。更に、非常時運転中（例えば、過剰加圧あるいはオーバヒート事象中）に、個別ポンプまたは高置貯蔵タンクを使用することなく、真空または部分真空は、格納領域１４内に冷却液を引きこんだり（ｄｒａｗ）または引き出したりする（ｐｕｌｌ）ように動作し得る。更に、真空または部分真空は、燃料補給過程中に格納領域１４を冷却液１０で溢れさせたりまたは満たしたりする方法を提供するために動作してもよい。
【００２９】
フローリミッタ８が、非常時運転中に格納容器４内へ冷却液１０および／または蒸気１１を放出するために原子炉容器２に取り付けられてもよい。フローリミッタ８は、配管または接続部等の介在構造なく、原子炉容器２の外部壁に直接接続または取り付けられてもよい。幾つかの例において、あらゆる漏れまたは構造破壊の可能性を最小限にするために、フローリミッタ８が原子炉容器２に直接溶接されてもよい。フローリミッタ８は、制御された割合で格納容器４内へ蒸気１１を解放するように構成されたベンチュリフローバルブを備え得る。蒸気１１の凝縮は、放出された蒸気１１が圧力を格納容器４に加えるのと略同じ割合で格納容器４内の圧力を下げ得る。
【００３０】
格納容器４内へ蒸気１１として解放される冷却材１０は、水等の液体として、格納容器４の内表面で凝縮してもよい。蒸気１１が液体冷却材に戻るので、蒸気１１の凝縮は、格納容器４内の圧力を減少させる。炉心６からの崩壊熱除去をコントロールするために、格納容器４の内表面上の蒸気１１の凝縮を通じて十分な量の熱が除去されてもよい。
【００３１】
凝縮した冷却材１０は、格納容器４の底まで下降して液体のプールとして集まる。より多くの蒸気１１が格納容器４の内表面上で凝縮するにつれて、格納容器４内の冷却材１０の水位は徐々に上昇していく。蒸気１１および／または冷却材１０に蓄積された熱が格納容器４の壁を通って周辺環境へ伝送されてもよい。格納領域からガスを実質上取り除くことによって、格納容器４の内表面上の蒸気１１の凝縮の初期速度は、排出させられたガスによって上昇する。冷却材１０の凝縮を抑制するように格納容器４の内表面で通常蓄積するガスは、凝縮の割合が最大限にされるように、低レベルにあるか、または、冷却材１０の自然対流により内表面から一掃されるかのいずれかである。凝縮の割合を増加させることは、格納容器４を通じた伝熱の割合を回りまわって増加させ得る。
【００３２】
格納領域１４内の真空は、原子炉モジュールの正常運転中に一種の断熱材として作用してもよく、それにより、発電に利用し続けることができる原子炉容器２内の熱およびエネルギを保持する。その結果、より少ない絶縁材料が原子炉容器２の設計において使用され得る。幾つかの例において、従来の断熱材の代わりに、または従来の断熱材に加えて、反射絶縁材が使用されてもよい。反射絶縁材は、原子炉容器２または格納容器４の一方または両方に含まれていてもよい。反射絶縁材は、従来の断熱材と比較して、より水によるダメージに耐性を有し得る。更に、反射絶縁材は、緊急状態において従来の断熱材と同じくらい、原子炉容器２からの熱伝導を妨げない。例えば、原子炉容器２の外部のステンレススチール表面は、格納領域１４内にある任意の冷却材と直接接触するようにされ得る。
【００３３】
中性子検出装置２５は、格納容器４の外側に取り付けられて示されている。中性子検出装置２５は、炉心の高さ近くに配置されてもよい。中性子検出装置２５は、炉心６で、または、炉心６の近くで生成された中性子を検出するように構成され得る。検出された中性子は、高速中性子、低速中性子、熱中性子またはその任意の組み合わせを含み得る。幾つかの例において、中性子検出装置２５は、格納領域１４によって中性子源から分離されてもよい。中性子源および／または炉心６で生成され、および／または、これらから放射された中性子は、中性子検出装置２５によって検出される前に格納領域１４を通過し得る。図２は、中性子源２５０を含む例示的な炉心構成２００を示している。中性子源２５０は、原子核連鎖反応を開始するために、安定で信頼できる中性子源を提供するように構成された装置を含んでいてもよい。例えば、自発的な核分裂からの中性子束が原子炉を起動する目的において、そうでなければ、不十分であるかもしれない新しい燃料棒を原子炉が含んでいる場合である。起動時または（例えばメンテナンスおよび／または点検のために）シャットダウン後に原子炉を再開する場合に、中性子源２５０は、核燃料に中性子の一定数を供給するように構成されてもよい。
【００３４】
中性子源２５０が生成する中性子束を原子炉モニタリング機器によって検出できるように、中性子源２５０は配置されてもよい。例えば、中性子源２５０は、１つ以上の燃料棒２１０の代わりに、炉心内部に規則的に間隔を置いて、差し込まれてもよい。原子炉がシャットダウンされている場合、原子炉モニタリング機器によって検出され得る信号を誘発するように、中性子源２５０が設定されてもよい。幾つかの例において、未臨界原子炉内の中性子束の均衡水準は、中性子源２５０の強さに依存し得る。原子炉のスタートアップ中等に、原子炉レベルがモニタされることを確実にするために、中性子源２５０は、中性子放射の最低水準を提供するように構成されてもよい。
【００３５】
制御棒および／または燃料棒２１０は、原子炉の推定された電力レベルに、少なくとも部分的に基づいて、原子炉の起動を開始するように構成されてもよい。原子炉起動中に１つ以上の制御棒を燃料棒２１０から取り除いて、炉心を臨界にさせてもよい。幾つかの例において、中性子源２５０から放射される中性子の数から、および／または、中性子源２５０による中性子の放射に応じて生じるかもしれない、炉心６（図１）内の未臨界倍増プロセスの結果として生成される更なる中性子から、少なくとも部分的に、原子炉の電力レベルは推定されてもよい。
【００３６】
図３は、中性子検出装置３２５を含む例示的中性子検出システム３００を示す。幾つかの例において、中性子検出装置３２５は、中性子検出装置２５（図１）と同様に動作するように構成されてもよい。中性子検出装置３２５は、中性子源３５０および／または炉心６から放射されている中性子を検出するように構成され得る。更に、中性子検出装置３２５は、検出された中性子の数に少なくとも部分的に基づき、原子力レベルを計算、測定、概算、推定、および／または、そうでなければ判定するように構成されてもよい。幾つかの例において、中性子検出装置３２５は、格納容器４の外部に置かれてもよく、中性子源３５０は、炉心６に、炉心６近くに、または炉心６内に位置していてもよい。
【００３７】
図１に関して記載されるように、炉心６は、原子炉容器２等の原子炉容器内に位置していてもよい。更に、原子炉容器２は、格納容器４等の格納容器内に位置していてもよい。原子炉容器２と格納容器４との間、例えば格納領域１４に位置するスペースは、１つの媒体および／または複数の媒体で満たされ、もしくは、少なくとも部分的に満たされてもよい。媒体は、空気または窒素等のガス、を含み、あるいは、これらから成っていてもよい。幾つかの例において、媒体は、部分真空または完全真空を有していてもよく、および／または、部分真空または完全真空に維持されていてもよい。更に別の例において、媒体は、水等の、硼酸塩を混ぜてもよい流体を含んでいてもよい。
【００３８】
中性子が通って移動しなければならない特定の媒体および／または複数の媒体に加えて、中性子源３５０と中性子装置３２５との間の距離は、中性子の減衰パス３４０をもたらしてもよい。減衰パス３４０の長さおよび／または中性子パスが通過する１つ以上の媒体の緩和効果に応じて、中性子の幾つかまたは全ては、減衰、吸収、熱運動化および／または散乱されてもよい。従って、原子炉スタートアップ、原子炉シャットダウン、点検、メンテナンスおよび／または燃料補給中等に、中性子源３５０が存在していること、および／または、原子炉モジュール５運転の特定モードに対して期待数の中性子を生成していることを確認するために、中性子装置は、あらゆる中性子を検出することができなくてもよく、または、中性子の十分な数を検出することができなくてもよい。
【００３９】
中性子検出装置によって受け取られる弱信号は、中性子源３５０が正確に運転しているか、および／または、中性子源３５０を交換する必要があるかどうかに関して、いくらかの曖昧性を生じさせ、原子炉モジュール５を起動する決定に影響を及ぼすかもしれない。他方では、原子炉シャットダウン中に反応度が比較的低いと予想される場合、弱信号が、反応度の予期しない増加を隠してしまうかもしれない。反応度が増加したレベルの場合には、冷却材１０へのホウ素の注入等の反応度をコントロールするための手段が取られてもよい。
【００４０】
幾つかの例において、原子炉起動を含む原子炉モジュールの正常運転中に、格納領域１４は、部分真空を含んでいてもよい。部分真空は、原子炉容器２に対して断熱を提供するように構成されてもよく、原子炉容器２と格納容器４の間の伝熱（対流および／伝導）を、実質上その量を減らし、または、実質上除去してもよい。
【００４１】
中性子源３５０からおよび／または炉心６から中性子検出装置３２５までの、中性子の流れに関して、部分または完全真空を有する第１媒体は、水、空気もしくはその他のタイプの液体および／またはガス、または、その任意の組み合わせ等の第２媒体よりも、中性子について、実質的に、より小さな減衰効果を有し得る。従って、中性子検出装置３２５が、中性子源３５０から、および／または（例えば、同じ中性子出力を有する）炉心６から、ガスおよび／または液体を含む媒体によって分離されている場合と比較して、中性子源３５０から、および／または、炉心６から、部分真空によって少なくとも部分的に分離され得る中性子検出装置３２５によって、実質的により多くの中性子が、同じ減衰距離に対して検出され得る。
【００４２】
格納領域１４は、第１媒体３１０を含んでもよい。例えば、格納領域１４は、原子炉起動中に第１媒体３１０を含んでもよい。第１媒体３１０は、ある運転状態において、および／または、例示的システムにおいて完全に格納領域１４を満たしてもよい。他の運転状態において、および／または、例示的システムにおいて、第１媒体３１０は、単に部分的に、格納領域１４を満たしてもよい。幾つかの例において、第１媒体３１０は、部分真空または完全真空を有していてもよい。
【００４３】
原子炉容器２は、蒸気、水、空気、ガス、液体および／または水蒸気を格納領域１４内へ解放するように構成されてもよい。例えば、原子炉容器２内の、過剰加圧インシデントおよび／または高い炉心温度状態中に、フローリミッタ８は格納領域１４内へ冷却材１０を解放するように構成されてもよい。格納領域１４内への冷却材１０等の媒体の解放は、部分真空から大気圧まで、および最終的に上記大気圧までの格納容器４内の運転圧力の増加を引き起こし得る。
【００４４】
第２媒体３２０は、冷却材１０を含んでもよい。幾つかの例において、冷却材１０は、格納領域１４内へ水蒸気として解放されてもよく、格納容器２の内表面上で液体として凝縮されてもよい。更に、格納領域１４は、第２媒体３２０で充満するように構成されていてもよく、対応する冷却材１０のレベルが原子炉容器２内で減少するにつれ、格納容器４内の第２媒体３２０のレベルが上昇してもよい。原子炉容器２から解放されてもよい１つ以上の媒体は、中性子源３５０から、および／または、炉心６から中性子検出装置３２５までの中性子の減衰パス３４０に影響してもよい。例えば、第２媒体３２０は、中性子検出装置３２５によって検出および／または受け取られる中性子数を縮小または減少させてもよい。幾つかの例において、格納容器４は、補給過程中に第２媒体３２０等の媒体で充満してもよい。
【００４５】
中性子源３５０等の中性子源のコストおよび／または複雑さは、中性子源の強さと関係し得る。例えば、比較的多くの中性子を生成する中性子源は、比較的より少数の中性子を生成する中性子源よりコストがかかり得る。原子炉のための中性子源の選択は、１つ以上の運転モード中での予想される減衰パスを考慮に入れてもよい。例えば、運転の特定モードが減衰媒体として水または他のタイプの液体の存在を含んでいる場合、液体を通して送られ、中性子検出装置によって受け取られる中性子数が、運転の特定モードに関連した最小のしきい値必要条件より大きいように、中性子源はサイズ決定および／または選択されてもよい。他方では、空気、その他のタイプのガス、および／または、部分真空等の異なる介在媒体に関連した運転の他のモード中に、幾つかのタイプの中性子源は要求されるよりも多くの中性子を生成してもよい。
【００４６】
第２媒体３２０等の特定媒体の存在に関連した運転モードは、典型的な運転モードでなくてもよい。例えば、原子炉モジュール５の運転寿命を延ばすために、格納領域１４が空気等のガスで満たされてもよい。原子炉モジュール５の全運転寿命のほんの一部において生じる運転モードのための中性子源の選択は、仮にあったとしても、一般的に言えば、必要以上の中性子を生産し、従って、殆どの運転条件下でさもなければ適切である中性子源より多くのコストがかかる中性子源をもたらし得る。
【００４７】
幾つかのタイプの中性子源は、もともと不活発であってもよく、または低レベルの中性子源と見なされてもよく、最初の原子炉起動後に中性子を生成し始めるように構成されていてもよい。幾つかの例において、中性子源３５０は、中性子検出装置３２５から中性子源３５０を分離するガスおよび／または部分真空を含む原子炉モジュールにインストールされ得る、比較的不活発または低レベルの中性子生成中性子源を備えていてもよい。原子炉起動時、例えば、中性子源３５０は、ガスの比較的低い減衰、および／または、減衰パス３４０に関連した部分真空媒体に、少なくとも部分的に起因して、中性子検出装置３２５で所定最小しきい値を越える十分な数の中性子を、しかしながら生成してもよい。
【００４８】
原子炉運転中に、中性子源３５０は、臨界炉心６によって発生する中性子を吸収し、時間とともに、相対的にハイレベルの中性子源へと変化するように構成されてもよい。原子炉起動のために最初に使用された低レベルの中性子源と比較して、変化した、またはハイレベルの中性子源は、次々により多くの中性子を生成し得る。
【００４９】
幾つかの例において、中性子源３５０は、原子炉起動等の第１運転モードに十分な中性子の第１の数を生成するように構成されてもよく、時間とともに第２運転モードに十分な、中性子の第１の数より大きい中性子の第２の数を生成してもよい。幾つかの例において、第２運転モードは、原子炉の全電力運転を含んでもよい。更に、例えば、原子炉がシャットダウンした後に、第２運転モードは、次の原子炉起動を含んでもよい。例えば、次の原子炉起動での中性子源３５０の強さは、中性子源３５０が炉心６に最初に利用及び／またはインストールされたとき等の第１および／または最初の原子炉起動時の中性子源３５０の強さより、大きくてもよい。
【００５０】
中性子の第１の数は、ガスおよび／または部分真空等の第１媒体３１０によって分離されたときに、中性子検出装置３２５で十分に強い信号を生成するのに十分であり得る。中性子の第２の数は、液体等の第２媒体３２０によって中性子源３５０から分離されたときに、中性子検出装置３２５で、十分に強い信号を生成するのに十分であり得る。第２媒体３２０は、第１媒体３１０と比較して、より強い減衰器であってもよく、例えば、より多くの中性子を吸収、熱運動化、および／または、散乱させることが可能であり得る。
【００５１】
幾つかの例において、第１運転モードに関連した減衰パス３４０は、冷却材１０および第１媒体３１０を通る中性子の通路を含んでいてもよい。第２運転モードは、冷却材１０および第２媒体３２０を通る中性子の通路を含んでもよい。更に、減衰パス３４０は、原子炉容器２および格納容器４のそれぞれの壁の１つまたは両方を通る中性子の通路を含んでいてもよい。
【００５２】
中性子検出装置３２５は、炉心６に関連した電力レベルに関する情報を提供するために使用されてもよい。この情報は、中性子検出装置３２５に達する中性子の数のモニタリングにより推定されてもよい。中性子検出装置３２５は、炉心６内の電力レベルを、それがシャットダウンされているときに判定するように構成されてもよい。中性子検出装置３２５への到達に有効な中性子の数は、原子炉が運転のシャットダウンモードである場合と比較して、運転している原子炉内では、より大きな桁数であり得る。
【００５３】
原子炉がシャットダウンされているとき、炉心６内の中性子の未臨界倍増がある。中性子を発生するように設計された１つ以上の中性子源に加えて、炉心６は、他の中性子源を含んでいてもよい。例えば、中性子が生成または「生まれる」時、それは中性子の数（ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ）を増やす。中性子が炉心６から吸収または漏れる毎に、中性子は、炉心６内の中性子数から差し引かれ得る。中性子寿命は、比較的短いが、それは瞬間的ではない。その結果、より多くの中性子が、生まれる時よりも任意の所定時に炉心６内に存在し得る。
【００５４】
原子炉が臨界（即ち、加えられた中性子の数と、所定時に差し引かれた中性子の数が等しい時点）に近くなるほど、中性子の有効平均寿命は長くなる。中性子の有効平均寿命は、中性子と更なる中性子を次々に生成する炉心６内の燃料との相互作用を考慮に入れてよい。原子炉が臨界に近づくほど、中性子は燃料と反応しやすくなる。中性子の有効平均寿命が延びるにつれ、生まれている中性子の数（例えば中性子源）は変化しないが、炉心６内の（例えば、中性子束によって測定されるような）活発な中性子数は、増加し得る。炉内の中性子数の変化は、原子炉が臨界にどれくらい近づいているかに反比例する。幾つかの例において、増倍率は非常に大きくてもよい。中性子束および／または中性子数に少なくとも一部基づいて、システムは、原子炉が臨界にどれくらい近づいているか推測してもよい。
【００５５】
更に、任意の所定時に生きている活発な中性子の数（例えば中性子束）に基づいて、システムは、原子炉が臨界になることが可能になる時または場合をコントロールするために使用されてもよい。幾つかの例において、未臨界倍増プロセスによって生成された中性子束が、中性子検出装置３２５によってモニタされ、最終的に原子炉臨界のコントロールを可能にするほど十分に大きい状態であり得るように、生まれる中性子のレベルを上げるために、１つ以上の中性子源が炉心６内に含まれていてもよい。
【００５６】
幾つかの例において、中性子源から発生した少数の中性子は、中性子検出装置３２５によって直接測定されてもよい。むしろ、中性子源によって生じた中性子は、臨界前分裂の数および／または炉心６内で生じる中性子束に寄与してもよく、それにより炉心６内で発生される後の中性子に寄与する。続いて発生したこれらの中性子は、中性子検出装置３２５によって最終的に測定されてもよい。幾つかの例において、中性子源によって生じた中性子は、炉心６内の未臨界分裂に起因する、続いて発生した中性子の数に基づき、中性子検出装置３２５によって間接的に測定されてもよい。図４は、例示的中性子検出システム４００と例示的中性子パス装置４７５とを示す。中性子パス装置４７５は、第２媒体４２０と比較してより弱い減衰器であり得る減衰パス媒体４３０を含む中性子減衰パス４４０を提供することによって、中性子検出装置４２５で検出され得る中性子の数を増強、増大、倍増、および／または、そうでなければ、増加するように構成され得る。第２媒体４２０は、原子炉容器壁４０２の外部に位置した格納領域４１４内にあってもよい。減衰パス媒体４３０に関連した中性子減衰係数は、第２媒体４２０に関連した中性子減衰係数より小さくてもよい。中性子減衰係数の相対的な大きさおよび／または値は、中性子を分散および／または吸収する特定の媒体の全面的な傾向を決定するために使用されてもよい。
【００５７】
幾つかの例において、第１媒体４１０および第２媒体４２０の一方または両方は、実質的に中性子パス装置４７５を囲んでもよい。第１媒体４１０および／または第２媒体４２０と比較して、減衰パス媒体４３０は、より弱い減衰器であり得る。例えば、減衰パス媒体４３０に関連した中性子減衰係数は、第１媒体４１０および第２媒体４２０の一方または両方に関連した中性子減衰係数より小さくてもよい。
【００５８】
減衰パス媒体４３０は、ガスおよび／または部分真空を有していてもよい。幾つかの例において、中性子パス装置４７５は、完全に真空にさせられるか、略完全な真空を有し得る。他の例において、減衰パス媒体４３０は、ステンレススチール、カーボンスチール、ジルコニウム、ジルカロイ、その他のタイプの固体材料、またはその任意の組み合わせを含み得る。中性子パス装置４７５は、箱、チューブ、パイプ、および／または、中性子源４５０と中性子検出装置４２５との間に位置し得るその他のタイプの容器を備えてもよい。例えば、中性子パス装置４７５は、ステンレススチール、カーボンスチール、ジルコニウム、ジルカロイ、その他のタイプの材料もしくは合成物、またはその任意の組み合わせで構成され、および／または、これらを備えていてもよい。
【００５９】
中性子パス装置４７５は、原子炉容器の外壁および／または格納容器の内壁に隣接して取り付けられ、装着され、または、位置してもよい。例えば、中性子パス装置４７５は、原子炉容器壁４０２と格納容器壁４０４との間に位置し、および／または、原子炉容器壁４０２と格納容器壁４０４との中間にあるように図示されている。幾つかの例において、中性子パス装置４７５は、格納容器壁４０４に溶接されてもよく、ギャップまたはスペースが、中性子パス装置４７５と原子炉容器壁４０２との間に維持されてもよい。ギャップは、原子炉の運転中、中性子パス装置４７５、原子炉容器壁４０２、および／または、格納容器壁４０４の熱膨張を許容するように構成されてもよい。
【００６０】
中性子パス装置４７５は、実質上格納領域４１４内に位置してもよい。幾つかの例において、中性子パス装置４７５は完全に、格納領域４１４、中間原子炉容器壁４０２、および、格納容器壁４０４内に位置してもよい。中性子減衰パス４４０は、中性子源４５０からの、および、中性子検出装置４２５によって検出される前に原子炉容器壁４０２および格納容器壁４０４の一方または両方を通る、中性子の通路を有していてもよい。更に、中性子減衰パス４４０は、原子炉容器壁４０２内にある冷却材１０を通る中性子の通路を有していてもよい。
【００６１】
幾つかの例において、中性子パス装置４７５は、中性子源４５０と中性子検出装置４２５との間に、より多くのダイレクトパスを提供するために、原子炉容器壁４０２および格納容器壁４０４の一方または両方を貫通するように構成されていてもよい。容器壁４０２，４０４の一方または両方内へ、および／または、容器壁４０２，４０４の一方または両方を通って貫通することにより、容器壁４０２，４０４の減衰効果が低減および／または消去されてもよい。従って、中性子源４５０からより多くの中性子が放射されることが許され、中性子検出装置４２５に到達および／または検出される。他の例においては、容器貫通数を減らし、そして潜在的漏出個所を回避するため、および／または、容器の構造的統合性に影響し得る更なる設計パラメータを導入するために、中性子パス装置４７５は、原子炉容器壁４０２および格納容器壁４０４の一方または両方を通って、および／または、その内へ、貫通しない。
【００６２】
運転の第１モード中、格納領域４１４は、実質的に均一な媒体を含んでいてもよい。例えば、原子炉モジュールの正常運転中に、媒体は、部分真空で維持された空気または他種のガスを含んでもよい。幾つかの例において、格納領域４１４内に初期に含まれる媒体は、中性子パス装置４７５に含まれる減衰パス媒体４３０と実質的に同様の中性子減衰特性を有していてもよい。例えば、減衰パス媒体４３０は、第１媒体４１０を含んでいてもよく、および／または、第１媒体４１０は、減衰パス媒体４３０を含んでいてもよい。中性子源４５０から放射される中性子は、従って、格納領域４１４内に初期に含まれる均一な媒体を通って増殖される他の中性子と同様の方法で、中性子パス装置４７５を通って増殖されてもよい。
【００６３】
第２の運転モード中に、格納領域４１４は、第１媒体４１０に加えて、または第１媒体４１０の代わりに、第２媒体４２０を含んでいてもよい。例えば、過剰加圧または高温インシデント等の運転緊急モード中に、原子炉容器は、格納領域４１４内に蒸気、水蒸気および／または水を解放するように構成されてもよい。幾つかの例において、第２媒体４２０は、原子炉容器に含まれる冷却材１０と実質的に同様の中性子減衰特性を備え、および／または、含んでいてもよい。
【００６４】
格納領域４１４の圧力は、解放された水蒸気、ガス、液体、蒸気および／または冷却材によって上昇し、格納領域４１４で大気圧条件より大きく上昇してもよい。幾つかの例において、水蒸気の凝結および／または原子炉容器によって解放される液体は、格納領域４１４内の水位を上昇させてもよい。第２媒体４２０は、第２運転モード中に、実質的に中性子パス装置４７５、または、少なくとも中性子パス装置４７５の側面の周りを囲んでいてもよい。
【００６５】
中性子パス装置４７５は、密閉されてもよい。例えば、中性子パス装置４７５は、中性子減衰パス４４０の少なくとも一部を、部分および／または完全真空に維持するために密閉されてもよい。第１と第２運転条件の一方または両方下において、中性子パス装置４７５は、第１媒体４１０および／または第２媒体４２０が中性子パス装置４７５に入ることを許容しないように密閉されたままでもよい。同様に、第１および第２運転条件の一方または両方下において、中性子パス装置４７５からの減衰パス媒体４３０の解放を禁止し、および／または、中性子パス装置４７５内の部分的および／または完全な真空を維持するように、中性子パス装置４７５は構成されてもよい。
【００６６】
ほぼ一貫した中性子減衰特性を備えた中性子減衰パス４４０を原子炉運転の多数のモード下で維持することによって、中性子源４５０および／または中性子パス装置４７５は、稼動状態に関わらず、および／または、格納領域４１４内の周囲媒体に関わらず、実質的に連続した、信頼できる、および／または、一様なレベルの中性子束を中性子検出装置４２５へ供給するように構成され得る。従って、中性子減衰パス４４０を通って中性子検出装置４２５により検出され得る中性子の十分な数を提供するために、中性子源４５０は、選択されおよび／または、サイズ決定されてもよい。
【００６７】
中性子減衰の量を最小限にする中性子減衰パス４４０のための媒体および／または真空状態を利用することによって、より小さい、および／または、より費用のかからない中性子源が選択され得る。例えば、比較的低いパワーの中性子源が、原子炉の任意の運転状態の下で中性子検出装置４２５によって検出され得る十分な数の中性子を発生し続けてもよい。更に、比較的低パワーの中性子源として中性子源４５０を選択し、および／または、サイズ決定することにより、多くの原子炉モジュールを備えるモジュール式原子炉設計等において、隣接した原子炉モジュールとそれぞれの核検出装置の間の中性子クロストークは最小限にされ、および／または、取り除かれ得る。その結果、各中性子検出装置で中性子束がより正確に測定され得る。
【００６８】
図５は、例示的中性子検出システム５００および例示的中性子パス装置５７５を示す。格納領域５１４に関連した媒体５２０と比較して弱い減衰器であり得る減衰パス媒体５３０を備える中性子減衰パス５４０を提供することによって、中性子パス装置５７５は、中性子検出装置５２５で検出される中性子の数を増強、増大、倍増、および／またはそうでなければ、増加させるように構成されてもよい。幾つかの例において、媒体５２０は、実質的に中性子パス装置５７５を囲んでいてもよい。減衰パス媒体５３０は、媒体５２０と比較して弱い減衰器でもよい。
【００６９】
減衰パス媒体５３０は、減衰パス媒体４３０（図４）で説明されたのと同様のガス、液体および／または、固体材料を備えていてもよい。幾つかの例において、中性子パス装置５７５は、部分的に、または完全に真空にされてもよく、中性子パス装置４７５で説明されたような１つ以上の材料を備えていてもよい。
【００７０】
中性子源５５０と中性子検出装置５２５との間により多くのダイレクトパスを提供するために、原子炉容器壁５０２および格納容器壁５０４の一方または両方を貫通するように中性子パス装置５７５が示されている。格納容器壁５０２、５０４の一方または両方内へ貫通することによって、および／または、これを通って貫通することによって、原子炉容器壁５０２および／または格納容器壁５０４の減衰効果は、低減および／または除去されてもよく、従って中性子源５５０から放射されるより多くの中性子が中性子検出装置５２５に到達し、および／または、中性子検出装置５２５によって検知されることが可能になる。
【００７１】
格納領域５１４は、１つ以上の運転モード時に媒体５２０を含んでいてもよい。幾つかの例において、媒体５２０は、実質的に中性子パス装置５７５を、または、少なくとも中性子パス装置５７５の側面の周りを囲んでいてもよい。媒体５２０が中性子パス装置５７５に入ることが許容されないように、また、減衰パス媒体５３０が中性子パス装置５７５から出ることが許容されないように、中性子パス装置５７５は構成されてもよい。従って、中性子減衰パス５４０を通って中性子検出装置５２５によって検出され得る十分な数の中性子を提供するために、中性子源５５０は選択され、および／または、サイズ決定されてもよい。他方では、中性子が媒体５２０を通って検出されないように、中性子源５５０は選択され、および／または、サイズ決定されてもよい。
【００７２】
幾つかの例において、中性子パス装置５７５は、原子炉容器壁５０２を通り、および、原子炉内に含まれている冷却材１０内へ突出していてもよい。冷却材１０と比較して、減衰パス媒体５３０は、弱い減衰器であり得る。中性子減衰パス５４０は、中性子源５５０と中性子検出装置５２５の間で、部分的にまたは完全に広がっていてもよい。同様に、中性子減衰パス５４０は、中性子パス装置５７５内に、部分的に、または完全に含まれていてもよい。
【００７３】
幾つかの例において、中性子源５５０によって発生および／または放射され、中性子減衰パス５４０を介して中性子検出装置５２５によって受け取られる中性子減衰は、中性子パス装置５７５および／または減衰パス媒体５３０によって完全に、または実質的に完全に減衰されてもよい。更に、中性子パス装置５７５、中性子検出装置５２５および／または中性子源５５０は、単一に、または物理的に統合された中性子検出装置として、製造され、および／または一緒に組み立てられてもよい。
【００７４】
原子炉容器壁５０２と格納容器壁５０４との間の距離は、数メートルでもよい。同様に、中性子パス装置５７５の長さは、数メートルでもよい。幾つかの例において、中性子パス装置５７５および／または中性子減衰パス５４０は、長さ１〜４メートルでもよい。中性子パス装置５７５の幅および／または直径は、数センチメートル、例えば、約５〜２５センチメートルの間であってもよい。より短い、または、より長い長さ、および／または、幅が、ここでは考えられる。
【００７５】
中性子パス装置５７５の全体積は、変化してよく、および／または、格納領域５１４内の媒体５２０の変位に対する影響を有してよく、および／または、原子炉冷却システムおよび／または非常用炉心冷却システムの冷却速度を下げてもよく、または、上げてもよい。
【００７６】
中性子パス装置５７５は、原子炉冷却システムおよび／または非常用炉心冷却システムに関連した空間の体積を変位（ｄｉｓｐｌａｃｅ）させるように構成されてもよい。中性子パス装置５７５および空間の関連する変位した体積は、さもなければ冷却システムの適切な機能性を達成するために要求され得る水および／または冷却材在庫の量を減らし得る。幾つかの例において、低減された量の冷却材在庫は、同様に炉心の上の水／冷却材レベルを維持するために要求される水および／または冷却材の量を減らし得る。低減された量の冷却材在庫は、原子炉容器内の自然循環冷却ループを生むために要求される、水および／または冷却材の量を減らし得る。更に、空間の変位した体積は、冷却システムに関連した静水頭を増加させ得る。
【００７７】
幾つかの例において、中性子パス装置５７５は、少なくとも一部が中性子パス装置５７５の構成に基づいた冷却システムに関連した冷却割合を増加させるように構成されてもよい。例えば、中性子パス装置５７５の構成は、新材料、および／または伝熱が生じる位置内へのジオメトリの導入を含んでいてもよい。中性子パス装置５７５の構成は、冷却システムの運転中、または冷却システムの運転後に、冷却速度を調節する（例えば、増加または減少させる）ために、全体の熱伝導および／または表面積を増加し得る。
【００７８】
図６は、例示的な中性子検出システム６００および例示的な中性子パス装置６７５の上面図を示す。中性子パス装置６７５は、中性子源６５０と中性子検出装置６２５との間に中性子減衰パス６４０を提供するように構成されてもよい。幾つかの例において、中性子パス装置６７５は、原子炉容器６０２および格納容器６０４の中間に配置された格納領域６１４を通って、拡大した中性子パスを提供するように構成されてもよい。
【００７９】
中性子減衰パス６４０は、中性子源６５０に近接および／または面する拡大された第１端と、中性子検出装置６２５に近接、および／または面する狭められた第２端を含んでいてもよい。例えば、中性子減衰パス６４０および／または中性子パス装置６７５の第２端の幅は、中性子検出装置６２５の幅とほぼ等しくてもよい。幾つかの例において、中性子パス装置６７５および／または中性子減衰パス６４０の少なくとも一部は、先細り形、台形、漏斗形、ピラミッド形、円錐形、またはその組み合わせであってよい。拡大した中性子パスは、中性子源６５０から発生および／または放射される多くの量の中性子を、より効率的に捕え、検出および／または送るように構成され得る。
【００８０】
ここに説明される中性子検出装置の１つ以上は、センサ、線量計、ゲージ、インジケータ、レシーバ、トランスミッタ、または他のタイプの検出装置、またはその任意の組み合わせを含んでいてもよい。更に、１つ以上の中性子検出装置は、処理装置６６０等の１つ以上の処理装置および／または他のタイプの原子炉機器を含み、処理装置６６０等の１つ以上の処理装置および／または他のタイプの原子炉機器に接続され、および／または、処理装置６６０等の１つ以上の処理装置および／または他のタイプの原子炉機器と通信するように構成されてもよい。
【００８１】
幾つかの例において、中性子パス装置６７５等の多数中性子パス装置、および、中性子検出装置６２５等の対応する中性子検出装置は、中性子検出システム６００等の中性子検出システム内に位置合わせおよび／または位置決めされていてもよい。例えば２つ、３つまたは４つの中性子パス装置および／または中性子検出装置は、原子炉容器６０２の周りに約１８０度間隔、１２０度間隔または９０度間隔でそれぞれ位置していてもよい。
【００８２】
中性子パス装置６７５は、原子炉容器６０２および／または格納容器６０４を組み立てるための収容支持構造物、支柱、および／またはアラインメント装置を含み、および／または、原子炉容器６０２および／または格納容器６０４を組み立てるための収容支持構造物、支柱、および／またはアラインメント装置と一体化されていてもよい。例えば、中性子パス装置６７５は、中性子減衰パス６４０を提供すると共に、構造上、格納容器６０４内の原子炉容器６０２を接続および／または支持するために形成されていてもよい。幾つかの例では、構造物の１つのみが中性子減衰パス６４０を提供するために使用されてもよいが、中性子パス装置６７５として同様に形成された２つ以上の構造物が原子炉容器６０２を支持するために使用されていてもよい。
【００８３】
図７は、例示的な中性子パス装置７００を示す。幾つかの例において、中性子パス装置７００は、前述された中性子パス装置の１つ以上同様に位置付け、取り付け、装着および／または利用されてもよい。中性子パス装置７００は、第１コンパートメント７１０、第２コンパートメント７２０、および第３コンパートメント７３０等の一連のセグメント化されたコンパートメントを含んでいてもよい。幾つかの例において、第１コンパートメント７１０および第３コンパートメント７３０の一方または両方は、第１媒体７１５を備え、または第１媒体７１５を含むように構成されていてもよい。第２コンパートメント７２０は、第２媒体７２５を備え、または第２媒体７２５を含むように構成されてもよい。第２コンパートメント７２０は、第１コンパートメント７１０および第３コンパートメント７３０に隣接、および／または、第１コンパートメント７１０および第３コンパートメント７３０の中間に位置してもよい。
【００８４】
幾つかの例において、第１媒体７１５はガスを含んでいてもよい。更に、第１媒体７１５および／または第１コンパートメント７１０は、部分真空または完全真空で維持されてもよい。第２媒体７２５は、固体材料を含んでいてもよい。幾つかの例において、第１媒体７１５および／または第２媒体７２５は、液体を含んでいてもよい。第１媒体７１５に関連した減衰係数は、第２媒体７２５に関連した減衰係数未満であってもよい。中性子パス装置７００は、コンパートメント７１０、７２０、７３０の全てを通る中性子パス７４０を提供するように構成されてもよい。同様に、中性子パス７４０は、第１媒体７１５および第２媒体７２５の両方を含みまたは通過してもよい。
【００８５】
中性子パス装置７００は、中性子源に面し、および／または、中性子源からの中性子を受け取るように構成される第１端７５１を含んでいてもよい。更に、中性子パス装置７００は、中性子検出装置に面し、および／または、中性子検出装置へ中性子を送るように構成される第２端７５２を含んでいてもよい。
【００８６】
第１コンパートメント７１０は、第１コンパートメント７１０からの第１媒体７１５の解放を禁止するために密閉されてもよい。同様に、第３コンパートメント７３０は、第３コンパートメント７３０からの第１媒体７１５の解放を禁止するために密閉されてもよい。幾つかの例において、第１コンパートメント７１０および第３コンパートメント７３０の一方または両方は、互いに独立した部分真空および／または完全真空を維持するために別々に密閉されてもよい。
【００８７】
１つ以上のコンパートメントが故障した場合には、例えば、第１コンパートメント７１０に破損または障害が生じる場合には、第１媒体７１５の幾つかまたは全ては、中性子パス装置７００から脱してもよい。同様に、１つ以上の周囲媒体が第１コンパートメント７１０に入ることを許されてもよい。第３コンパートメント７３０等の追加の密封コンパートメントを含むことによって、中性子パス７４０の少なくとも一部は、１つ以上コンパートメントが故障した場合にも、第１媒体７１５を通過し続けてもよい。１つ以上のセンサ７５０および／またはアラームが、１つ以上のコンパートメントの故障および／または破損をモニタするように構成されてもよい。
【００８８】
中性子源は、例えば、中性子パス装置７００の１つ以上のコンパートメントが故障または破損した場合に、中性子検出器によって検出および／または受け取られるのに十分な数の中性子を提供するように構成されるようにサイズ決定され、および／または選択されてもよい。特定媒体に関連した「ｎ」コンパートメントが存在し、「ｍ」コンパートメントが危険にさらされる可能性があると仮定すると、中性子源は、システムが設計されている故障の冗長および／または可能性のレベルに応じて、十分な数の中性子が１つおよび／または複数の特定媒体に関連したｎ−１、ｎ−２、ｎ−３…あるいはｎ−ｍコンパートメントに対して検出され、および／または受け取られるように選択されてもよい。
【００８９】
第２コンパートメント７２０は、第１コンパートメント７１０と第３コンパートメント７３０との間に支え壁を含んでもよい。例えば、第１コンパートメント７１０および第３コンパートメント７３０は、支え壁によって分離されたコンパートメントに隣接していてもよい。支え壁は、コンパートメントの１つが、万が一、故障または破損した場合に防壁を提供するように構成されていてもよい。幾つかの例において、中性子パス装置７００は、中間の支え壁によって分離された、一連のセグメントに分けられたコンパートメントを含んでいてもよい。セグメントに分けられたコンパートメントの各々は、１つ以上の中間の支え壁によって別々に密閉されていてもよい。幾つかの例において、中性子パス装置７００および／または１つ以上の中間の支え壁は、ステンレススチール、カーボンスチール、ジルコニウム、ジルカロイ、その他のタイプの材料または合成物、またはその任意の組み合わせを含み、および／または、ステンレススチール、カーボンスチール、ジルコニウム、ジルカロイ、その他のタイプの材料または合成物、またはその任意の組み合わせから作られていてもよい。
【００９０】
図８は、例示的中性子検出システム８００および例示的中性子パス装置８７５を示す。原子炉容器および／または格納容器内に含まれている媒体８２０と比較してより弱い減衰器であり得る減衰パス媒体８３０を含む中性子減衰パス８４０を提供することによって、中性子装置８７５は、中性子検出器８２５で検出される中性子の数を、増強、増大、倍増、および／または、そうでなければ、増加するように構成され得る。中性子検出器８２５は、原子炉容器壁８０２および格納容器壁８０４の中間に形成された格納領域８１４と共に位置してもよい。幾つかの例において、媒体８２０は、実質的に中性子パス装置８７５を囲んでいてもよい。媒体８２０と比較して、減衰パス媒体８３０は弱い減衰器でもよい。
【００９１】
減衰パス媒体８３０は、減衰パス媒体４３０（図４）で説明されたものと同様な、ガス、液体、および／または固体材料を含んでいてもよい。幾つかの例において、中性子パス装置８７５は、部分的にあるいは完全に真空になってもよく、中性子パス装置４７５で説明されたような１つ以上の材料を含んでいてもよい。
【００９２】
中性子パス装置８７５は、原子炉容器壁８０２に取り付けられてもよい。幾つかの例において、中性子パス装置８７５は、中性子源８５０と中性子検出器８２５との間により多くのダイレクトパスを提供するために、原子炉容器壁８０２内に、または、原子炉容器壁８０２を通って貫通するように構成されていてもよい。原子炉容器壁８０２内に、および／または、原子炉容器壁８０２を通って貫通することで、原子炉容器壁８０２の減衰効果が低減または除去されてもよく、従って、中性子源８５０から放射されているより多くの中性子が中性子検出器８２５に到着することが可能になる。
【００９３】
幾つかの例において、媒体８２０は、実質的に中性子装置８７５を、または少なくとも中性子パス装置８７５の周りを囲んでいてもよい。中性子パス装置８７５は、媒体８２０が中性子パス装置８７５に入ることを許容されないように、および、減衰パス媒体８３０が中性子パス装置８７５から出ることを許容されないように構成されてもよい。従って、中性子減衰パス８４０を通って中性子検出器８２５によって検出され得る十分な数の中性子を提供するために、中性子源８５０は、選択および／またはサイズ決定されてもよい。
【００９４】
中性子減衰パス８４０は、中性子源８５０と中性子検出装置８２５との間に延びていてもよい。例えば、中性子減衰パス８４０は、中性子パス装置８７５内に部分的にまたは完全に含まれていてもよい。幾つかの例において、中性子源８５０によって生成および／または放射され、および中性子減衰パス８４０を介して中性子検出装置８２５によって受け取られる中性子の減衰は、中性子パス装置８７５によって、および／または、減衰パス媒体８３０によって、完全にまたは略完全に減衰されてもよい。
【００９５】
第２の中性子検出装置８４５は、格納容器壁８０４の外表面に取り付けおよび／または位置していてもよい。第２の中性子検出装置８４５は、中性子検出装置８２５に加えて、または中性子検出装置８２５の代わりに設けられてもよい。幾つかの例において、第２の中性子検出装置８４５は、中性子検出装置８２５に対して中性子の冗長測定を提供するように構成されていてもよい。幾つかの例において、中性子検出装置８２５は、第１運転モード中に中性子を検出するように構成されていてもよく、第２の中性子検出装置８４５は、第２運転モード中に中性子を検出するように構成されていてもよい。第１運転モードと比較して、第２運転モードは、中性子源８５０からのより高い中性子束に関連していてもよい。第２の中性子検出装置８４５に関連した中性子減衰パスは、減衰パス８４０より長くてもよい。
【００９６】
幾つかの例においては、中性子源４５０（図４）、中性子源５５０（図５）、中性子源６５０（図６）、中性子源８５０（図８）の幾つかまたは全て、および／または本明細書中で言及されたその他の「中性子源」は、図３で示されるように炉心内に、または隣接して位置した１つ以上の専用中性子源を含んでいてもよい。他の例において、中性子源は、炉心自体を含んでいてもよい。更に、ある運転モードにおいては、炉心は、中性子源の存在および／または中性子出力に関係なく中性子検出装置によって測定される十分な数の中性子を発生するように構成され得る。中性子源は異なる運転モード中に移行してもよい。例えば、（シャットダウンされた原子炉等の）第１運転モードでは、主要な中性子源は、１つ以上の専用中性子源でもよく、また、（全出力オペレーション等の）第２運転モードでは、主要な中性子源は炉心でもよい。更に、中性子源は、１つ以上の専用中性子源と炉心との組み合わせを含んでいてもよい。
【００９７】
図９は、中性子源を検出する例示的過程１０００を示す。オペレーション１０１０では、中性子源は、中性子を発生し、発散しおよび／または送るように構成されていてもよい。幾つかの例において、中性子源は、原子炉起動運転中に中性子を発生するように構成されていてもよい。中性子源は、原子炉容器内に位置していてもよい。
【００９８】
オペレーション１０２０では、中性子源に関連した中性子は、少なくとも部分的に、中性子パス装置内に位置した中性子パスに沿って移動してもよい。中性子パス装置は、中性子源と中性子検出装置との間で中性子パスを提供するように構成されていてもよい。中性子パス装置は、第１媒体を備え、および／または、含んでいてもよい。
【００９９】
幾つかの例において、中性子パス装置に関連した第１媒体は、原子炉容器と周囲格納容器との間の中性子パスを提供するように構成されていてもよい。第１媒体を通る中性子パスは、第２媒体を通る中性子パスと比較して、中性子のより少ない減衰を提供するように構成されていてもよい。
【０１００】
オペレーション１０３０では、中性子源から発生し、発散しおよび／または送られた多くの中性子は、中性子検出装置によって受け取られ、測定され、検出され、および／または、感知されてもよい。
【０１０１】
オペレーション１０４０では、検出された中性子の数は、閾値と比較されてもよい。幾つかの例において、中性子検出装置は、検出された中性子の数を閾値と比較するように構成されていてもよい。他の例において、検出された中性子の数は、検出された中性子の数を閾値と比較するように構成された処理装置に、中性子検出装置から通信および／または送信されてもよい。更に、処理装置は、例えば、以前に測定および／または検出された中性子の数と比較して、検出された中性子の増加および／または減少率を比較するように構成されていてもよい。
【０１０２】
オペレーション１０５０で、中性子検出装置および／または処理装置は、検出された中性子の数に少なくとも一部基づいて、原子炉の電力レベルを推測するように構成されていてもよい。
【０１０３】
オペレーション１０６０で、中性子検出装置および／または処理装置は、推測された電力に少なくとも一部基づいて、および／または、検出された中性子の数に基づいて、指示を発生および／または送信するように構成されていてもよい。例えば、指示は、原子炉の起動、原子炉の継続的運転、原子炉のシャットダウン、その他の原子炉運転、またはその任意の組み合わせに関連していてもよい。
【０１０４】
オペレーション１０７０で、中性子の数が閾値以上であると判定された場合、指示は原子炉の起動を開始および／または進行させるための指示を含んでいてもよい。起動は、原子炉燃料アセンブリから１つ以上の制御棒を引き出すこと、および／または、例えば、ホウ素の濃度を調節すること等によって、１次冷却材の水の化学的性質を変更することを含んでいてもよい。幾つかの例において、指示は、原子炉の継続運転のための指示を含んでいてもよい。
【０１０５】
オペレーション１０８０で、中性子の数が閾値以上またはそうでないと判定された場合、指示は、原子炉の起動を終了および／または中止するための指示を含んでいてもよい。オペレーション１０８０は、更なる発生、送り、検出、および／または、原子炉の全出力運転モード中等の原子炉起動後に生じる推測運転、の後に生じてもよい。幾つかの例において、指示は、シャットダウン、および／または、原子炉の運転を中止するための指示を含んでいてもよい。
【０１０６】
ここに提供された例示は、加圧水型原子炉および／または軽水炉について主として説明しているが、例示は説明されたような、または、幾らかの明瞭な変更をしたその他のタイプのパワーシステムに応用されてもよいことは、当業者にとっては明白である。例えば、例示あるいはそのバリエーション（変形）は、沸騰水型原子炉、ナトリウム液体金属炉、ガス冷却炉、ペブルベッド原子炉、および／または、その他のタイプの原子炉設計でも運転可能にさせてもよい。ここに使用され、且つ、後のセクションでより非常に詳細に説明されるように、他の例示は、様々な原子炉テクノロジを含んでいてもよい。従って、幾つかの例示は、ウラニウム酸化物、ウラニウム水素化物、ウラニウム窒化物、炭化ウラン、混合酸化物、および／または、他のタイプの放射性燃料を使用する原子炉を含んでいてもよい。
【０１０７】
例示は、メカニズムを冷やす任意の特定タイプの原子炉や、核反応内の熱または核反応に関連した熱を生成するために使用される任意の特定タイプの燃料にも制限されていないことは、注目されるべきである。ここに記載された如何なる割合および値も例示的な方法でのみ提供されている。他の割合および値が、原子炉システムの原寸モデルまたは縮尺化されたモデルの構築による等の実験によって決定されてもよい。
【０１０８】
ここに様々な例を説明し図示してきたが、その他の例示が配置や詳細に関して変更されてもよいことは明らかである。我々は、次の特許請求の範囲の精神および範囲の範疇に入る全ての変更および変形を権利主張する。
【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９】
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