(57)【要約】【課題】原子炉等が発生する中性子束の全レンジをカバーするソリッドステート中性子センサーアレイを提供する。【解決手段】検出器は各々が異なる感度を有する少なくとも２つのセンサーアレイより成る。単一の電子装置列が、所定のカウントレートを検出するとこれらアレイの間の切り換えを行って、検出器の感度を自動的に変化させる。感度は、半導体表面の活性領域へ荷電粒子を放出する転換層の厚さまたは構成を変化させることにより変化させる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子源からの中性子の放出を測定するシステムであって、
各々が中性子源からの中性子の放出に応答して転換層から発生される荷電粒子に応答して電子出力信号を発生する半導体活性領域を有するセンサーの少なくとも１つのアレイより成る、中性子源から放出される中性子を受けるように配置された少なくとも１つの検出器と、
各アレイの電子出力信号を処理して中性子源の出力を示す出力を与えるために各検出器に設けた単一の電子装置列と、
電子出力信号のパルスカウントレートが所定の値を超えるかそれより低くなると少なくとも１つの検出器の中性子放出に対する感度を自動的に変化させる手段とより成る中性子放出測定システム。
【請求項２】
電子出力信号はパルス信号であり、各アレイの各センサーからの電子出力信号はそのアレイの他のセンサーの電子出力信号と加算させる請求項１のシステム。
【請求項３】
少なくとも１つの検出器はセンサーの異なる感度を有する少なくとも２つのアレイより成り、中性子放出に対する検出器の感度を自動的に変化させる手段は、電子出力信号のパルスカウントレートが所定の値を超えるかまたはそれより低くなるとセンサーの少なくとも２つのアレイのうちの異なるアレイに接続されるように電子装置列を自動的に切り換える請求項１のシステム。
【請求項４】
単一の電子装置列は、電子出力信号のパルスカウントレートが第１の所定の値を超えると高感度アレイから低感度アレイへの切り換えを自動的に行ない、電子出力信号のパルスカウントレートが第２の所定の値より低くなると低感度アレイから高感度アレイへの切り換えを自動的に行なう請求項３のシステム。
【請求項５】
パルスカウントレートの第１の所定の値は、電子装置列が電子出力信号のパルスをもはや高い信頼度でカウントし処理できない電子装置列の飽和値より低い請求項４のシステム。
【請求項６】
少なくとも１つの検出器は、中性子放出に対するセンサーの感度を変化させるセンサーのアレイ上の転換層の構成を変化させる手段を有し、アレイの感度を自動的に変化させる手段は転換層の構成を変化させる手段を作動させる請求項１のシステム。
【請求項７】
転換層の構成を変化させる手段は、転換層の材料構成を変化させる請求項６のシステム。
【請求項８】
転換層の構成を変化させる手段は、転換層の深さを変化させる請求項６のシステム。
【請求項９】
転換層の構成を変化させる手段は回転可能に支持されたシリンダーを有し、このシリンダーは周面に実質的に同じ軸方向高さで離隔関係の少なくとも２つの転換層を有し、検出器のうちの少なくとも一方はシリンダーの内部において実質的に同じ軸方向高さに位置し、対応するセンサーの半導体活性領域は中性子放出に対して異なる感度を有する少なくとも２つの転換層からシリンダーの周面上で対向離隔関係に配置され、半導体活性領域は少なくとも２つの転換層の一方または他方と整列関係にあり、センサーの感度はシリンダーを回転させてセンサーの半導体活性領域が少なくとも２つの転換層のうち他方の層と整列するようにする手段により変化される請求項６のシステム。
【請求項１０】
中性子源と半導体活性領域との間に配置されると、荷電粒子が半導体活性領域を照射するのを実質的に阻止する、少なくとも２つの転換層からほぼ同一の軸方向の高さにおいて円周方向に離隔されたシャッター層を有する請求項９のシステム。
【請求項１１】
各アレイのセンサーの電子出力信号はそれぞれ対応する電子装置列に並列に結合され、アレイの感度を自動的に変化させる手段は電子出力信号が電子装置列により処理されるセンサーの数を変化させる請求項１のシステム。
【請求項１２】
各検出器の単一の電子装置列は各アレイの電子出力信号を選択的に処理し、少なくとも１つの検出器は、シャッター機構と、このシャッター機構を作動させる手段とを有し、シャッター機構作動手段は、作動されると、検出器のセンサーの実質的に全ての半導体活性領域を荷電粒子が照射するのを阻止するため、検出器の出力信号は電子装置列により処理されず、その間電子装置列は検出器の他のセンサーの出力信号を処理する請求項１のシステム。
【請求項１３】
シャッター機構を有する少なくとも１つの検出器は中性子放出に対する感度が異なる少なくとも２つのセンサーアレイを有し、電子装置列は少なくとも２つのセンサーアレイのうちの一方の電子出力信号を処理するが、もう一方のセンサーアレイの出力は処理せず、その間少なくとも２つのセンサーアレイの一方の電子出力信号が処理されるようにする手段を有し、シャッター機構を作動させる手段は電子装置列が少なくとも２つのセンサーアレイのうちの他方からの電子出力を処理する間にその電子装置列により処理されない電子出力信号を発生するアレイと該アレイに関連のシャッター機構を作動する請求項１２のシステム。
【請求項１４】
原子炉炉心の軸に沿った出力を原子炉圧力容器の外側から測定する炉外検出器システムであって、
圧力容器の外側の、炉心に沿う連続する軸方向位置にそれぞれ配置され、炉心内で放出される中性子を受ける複数の検出器であって、各々が炉心から放出される中性子に応答して転換層から発生される荷電粒子に応答して電子出力信号を発生させるセンサーの少なくとも１つのアレイより成る複数の検出器と、
アレイの電子出力信号を処理して炉心出力を示す出力を発生させる単一の電子装置列と、
電子出力信号のパルスカウントレートが所定の値を超えるかそれより低くなると少なくとも１つの検出器の中性子放出に対する感度を自動的に変化させる手段とより成る炉外検出器システム。
【請求項１５】
各検出器は、主として、検出器の軸方向位置における半径方向平面において炉心出力を測定する請求項１４の炉外検出器システム。
【請求項１６】
検出器は原子炉の全通常出力動作レンジにわたる出力変化に対して線形応答を与える請求項１４の炉外検出器システム。
【請求項１７】
少なくとも１つの検出器はセンサーの異なる感度を有する少なくとも２つのアレイより成り、中性子放出に対する検出器の感度を自動的に変化させる手段は、電子出力信号のパルスカウントレートが所定の値を超えるかまたはそれより低くなると電子装置列を自動的に切り換えて異なるアレイに接続する請求項１４の炉外検出器システム。
【請求項１８】
単一の電子装置列は、電子出力信号のパルスカウントレートが第１の所定の値を超えると高感度アレイから低感度アレイへの切り換えを自動的に行ない、電子出力信号のパルスカウントレートが第２の所定の値より低くなると低感度アレイから高感度アレイへの切り換えを自動的に行なう請求項１７の炉外検出器システム。
【請求項１９】
パルスカウントレートの第１の所定の値は、電子装置列が電子出力信号のパルスをもはや高い信頼度でカウントし処理できない電子装置列の飽和値より低い請求項１８の炉外検出器システム。
【請求項２０】
検出器の少なくとも１つは少なくとも３つのセンサーアレイより成る請求項１４の炉外検出器システム。
【請求項２１】
検出器は軸方向に沿って離隔関係に配置される請求項１４の炉外検出器システム。
【請求項２２】
少なくとも１つの検出器は、中性子放出に対するセンサーの感度を変化させるセンサーのアレイ上の転換層の構成を変化させる手段を有し、アレイの感度を自動的に変化させる手段は転換層の構成を変化させる手段を作動させる請求項１４の炉外検出器システム。
【請求項２３】
転換層の構成を変化させる手段は、転換層の材料構成を変化させる請求項２２の炉外検出器システム。
【請求項２４】
転換層の構成を変化させる手段は、転換層の深さを変化させる請求項２２の炉外検出器システム。
【請求項２５】
転換層の構成を変化させる手段は回転可能に支持されたシリンダーを有し、このシリンダーは周面に実質的に同じ軸方向高さで離隔関係の少なくとも２つの転換層を有し、検出器のうちの少なくとも一方はシリンダーの内部において実質的に同じ軸方向高さに位置し、対応するセンサーの半導体活性領域は中性子放出に対して異なる感度を有する少なくとも２つの転換層からシリンダーの周面上で対向離隔関係に配置され、半導体活性領域は少なくとも２つの転換層の一方または他方と整列関係にあり、センサーの感度はシリンダーを回転させてセンサーの半導体活性領域が少なくとも２つの転換層のうち他方の層と整列するようにする手段により変化される請求項２２の炉外検出器システム。
【請求項２６】
少なくとも２つの転換層はそれぞれ異なる厚さを有する請求項１５の炉外検出器システム。
【請求項２７】
少なくとも２つの転換層は、中性子放出に対し異なる感度を有する異なる材料により形成されている請求項２５の炉外検出器システム。
【請求項２８】
シリンダーの周面には少なくとも３つの転換層が離隔関係に配置されている請求項２５の炉外検出器システム。
【請求項２９】
中性子源と半導体活性領域との間に配置されると、荷電粒子が半導体活性領域を照射するのを実質的に阻止する、少なくとも２つの転換層からほぼ同一の軸方向の高さにおいて円周方向に離隔されたシャッター層を有する請求項２５の炉外検出器システム。
【請求項３０】
各アレイのセンサーの電子出力信号はそれぞれ対応する電子装置列に並列に結合され、アレイの感度を自動的に変化させる手段は電子出力信号が電子装置列により処理されるセンサーの数を変化させる請求項１４の炉外検出器システム。
【請求項３１】
各検出器の単一の電子装置列は各アレイの電子出力信号を選択的に処理し、少なくとも１つの検出器は、シャッター機構と、このシャッター機構を作動させる手段とを有し、シャッター機構作動手段は、作動されると、検出器のセンサーの実質的に全ての半導体活性領域を荷電粒子が照射するのを阻止するため、検出器の出力信号は電子装置列により処理されず、その間電子装置列は検出器の他のセンサーの出力信号を処理する請求項１４の炉外検出器システム。
【請求項３２】
シャッター機構を有する少なくとも１つの検出器は中性子放出に対する感度が異なる少なくとも２つのセンサーアレイを有し、電子装置列は少なくとも２つのセンサーアレイのうちの一方の電子出力信号を処理するが、もう一方のセンサーアレイの出力は処理せず、その間少なくとも２つのセンサーアレイの一方の電子出力信号が処理されるようにする手段を有し、シャッター機構を作動させる手段は電子装置列が少なくとも２つのセンサーアレイのうちの他方からの電子出力を処理する間にその電子装置列により処理されない電子出力信号を発生するアレイと該アレイに関連のシャッター機構を作動する請求項３１の炉外検出器システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、中性子検出器に関し、さらに詳細には、原子炉等が発生する広いレンジの中性子束を測定できるソリッドステート中性子センサーアレイに関する。
【０００２】
【発明の背景】
中性子の検出は通常、電離放射線検出器を用い、中性子が荷電粒子を発生させる転換原子反応を利用して行われる。初期の中性子検出器は、中性子によるウラニウム２３５の分裂反応により生じる高帯電分裂粒子が惹き起こす電離現象を検出するガス比例計数器であった。
【０００３】
加圧水型原子炉には、原子炉の運転時に通常経験する中性子束の全レンジをカバーする３つのタイプのガス比例計数器を用いるのが一般的である。中性子束が少ない原子炉起動時では、１０Ｂ（ｎ、α）反応により生じるパルスを記録するＢＦ３比例計数器が使用される。この検出器は、中性子束が検出器の毎秒１０５乃至１０６カウントに対応する１０４乃至１０５ｃｍ−２−秒−１レンジに到達するまでパルス計数モードで動作する。中性子束の関数としてのカウントレートの線形性は、これらのカウントレートにおいて、パルスのオーバーラップにより劣化し始め、毎秒約１０６カウントで個々のパルスを識別できなくなる。起動から約１０４ｃｍ−２−秒−１までの中性子束を中性子源領域と呼ぶ。第２のタイプの検出器であるホウ素電離箱は、１０３ｃｍ−２−秒−１より多い中性子束のモニターに使用される。この計数器は、カウントレートが本質的に大きいため、電流モードで作動する。即ち、個々のパルスの加算により、モニターする電流が形成される。しかしながら、中性子のカウントにより生じる電流は中性子束及び原子炉出力に比例するが、電流は検出器のガンマ線との相互作用によっても発生する。従って、低出力レンジではガンマ線強度が原子炉出力に比例しないため、ガンマ補償を行う必要がある。中性子をカウントするために第１の検出器に使用する、中性子による粒子を発生させるためのホウ素ライナーがない第２の検出器は、ガンマ線だけにより生じる電流を測定するために使用され、この電流はホウ素ライナーのある第１の検出器の電流値から差し引かれる。この電離箱対を補償型電離箱（ＣＩＣ）と呼ぶ。ＣＩＣは、約１０３ｃｍ−２−秒−１から原子炉の全出力に近い１０１０ｃｍ−２−秒−１以上の中性子束による出力をモニターするために使用される。中性子束のこのレンジを中間領域と呼び、ＢＦ３及びＣＩＣ出力モニターをそれぞれ中性子源領域及び中間領域検出器と呼ぶ。約１０７ｃｍ−２−秒−１より多い中性子束では、ガンマ線強度は出力と比例関係になるため、ガンマ補償は不要である。ガンマ補償のないホウ素電離箱は、出力領域と呼ぶ、１０７ｃｍ−２−秒−１乃至２．５ｘ１０１０ｃｍ−２−秒−１の中性子束レンジで使用される。中性子源領域、中間領域及び出力領域を図１に示すが、この図は中性子源領域１０、中間領域１２及び出力領域１４にわたる検出器の熱中性子束を中性子／ｃｍ２／秒で示す。中性子源領域は毎秒のカウント数で、また中間及び出力領域はアンペアで示す。
【０００４】
起動から全出力までの出力をモニターするためには、これら３つのタイプの検出器のデータが必要である。出力が中性子源領域の高い部分から中間領域の低い部分へ移行する時、中性子源領域検出器及び中間領域検出器からの応答を整合させなければならない。この整合は、使用する２つの検出器のタイプが本質的に異なるため特に困難である。パルスモードの中性子源領域検出器を電流モードのガンマ補償中間領域検出器に整合させる必要がある。出力移行時これらの応答の整合が容易でないため、動作遅延が生じ、極端な場合は原子炉トリップが発生することがある。この問題をさらに複雑にしているのは、中性子源領域検出器の感度が非常に高いため、この中性子源領域検出器を出力領域の動作時にオフにして早期故障を回避することである。原子炉出力の低下時に検出器を再び作動状態にしようとする際、中性子源領域検出器の故障が発生するのは珍しいことではない。
【０００５】
ガス充填検出器の代わりに、半導体またはソリッドステート検出器を用いることができる。従来の半導体中性子検出器は、ホウ素、リチウムまたは核分裂性物質の層が検出器の活性部分に隣接したシリコン表面障壁型検出器である。シリコン半導体を用いるかかるソリッドステート中性子検出器の一例は、米国特許第３，２２７，８７６号に開示されている。
【０００６】
従来型中性子検出器の問題点は、放射線領域の中性子でない部分、特にガンマ線に対する感度にある。ガス充填検出器は、低密度ガスがエネルギーを大きい体積部分にわたってしみ込ませるガンマ線の検出器としては効率が本質的に低いため、原子炉用に好まれる。一方、ソリッドステート検出器は、電子密度が大きいため、ガンマ線に対する感度が高い。
【０００７】
ソリッドステート半導体検出器は従来形ガス充填検出器にとって代わる可能性を有するが、バックグラウンド信号及び強い過酷な放射線環境での検出器の性能劣化に付随する問題があるため原子力業界では広く使用されるに至っていない。
【０００８】
１９９８年３月１０日発行の米国特許第５，７２６，４５３号及び１９９９年８月１７日発行の米国特許第５，９４０，４６０号は、中性子に対する応答とガンマ線に対する応答とをパルスの高さに基づき判別できる耐放射線性ソリッドステート中性子検出器を開示している。炭化けい素（ＳｉＣ）中性子検出器が呈する（必ずしもそれに限定されない）これら２つの性質により、原子炉出力の広いレンジにわたって作動可能な改良型ソリッドステート中性子検出器が求められている。さらに、本発明の目的は、原子炉の全出力レンジにわたってパルスモードで作動可能な検出器を提供することにある。さらに本発明の目的は、検出器出力を処理するために単一タイプの電子装置列を使用する、原子炉の全レンジにわたって機能する検出器を提供することにある。
【０００９】
【発明の概要】
上記及び他の目的は、各々が中性子源からの中性子の放出に応答して転換層から発生される荷電粒子に応答して電子出力信号を発生する半導体活性領域を有するセンサーの少なくとも１つのアレイより成る、中性子源から放出される中性子を受けるように配置された少なくとも１つの検出器を使用することにより達成される。電子出力信号は、その検出器に連携する各センサーアレイの電子出力信号を処理する単一の電子装置列により処理されて、中性子源の出力を示す出力が得られる。電子出力信号のパルスカウントレートが所定の値を超えるかそれより低くなると、例えば、パルスカウントレートが電子装置列がカウントパルスを識別できないかまたはパルスカウントレートが低すぎて意味のある情報が得られない時、少なくとも１つの検出器の中性子放出に対する感度を自動的に変化させる手段が設けられている。
【００１０】
１つの実施例において、検出器は各々が異なる感度を有する少なくとも２つのセンサーアレイより成る。電子装置列は、所定のカウントレートを検出するとこれらアレイの間の切り換えを行う。
【００１１】
別の好ましい実施例において、検出器の感度を変化させる手段は、転換材料の深さまたは構成を変化させることにより転換層の組成を変化させる。
【００１２】
本発明のさらに別の特徴は、全出力動作時、出力がモニターされていないセンサーに連携する転換物質を変化させて対応の半導体活性領域が荷電粒子により照射されないようにすることがある。さらに本発明の検出器は、現在の炉外検出器と比べてより正確な原子炉の軸方向出力分布を与えるように使用できる。
【００１３】
【好ましい実施例の説明】
近年、半導体中性子検出器、特に米国特許第５，７２６，４５３号及び５，９５０，４６０号に記載された実施例の炭化けい素（ＳｉＣ）中性子検出器が、広いレンジの中性子束を高い信頼度でモニターする装置であることが判明している。さらに、これらの検出器のガンマ線応答と中性子応答とは、パルスの高さに基づき分離可能であることが分かっている。ＳｉＣ中性子検出器が呈する（必ずしもそれに限定されない）これら２つの性質に基づき、本発明は、上述した原子炉出力の監視に付随する問題点の多くを解消する広い動作レンジの中性子検出器を提供する。これは、起動から全出力までの全出力レンジを、ガンマ補償を必要とせずパルスモードでカバーするよう設計されたソリッドステート半導体出力モニターにより可能である。
【００１４】
典型的なＳｉＣ中性子検出器は、ショットキーダイオードまたはＰ−Ｎ接合ダイオード、若しくはＳｉＣダイオードを通過する時中性子と相互作用して電子パルスを生ぜしめる荷電粒子を発生する６ＬｉＦまたは他の中性子感応物質の層と並置関係のダイオードアレイより成る。この場合、６Ｌｉ（ｎ、α）３Ｈ反応を利用する。α粒子及びトリトン（３Ｈ）は共に、隣接するダイオードの活性体積部分と相互作用して電子パルスを発生することができる。ＳｉＣ中性子検出器の感度を調節するために３つのファクター、即ち、ＳｉＣダイオードの面積、ダイオードの数及び６ＬｉＦ層の厚さを利用できる。本発明によると、中性子源領域、中間領域及び出力領域での動作を可能にするダイオード及び転換層の組み合わせを有する単一の検出器が提供される。
【００１５】
本発明によると、原子炉出力モニターとしての単一のＳｉＣ半導体検出器は、複数の感度を有するように設計される。例えば、１２の軸方向位置の各々において２４．２μｍの６ＬｉＦ層と並置関係にある直径６ｍｍの１０個一組のＳｉＣダイオードは、０．６１４ｃｐｓ／ｎｖ（ｎｖは単位ｃｍ２−秒−１の中性子束）に等しい感度Ｓ−１感度を有する。１２の軸方向位置の各々において２４．２μｍの６ＬｉＦ層と並置関係にある直径５００μｍの１０個一組のダイオードの第２のアレイは、４．２６４×１０−３ｃｐｓ／ｎｖに等しい感度Ｓ−２を有する。１２の軸方向位置の各々において０．０５μｍ６ＬｉＦ層と並置関係にある直径５００μｍの１０個一組のダイオードの第３のアレイは、１．３１９×１０−５ｃｐｓ／ｎｖに等しい感度Ｓ−３を有する。熱中性子束の関数としてのこれらのダイオードアレイの各々のカウントレートを、下表１に示す。
【００１６】
表１  熱中性子束の関数としての検出器のカウントレート
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表１のデータから、起動から約１０５ｎｖ（この値では、６×１０４ｃｐｓより高いカウントレートの測定に極めて高速の電子装置が必要とされるであろう）の感度Ｓ−１のレンジにおいて、使用可能なカウントレートが得られることがわかる。しかしながら、感度Ｓ−２のレンジに対応するダイオードアレイは、この点で約４００ｃｐｓのカウントレートを有し、第１のレンジに用いたと同じパルス処理用電子装置により、最大約１０７ｎｖの中性子束までのデータを記録するために使用できる。その中性子レベルでは、アレイ３からのダイオードは１００ｃｐｓより大きいカウントレートを有し、約２．５×１０１０ｎｖである全出力までの中性子束では他の２つの感度レンジに用いたのと同じ電子装置によりデータを記録することができる。ダイオードアレイ３の感度は、各軸方向位置の１０個のダイオードでなくて１個のダイオードからのカウントを選択して減少することが可能であり、その結果、原子炉の全出力におけるカウントレートは３．３０×１０４ｃｐｓとなる。このカウントレートは、典型的な電子装置のパルス処理能力範囲に十分収まるものである。ここで「ダイオード」とは、半導体の活性領域を有するものであり、「センサー」と互換的に使用される。
【００１７】
複数の感度レンジを有する本発明の検出器は、単一の電子パルス処理装置列に接続することができる。レンジ間の移行は、検出器のカウントレートに基づき自動的に行える。コンピュータにより、検出器の内部感度の変化を制御し、出力データを適正な感度に対して補正して原子炉の出力レベルを推定することできる。
【００１８】
上述した内部感度の組み合わせはその一例に過ぎない。選択する感度レンジは使用する電子装置の速度により異なり、それが使用される原子力発電所の測定環境に対する検出器の応答特性を最適化して得られるものである。高速の電子装置を利用できるのであれば、広い動的レンジの出力カウントレートを使用し、それに応じて内部感度を調整することができる。この例では３つの感度レンジを使用するが、２つまたは４つ以上のレンジを用いてもよい。
【００１９】
使用寿命を長くするため、高感度の検出器アレイを、不使用時に、中性子転換層に生じる荷電粒子の照射から保護することができる。これは、ＳｉＣダイオードの近傍から６ＬｉＦ層を遠ざけるかまたは荷電粒子を吸収させるために６ＬｉＦフォイルとダイオードの活性領域との間にシャッターを挿入することにより行なう。かかるシャッターとして使用可能な幾つかの材料例として、原子環境に耐え得る厚さが少なくとも５０マイクロメートルのステンレス鋼、アルミニウム、ジルコニウム、ジルカロイまたは他の材料がある。
【００２０】
ＳｉＣ中性子検出器の応答は、非常に大きいガス充填炉外検出器が測定するものよりも非常に局所化された中性子フルエンス率を反映するものである。従って、軸方向出力の分布を正確に表すことができる十分な位置に検出器を展開する必要がある。全炉心出力の測定値を得るために軸方向位置全体にわたるカウントレートの積分値を利用できるが、個々のカウントレートにより軸方向出力分布を評価することができる。さらに、１２の軸方向位置に多数のセンサーより成る検出器アレイを配置すると、これらの位置の各々におけるデータがそれぞれ独立に提供され、原子炉オペレーターはこのデータを用いて炉心中性子束の傾斜及び軸方向オフセットを評価することが可能になる。
【００２１】
本発明の検出器は、沸騰水形原子炉及び幾つかの加圧水形原子炉に用いるいわゆる広レンジ核分裂電離箱の機能を代替することができる。本発明の検出器は、全出力に近い所の核分裂電離箱よりも原子炉出力に対する応答の線形性が高いことが判明している。さらに、本発明の検出器は、放射化して検出器の修理または交換時に高レベルの放射線に原子力発電所の人員を被爆させるウラニウムまたは他の材料物質を含まない。加えて、放射性廃棄物の廃棄コストは従来の検出器に比べると格段に小さい。
【００２２】
図２は、本発明の原理を具現化した２つの実施例を示す。ＳｉＣセンサーのアレイ４６は、検出器システムの長さ方向に配置されている。アレイ４６は、本願の出願人に付与された米国特許第５，９４０，４６０号にさらに詳説してある。これらのアレイ４６は、原子炉容器と生体遮蔽との間に配置すると、原子炉炉心の軸方向出力分布をモニターするために使用できる。説明の目的でただ２つのアレイを示すが、より正確な分布を得るために１２個またはそれ以上のアレイを使用できることがわかるであろう。２つのアレイ４６はそれぞれ、高感度センサーアレイ１６及び低感度センサー１８より成る。アレイの感度は、並列に接続される個々のダイオードの数により決まる。並列に接続されるダイオードの数が大きければ大きいほど、センサーの感度が高くなる。計数回路４４は、センサーアレイが異なる活性領域を有するセンサーアレイ１６と１８の間で切換え可能である。各検出器アレイ４６について別個の電子装置列を設けると、各検出器についてデータを同時に取り出したり、全スループットを大きくしたり、低い入力キャパシタンスによりノイズを減らすことが可能である。アレイ１８及び１６の検出器アレイ出力ケーブル５２、５４はスイッチ２４へ接続されているが、このスイッチはケーブル５４、５２を電子装置列４４に交互に接続することができる。出力信号は、信号をコンディショニングするための前置増幅器２６を介して増幅器２８へ接続される。増幅された信号は単一チャンネル分析器３０へ送られ、この分析器がガンマ応答を表す低振幅のパルスと、中性子応答を示す高振幅のパルスとを識別する。中性子応答を表すカウントはカウンターへ送られ、毎秒のカウント数である出力が得られる。この出力は、使用するセンサーの感度を補償するダイオード係数３４により修正される。この信号はさらに、転換層の感度を補償するために転換層係数３６により修正される。毎秒のカウント数は、論理回路３８がモニターする。毎秒のカウント数が所定値を超えるか、それよりも低いと、論理回路はスイッチ駆動手段４０に信号を送って、検出器の感度を、例えば、スイッチ２４を出力５４から出力５２へ切り換えるように、変化させる。所定の値は、毎秒のカウント数が大きすぎて電子装置がパルスを識別できなければ、論理回路がスイッチ駆動機構４０を介してスイッチ２４を出力ケーブル５４から５２へ接続することにより、高感度アレイ１４から低感度アレイ１８へ切り換えるように、選択する。逆に、電子装置列４４が出力ケーブル５４に接続されており、論理回路により毎秒のカウントが小さすぎて意味のある情報が転送されないことが感知されると、この論理回路がスイッチ駆動機構４０によりスイッチの接続を出力ケーブル５２から高感度検出器の出力ケーブル５４へ切り換えるようにする。スイッチ駆動機構４０から論理回路へは、スイッチ２４の位置を検証するための戻り信号が送られる。各アレイには、少なくとも厚さ５０μｍで原子環境に耐え得るステンレス鋼、アルミニウム、ジルコニウム、ジルカロイのような材料または他の材料を転換層と半導体活性領域との間に、例えばソレノイドにより配置して荷電粒子を吸収させ、不使用時の半導体活性領域を保護するシャッター機構���図２に図示せず）を組み込んでもよい。図２は、２つの転換フォイル群を示すが、これは回転ドラム２２、転換フォイル４８、５０及びドラム駆動機構４２で表される。この実施例において、離隔した転換フォイル４８、５０は、検出器アレイ１４、１８の近傍のドラム２２の表面上に、好ましくは半導体領域の活性部分と同延且つそれらから離隔関係に支持されている。各アレイ１６、１８につき２つのフォイル４８、５０を示す。転換フォイル４８、５０の各群は、異なる感度を与えるために異なる厚さの転換層に対応する。転換フォイル４８は高感度を、転換フォイル５０は低感度を与える。論理回路はドラム駆動機構４２を作動してドラムを回転させ、適当なフォイルが半導体アレイ１６または１８の活性領域の前方に来るようにする。転換フォイルはまた、センサーアレイから離れる方向へ、入射中性子に応答して荷電粒子を放出させない位置まで回転させることが可能であり、上述のシャッター機構と同じように機能する。別個のフォイルを用いる代わりに、シャッター材料でドラム表面を形成し、ドラム駆動機構４２をドラムを転換フォイルのセンサーアレイが見える所の外側の第４の位置に位置決めするようにプログラムしてもよい。
【００２３】
あるいは、各検出器アレイ４６の出力を多重化して同一の電子装置列で処理することが可能である。このようにすると、システムのコストがさらに減少するが、冗長性が失われる。
【００２４】
検出器の感度を変化させる別の方法として、センサー出力の多重化がある。電子装置列は、受信するパルスのレートに応じてモニター内のどのセンサーをそして何個のセンサーをモニターするかを選択する。
【００２５】
従って、本発明の検出器システムは、ガンマ線補償を必要とせずに起動から全出力までの原子炉の中性子束レンジをカバーすることができる。単一の電子パルス処理装置列により、原子炉の全ての出力レベルで検出器からのデータを処理することが可能である。検出器の感度は信号出力を最適化するように自動調整可能であり、レンジ間の移行をスムーズ且つ迅速に行なうことができる。炉外検出器から現在得られるよりもより正確な軸方向出力分布情報を得ることができる。このソリッドステートシステムによると、信頼性が増加し、ホウ素ガス充填式または核分裂電離箱型中性子検出器の何れと比べても長い使用寿命が予想される。さらに、検出器は放射化を受ける物質を必要としないため、放射線に対する職業的被爆及び放射性廃棄物コストが減少する。
【００２６】
本発明の特定の実施例を詳細に説明したが、当業者は、本願の開示全体に鑑みて、それらの詳細事項に対する種々の設計変更及び変形例を想到することが可能であることがわかる。従って、図示説明した特定の実施例は、例示目的を有するもので本発明の範囲を限定するものでなく、この範囲は頭書の特許請求の範囲及びその均等物の全幅を与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、原子炉動作の従来技術の中性子源、中間及び出力領域をグラフ表示したものである。
【図２】図２は、本発明の検出器及び電子信号処理装置列の概略図である。
【図１】
2004219165.tif 000004
【図２】
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