(57)【要約】  ガス監視システムおよびガス監視方法が提供される。一実施態様において、ガス監視システムは、反応炉格納容器環境中のガス監視ユニット、反応炉非格納環境中のガス監視ユニットコントローラー、および当該ガス監視ユニットを当該ガス監視ユニットコントローラーと相互接続する高温または工業仕様ケーブルを包含する。ガス監視ユニット上のさまざまなセンサーは、水素ガス濃度を包含する反応炉格納容器環境の条件を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉格納容器内のガス監視ユニットであって、最大７００℃の周囲温度および最大１．３ＭＰａの周囲圧力で作動可能な少なくとも１つの水素センサーを含み、前記少なくとも１つの水素センサーは、電気化学的水素センサー、化学抵抗性水素センサー、触媒水素センサー、および金属酸化物半導電性水素センサーの少なくとも１つを含む、ガス監視ユニット；
前記反応炉格納容器外のガス監視ユニットコントローラー；および
前記ガス監視ユニットを前記ガス監視ユニットコントローラーに接続するケーブル
を含む核反応炉用のガス監視システム。
【請求項２】
前記ガス監視ユニットは、
ステンレス鋼エンクロージャ；
圧力センサー；
酸素センサー；
温度センサー；
相対湿度センサーおよび蒸気センサーの少なくとも１つ；
回路板；
高温ワイヤ；
ターミナルブロック；および
フレームアレスタ
をさらに含み、
前記ガス監視ユニットは、核放射線、圧力、温度、蒸気、および低酸素濃度の少なくとも１つに対し堅固な材質である、請求項１に記載のガス監視システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの水素センサーは、水素選択的ポーラス複合物を含む高温水素センサーであり、前記水素選択的ポーラス複合物は、酸化セリウムをさらに含み、前記水素選択的ポーラス複合物と接触する水素を含むガスが、水素選択的ポーラス複合物の電気抵抗の減少、感度における変化、およびベースライン作動からの逸脱の少なくとも１つをもたらす、請求項１に記載のガス監視システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの水素センサーは、ジルコニウムドープセリア、ガドリニウムドープセリア、サマリウムドープセリア、ランサナムドープセリア、イットリウムドープセリア、カルシウムドープセリア、ストロンチウムドープセリア、およびそれらの混合物から選択される群より選択されるドープ酸化セリウム；酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化銅、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化ニオブ、または酸化バナジウムの少なくとも１つを含む修飾剤；ならびにパラジウム、ルテニウム、白金、金、ロジウム、およびイリジウムの１つまたは複数を含む貴金属助触媒を含むポーラス水素選択的複合物材料を含む、請求項１に記載のガス監視システム。
【請求項５】
前記酸素センサーは、２５℃〜７００℃の範囲の周囲温度および真空〜１．３ＭＰａの範囲の圧力で作動可能であり、かつ前記酸素センサーは、０％〜２５％の範囲の濃度で酸素を検出するよう作動可能であり、かつ前記酸素センサーは、イットリウム安定化ジルコニウム酸化物酸素センサー、ガドリニウムもしくはサマリウムドープ酸化セリウム酸素センサー、および酸化チタンベースの酸素センサーの少なくとも１つを含む、請求項２に記載のガス監視システム。
【請求項６】
前記圧力センサーは、２５℃〜７００℃の範囲の周囲温度で作動可能であり、かつ前記圧力センサーは、０ＭＰａ〜少なくとも１．３ＭＰａの圧力を検出するよう作動可能である、請求項２に記載のガス監視システム。
【請求項７】
前記湿度センサーは、０％〜１００％相対湿度の核格納環境において相対湿度を測定するよう作動可能である、請求項２に記載のガス監視システム。
【請求項８】
少なくとも１つの前記湿度センサーおよび前記蒸気センサーは、２５℃〜７００℃の範囲の温度および真空〜１．３ＭＰａの範囲の圧力での核格納環境において蒸気量を測定するよう作動可能である、請求項２に記載のガス監視システム。
【請求項９】
前記温度センサーは、２５℃〜７００℃の範囲で温度を測定するよう作動可能であり、かつ前記温度センサーは、抵抗温度デバイス、サーミスター、およびサーモカップルの少なくとも１つである、請求項２に記載のガス監視システム。
【請求項１０】
前記ガス監視ユニットは、１つの水素センサーのみを含み、かつ前記ガス監視システムは、７００℃の温度および１．３ＭＰａの圧力で連続して作動するよう作動可能である、請求項１に記載のガス監視システム。
【請求項１１】
作動する温度もしくはパワー制御ループおよび対応するキャリブレーションは、前記温度センサーまたは前記温度センサーに埋め込まれたセンサーにより測定される周囲温度に応じて前記ガス監視ユニットコントローラー中で調整される、請求項２に記載のガス監視システム。
【請求項１２】
前記ガス監視ユニットコントローラーは、電子制御回路、少なくとも１つのハードウェア、およびソフトウェアをさらに含む、請求項１に記載のガス監視システム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの水素センサーは、一酸化炭素を測定するよう作動可能である、請求項１に記載のガス監視システム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの水素センサーは、ヨウ化セシウム、ヨウ化メチル、ヨウ素、および他の核燃料混入物質の少なくとも１つを測定するよう作動可能である、請求項１に記載のガス監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年５月１８日に出願された米国仮特許出願番号６２／１６３，３２６号からの優先権を主張するものであり、それは、参照によりその全体が本明細書中に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
水素ガスは、さまざまな作動条件下で、核反応炉において発生する。軽減行動をとらない場合、水素濃度は、引火性のレベルに到達し得る。
【０００３】
ガス分析器は、現在、反応炉格納容器環境において、水素濃度を測定するために使用される。分析器は、反応炉格納容器外に設置され、試料ガスは、格納壁を貫通するチューブを介して分析器へ引かれる。これらの貫通は、水素および他の危険な種が格納から逃れる潜在的なリークパスを作り出す。現在のガス分析器の応答時間は長い。現在のガス分析器は、電力集中的であり、従って、核事故が生じた際に、バックアップ電源で長く実行することができない。
【０００４】
本出願は、核反応炉からの水素ガス濃度を測定するための新規のシステムおよび方法を対象とする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施態様において、核反応炉用のガス監視システムが提供され、当該ガス監視システムは、反応炉格納容器内のガス監視ユニット；反応炉格納容器外のガス監視ユニットコントローラー；および、ガス監視ユニットをガス監視ユニットコントローラーに接続する、高温または工業仕様ケーブルを含む。
【０００６】
一実施態様において、核反応炉においてガスを監視するための方法が提供され、当該方法は、少なくとも１つの水素センサー、圧力センサー、酸素センサー、温度センサー、および相対湿度もしくは蒸気センサーの少なくとも１つからのインプットシグナルを読むこと；ソフトウェアにおいて、キャリブレーションアルゴリズムを介して当該インプットシグナルを処理して、反応炉格納容器環境についての情報を得ること；反応炉格納容器環境の情報を、核反応炉用の別の器具へのフィードバック、ディスプレイパネルまたは電子的ディスプレイ上のディスプレイ情報アウトプット、およびデータ取得システムに対し記録されるデータの少なくとも１つとして伝えること；の行為を含む。
【０００７】
別の態様において、水素ガスを検出するための方法が提供され、方法は、酸化セリウムを含む水素選択的ポーラス複合物を含む水素センサーを提供すること；水素を含むガスを提供すること；水素を含むガスを、水素選択的ポーラス複合物と接触させること；および水素選択的ポーラス複合物の電気抵抗の減少、感度における変化、またはベースライン作動からの逸脱により水素を含むガス中の水素を検出すること、の行為を含み、水素を含むガスを検出するために使用され得る。
【０００８】
別の態様において、水素ガスを検出するための方法が提供され、当該方法は、ジルコニウムドープセリア、ガドリニウムドープセリア、サマリウムドープセリア、ランサナムドープセリア、イットリウムドープセリア、カルシウムドープセリア、ストロンチウムドープセリア、およびそれらの混合物から選択される群より選択されるドープ酸化セリウム；酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化銅、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化ニオブ、または酸化バナジウムの少なくとも１つを含む修飾剤；およびパラジウム、ルテニウム、白金、金、ロジウム、およびイリジウムの１つまたは複数を含む貴金属助触媒、を含む、ポーラス水素選択的複合物材料を含む水素センサーを提供すること；水素を含むガスを提供すること；水素を含むガスを、水素選択的ポーラス複合物と接触させること；ならびに、水素選択的ポーラス複合物の電気抵抗の減少、感度における変化、またはベースライン作動からの逸脱により水素を含むガス中の水素を検出すること、の行為を含む。
【０００９】
本明細書に組み込まれ本明細書の一部を構成する添付の図面は、システム、方法および結果のさまざまな例を説明し、単にさまざまな態様例を説明するために用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ガス監視システム例を説明する図である。
【図２】ガス監視コントローラー例を説明する図である。
【図３】ガス監視ユニット例を説明する図である。
【図４】センサーおよびアウトプットのためのシグナルアルゴリズム例のフローチャートである。
【図５】センサー応答例を説明する図である。
【図６】センサー応答例を説明する図である。
【図７】センサー感度例を説明する図である。
【図８】センサー感度例を説明する図である。
【図９】温度の関数として、センサー感度例を説明する図である。
【図１０】センサー応答例を説明する図である。
【図１１】ガス監視ユニット例を説明する図である。
【図１２Ａ】センサー結果例を説明する図である。
【図１２Ｂ】センサー結果例を説明する図である。
【図１３Ａ】センサー結果例を説明する図である。
【図１３Ｂ】センサー結果例を説明する図である。
【図１４Ａ】センサー結果例を説明する図である。
【図１４Ｂ】センサー結果例を説明する図である。
【図１５Ａ】センサー結果例を説明する図である。
【図１５Ｂ】センサー結果例を説明する図である。
【図１６】センサー感度例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書中に開示されクレームされる態様は、核反応炉用のガス監視システムを描写しおよび記載する。
【００１２】
図１を参照して、ガス監視システム例１００が説明される。ガス監視システム１００は、核反応炉の全体にわたる水素ガス濃度を測定し得る。ガス監視システム１００は、原子力発電プラントの全体にわたる水素ガス濃度を測定し得る。ガス監視システム１００は、様々な条件にわたって、反応炉格納容器の内側および外側のいずれの水素ガスも検出し得る。一実施態様において、反応炉作動条件は、通常である。別の態様において、反応炉作動条件は、深刻な事故である。ガス監視システム１００は、温度、圧力、蒸気、および酸素を包含するがこれらに限定されない、広い範囲の環境変数を測定し説明し得る。ガス監視システム１００は、すべてのターゲット条件下で、安定な水素濃度シグナルを提供し得る。ガス監視システム１００はまた、一酸化炭素、ヨウ化セシウム、ヨウ化メチル、燃料混入物質、および核事故または反応炉リークを示す他のガスを検出するためにも適応させられ得る。ガス監視システム１００はまた、一酸化炭素、ヨウ化セシウム、ヨウ化メチル、燃料混入物質、および核事故または反応炉リークを示す他のガスの少なくとも１つを検出するためにも適応させられ得る。
【００１３】
一実施態様において、ガス監視システム１００は、反応炉格納容器内で作動し、かつ周囲温度および周囲圧力〜それぞれ最大７００℃および１．３ＭＰａで作動でき、これは、通常の反応炉作動〜反応炉過熱およびメルトダウンなどの深刻な事故条件の作動状態をカバーする。１．３ＭＰａは、水素の臨界圧力であり得る。ガス監視システム１００は、約１分未満の素早い応答時間を提供するように、リアルタイムでガスを測定し得る。ガス監視システム１００は、反応炉格納容器内で作動し得るし、周囲温度〜最大７００℃で作動できるであろうガス監視システム１００は、反応炉格納容器内で作動し得るし、周囲圧力〜最大１．３ＭＰａで作動できるであろう。ガス監視システム１００は、反応炉格納容器内で作動し得るし、周囲温度〜最大約７００℃で作動できるかもしれないであろう。ガス監視システム１００は、反応炉格納容器内で作動し得るし、周囲圧力〜最大約１．３ＭＰａで作動できるであろう。
【００１４】
ガス監視システム１００は、例えば、原子力発電プラントでなど、広い範囲の反応炉条件にわたり水素を測定できるであろう。ガス監視システム１００は、ガス監視ユニット（ＧＭＵ）１０１を包含し得る。ＧＭＵ１０１は、反応炉格納容器内に設置され得る。ガス監視システム１００は、ガス監視ユニットコントローラー（ＧＭＵＣ）１０２を包含し得る。ＧＭＵＣ１０２は、反応炉格納容器外に設置され得る。高温仕様または工業仕様ケーブル１０３は、反応炉格納容器壁の貫通を介しＧＭＵ１０１をＧＭＵＣ１０２と接続し得る。ＧＭＵ１０１は、反応炉格納容器内の水素濃度、酸素濃度、圧力、および蒸気濃度または相対湿度を測定し得る。ＧＭＵ１０１は、反応炉格納容器内の水素濃度、酸素濃度、圧力、および蒸気濃度または相対湿度の少なくとも１つを測定し得る。ＧＭＵ１０１からのシグナルは、高温または工業仕様ケーブル１０３を介してＧＭＵＣ１０２に伝えられる。ＧＭＵＣ１０２は、異なる生のセンサーシグナルを受けとり得るし、キャリブレーションおよびデコンボリューションアルゴリズムを介して、生のセンサーシグナルを処理して、最終的な水素濃度、温度、酸素濃度、圧力、および相対湿度または水分濃度を報告し得る。ＧＭＵＣ１０２は、異なる生のセンサーシグナルを受け取り得るし、キャリブレーションおよびデコンボリューションアルゴリズムを介して、生のセンサーシグナルを処理して、最終的な水素濃度、温度、酸素濃度、圧力、および相対湿度または水分濃度の少なくとも１つを報告し得る。処理された生のセンサーシグナルは、例えば、原子力発電プラント内の他の器具およびシステムに送りこまれ、ディスプレイパネルまたは電子的ディスプレイ上にディスプレイされ、またはデータ取得システムに記録され得る。
【００１５】
図２を参照して、ガス監視ユニット（ＧＭＵ）例２０１が説明される。ＧＭＵ２０１は、例えばステンレス鋼エンクロージャ２０４を包含する、任意のさまざまなエンクロージャを含み得る。ステンレス鋼エンクロージャ２０４内に、高温水素センサー２０５、低温水素センサー２０６、圧力センサー２０８、酸素センサー２０９、温度センサー２１０、および相対湿度または蒸気センサー２１１が設置され得る。回路板２０７は、低温温度水素センサー２０６からのアナログアウトプットをデジタルアウトに変換するために提供され得る。一実施態様において、回路板２０７はＧＭＵＣ１０２中に組み込まれる（図１）。別の態様において、回路板２０７は、取り除かれる。高温ワイヤ２１２は、センサー２０５、２０６、２０８、２０９、２１０、および２１１のためのパワーインプットリード、シグナルリード、およびグラウンドリードの少なくとも２つを、１つまたは複数のセラミックターミナルブロック２１３に接続し得る。高温ワイヤ２１２は、エンクロージャ２０４の壁上にマウントされたコネクター２１４にさらに接続され得るか、高温ワイヤ２１２は、終端処理されないまま、ＧＭＵＣ１０２へはしる高温または工業仕様ケーブル１０３に、直接接続する（図１）。高温ワイヤ２１２の接続は、リングターミナルを用いて、あるいは、他の任意の高温接続機構を用いて、ダイレクトスプライシングを介してなされる。金属スクリーンまたはメッシュなどのフレームアレスタ（示さず）を使用して、センサー２０５、２０６、２０８、２０９、２１０、および２１１の少なくとも１つを包み、潜在的な点火または関連する火炎伝播を回避し得る。ＧＭＵ２０１は、高い放射線、圧力、温度、蒸気、および低酸素濃度の少なくとも１つを包含する核事故条件に対して堅固な材料を用いて設計され得る。
【００１６】
ＧＭＵ２０１の高温水素センサー２０５は、水素を含むガス検出するために、水素選択的ポーラス複合物を使用し得る。水素選択的ポーラス複合物は、水素を含むガスと水素選択的ポーラス複合物を接触させることが水素選択的ポーラス複合物における電気抵抗の減少、感度における変化、またはベースライン作動からの逸脱をもたらし得るように、酸化セリウムを含み得る。別の態様において、ＧＭＵ２０１の高温水素センサー２０５は、ジルコニウムドープセリア、ガドリニウムドープセリア、サマリウムドープセリア、ランサナムドープセリア、イットリウムドープセリア、カルシウムドープセリア、ストロンチウムドープセリア、およびそれらの混合物から選択される群より選択されるドープ酸化セリウム；酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化銅、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化ニオブ、または酸化バナジウムの少なくとも１つを含む修飾剤；ならびにパラジウム、ルテニウム、白金、金、ロジウム、およびイリジウムの１つまたは複数を含む貴金属助触媒、を含むポーラス水素選択的複合物材料を採用する。水素選択的ポーラス複合物の電気抵抗の減少、感度における変化、またはベースライン作動からの逸脱は、水素を含むガスを検出するために使用され得る。
【００１７】
ＧＭＵ２０１の高温水素センサー２０５は、核事故時に生じる周囲温度で、すなわち、１５０℃〜７００℃で、および真空〜１．３ＭＰａの範囲の圧力で、作動し得る。ＧＭＵ２０１の高温水素センサー２０５は、核事故時に生じる周囲温度で、すなわち約１５０℃〜約７００℃（または１５０℃〜７００℃）で、および真空〜約１．３ＭＰａの範囲の圧力で、作動し得る。高温水素センサー２０５は、電気化学的水素センサー、化学抵抗性水素センサー、触媒水素センサー、金属酸化物半導電性水素センサーなどを包含し得る。
【００１８】
ＧＭＵ２０１の低温水素センサー２０６は、ジルコニウムドープセリア、ガドリニウムドープセリア、サマリウムドープセリア、ランサナムドープセリア、イットリウムドープセリア、カルシウムドープセリア、ストロンチウムドープセリア、およびそれらの混合物から選択される群より選択されるドープ酸化セリウム；酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化銅、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化ニオブ、および酸化バナジウムの少なくとも１つを含む修飾剤；およびパラジウム、ルテニウム、白金、金、ロジウム、およびイリジウムの１つまたは複数を含む貴金属助触媒、を含むポーラス水素選択的複合物材料を採用し得る。
【００１９】
ＧＭＵ２０１の低温水素センサー２０６は、例えば、原子力発電プラントでの、通常の反応炉条件（非事故）下で生じ得る周囲温度、約２５℃〜約１５０℃の温度で作動し得る。低温水素センサー２０６は、電気化学的水素センサー、化学抵抗性水素センサー、触媒水素センサー、金属酸化物半導電性水素センサーなどであり得る。
【００２０】
酸素センサー２０９は、温度、圧力、還元ガスについて、酸素を測定できるであろう。酸素は、通常の反応炉作動条件〜深刻な事故作動条件の範囲である。これらの範囲は、２５℃〜７００℃の温度、真空〜１．３ＭＰａの範囲の圧力、０％〜少なくとも２５％の酸素濃度、および０％〜３０％の水素濃度を包含し得る。これらの範囲は、２５℃〜７００℃の温度、真空〜１．３ＭＰａの範囲の圧力、０％〜少なくとも２５％の酸素濃度、および０％〜３０％の水素濃度を包含し得る 。酸素センサー２０９は、イットリウム安定化ジルコニウム酸化物、ガドリニウムもしくはサマリウムドープ酸化セリウム酸素センサー、酸化チタンベースの酸素センサーなどを包含し得る。
【００２１】
ＧＭＵ２０１の圧力センサー２０８は、通常の反応炉作動条件〜深刻な事故条件について予想される範囲の、温度および圧力を超える静圧を測定できるであろう。圧力センサー２０８は、２５℃〜７００℃の温度条件において、および０．０ＭＰａ〜少なくとも１．３ＭＰａの範囲の圧力において、作動し得る。圧力センサー２０８は、約２５℃〜約７００℃の温度条件において、および約０．０ＭＰａ〜少なくとも約１．３ＭＰａの範囲の圧力において、作動し得る。
【００２２】
湿度センサー２１１は、０％〜１００％の相対湿度の核格納環境において、相対湿度を測定できる任意の相対湿度センサー２１１であり得る。湿度センサー２１１は、約０％〜約１００％の相対湿度の核格納環境において、相対湿度を測定できる任意の相対湿度センサー２１１であり得る。湿度センサー２１１は、通常の反応炉作動条件〜深刻な事故条件の範囲の温度および圧力にわたり核格納環境において、体積パーセントまたは水蒸気の部分圧として蒸気量を測定できる任意のセンサー２１１であり得る。この範囲は、２５℃〜７００℃の温度、および真空〜少なくとも１．３ＭＰａの範囲の圧力を包含し得る。この範囲は、約２５℃〜約７００℃の温度、および真空〜少なくとも約１．３ＭＰａの範囲の圧力を包含し得る。
【００２３】
ＧＭＵ２０１の温度センサー２１０は、通常の反応炉作動条件〜深刻な事故条件の範囲にわたる温度、すなわち約２５℃〜約７００℃の範囲の温度、あるいは２５℃〜７００℃の範囲の温度を測定できる任意の温度センサー２１０であり得る。温度センサー２１０は、抵抗温度デバイス、サーミスター、サーモカップルなどを含み得る。
【００２４】
図３を参照して、ガス監視ユニット（ＧＭＵ）例３０１が説明される。ＧＭＵ３０１は、１つの水素センサー３０５のみを採用し得る。水素センサー３０５は、要求される最も高い温度、典型的には７００℃で、および本明細書において上記したすべての他の圧力および酸素、水、および、水素濃度にわたり、連続して作動するように構成され得る。水素センサー３０５は、水素を含むガスを検出するために水素選択的ポーラス複合物を使用し得る。水素選択的ポーラス複合物は、水素を含むガスと水素選択的ポーラス複合物を接触させることが水素選択的ポーラス複合物において電気抵抗を減少させるか、感度を変化させるか、あるいはベースライン作動から逸脱させるように、酸化セリウムを含み得る。温度を作動すること、またはヒーター電源使用、および対応するキャリブレーションは、温度センサーまたはセンサーが埋め込まれた温度センサー２１０を用いて測定される周囲温度に応じて、水素センサー３０５が常に周囲より高い温度に制御されるように、ＧＭＵＣ１０２において調整され得る。作動温度またはパワー制御ループおよび対応するキャリブレーションは、温度センサーまたはセンサーが埋め込まれた温度センサーにより測定される周囲温度に応じて、ＧＭＵＣ１０２において調整され得る。一実施態様において、電子制御回路（示さず）を有するＧＭＵＣ１０２は、ＧＭＵセンサー２０５、２０６、２０８、２０９、２１０、および２１１からのシグナルを読み、ファームウェア中にプログラムされたキャリブレーション、エラー訂正、およびデコンボリューションアルゴリズムを介して読まれたシグナルを処理し、水素濃度、温度、酸素濃度、蒸気濃度、および圧力に関する情報を包含する、反応炉格納容器環境についての情報を伝える、ハードウェアおよびファームウェアを包含する。
【００２５】
図４を参照して、センサーシグナル４０１およびシステムアウトプット４０３のためのシグナルアルゴリズム例４０２が説明される。キャリブレーションアルゴリズム４０２は、センサー２０５、２０６、２０８、２０９、２１０、および２１１（高温および低温水素センサー、圧力、酸素、温度、および湿度または蒸気センサー）の少なくとも１つからインプットシグナル４０１を得て、それらを水素濃度、圧力、酸素濃度、温度、および蒸気濃度についてのシステムアウトプット値４０３に変換し得る。
【００２６】
図１および２を再び参照して、ガス監視システム１００は、水素の代わりに一酸化炭素を測定するためにキャリブレートされ得る。高温水素センサー２０５および低温水素センサー２０６は、一酸化炭素に対し相互感受性であり得る。高温水素センサー２０５および低温水素センサー２０６は、一酸化炭素についてキャリブレートされ得る。一酸化炭素キャリブレーションは、ＧＭＵＣ１０２キャリブレーションアルゴリズム４０２に包含され得る。
【００２７】
一実施態様において、ガス監視システム１００は、水素を測定する代わりに、ヨウ化セシウム、ヨウ化メチル、ヨウ素、および他の核燃料混入物質の少なくとも１つを測定するようキャリブレートされ得る。高温水素センサー２０５および低温水素センサー２０６は、ヨウ化セシウム、ヨウ化メチル、ヨウ素、および他の核燃料混入物質の少なくとも１つに対し、相互感受性であり得る。高温水素センサー２０５および低水素温度センサー２０６は、ヨウ化セシウム、ヨウ化メチル、ヨウ素、および他の核燃料混入物質の少なくとも１つの測定についてキャリブレートされ得る。ヨウ化セシウム、ヨウ化メチル、ヨウ素、および他の核燃料混入物質についてのキャリブレーションは、ＧＭＵＣ１０２シグナルアルゴリズム４０２キャリブレーションに包含され得る。これらの燃料混入物質の少なくとも１つを検出するためにキャリブレートされるガス監視システム１００は、燃料ロッドの近くなどの、これらのガスが存在する高い可能性を有する反応炉格納容器中の場所にインストールされ得る。
【００２８】
ＧＭＵ１０１、２０１、３０１のいずれかは、非格納エリアにおける水素濃度を測定するため、格納の外側にインストールされ得る。ＧＭＵ１０１、２０１、３０１のエンクロージャは、ウォールマウンティング、ドアシールマウンティング、あるいは、水素ガスが存在し得る他の可能性のある場所用に変更され得る。ＧＭＵ１０１、２０１、３０１は、例えば圧力センサー２０８などの圧力センサーを取り除くなど、非格納環境用にさらに単純化され得る。
【００２９】
図５を参照して、センサー応答例が説明される。一酸化炭素に対するセンサー応答は、ガス監視システム１００が一酸化炭素を測定するために用いられ得ることを示す。
【００３０】
図６を参照して、センサー応答例が説明される。セシウムヨウ素に対するセンサー応答は、ガス監視システム１００がヨウ化セシウムを測定するために使用され得ることを示す。
【００３１】
図７および８を参照して、６００℃および７００℃のそれぞれの作動温度での水素感度について、センサー感度例が説明される。
【００３２】
図９を参照して、温度の関数として３．５％Ｈ２について、センサー感度例が説明される。安全上の理由で、実験室試験は、空気中４％を下回る水素濃度を試験することに制限され得る。しかしながら、水素センサー２０５は、もっと広い範囲の水素を測定し得る。
【００３３】
図１０を参照して、センサー応答例が説明される。一実施態様において、水素センサー２０５は、加湿窒素のバックグラウンドにおいて０％〜３０％の水素濃度で試験される（引火性条件を避けるため、酸素は０％で保持する）。感度は、シグナル飽和の証拠なしに、この全体の濃度範囲にわたり観察された。図１０に説明されるように、６５０℃で測定される、最大３０％Ｈ２の応答が説明される。
【００３４】
図１１を参照して、ガス測定ユニット（ＧＭＵ）例１１００が説明される。センサー１１２０は、高温および放射線耐久性ターミナルブロックおよびセンサーワイヤに接続する電気コネクターを有する、ステンレス鋼または同等のボックス１１０２内にマウントされ得る。センサー１１２０は、図２の説明において上で参照される、センサー２０５、２０６、２０８、２０９、２１０、および２１１のいずれかを包含し得る。ＧＭＵ例１１００は、地震性テーブル上にマウントされ、リヒタースケール１２の地震シミュレート条件下で試験された。この態様において、地震性条件は、周囲条件下で実施された。０％、１％、および２％水素に対する応答が地震性試験の前および後で集められ、センサーアウトプットが周囲条件下で試験の全体にわたって連続して測定された。
【００３５】
図１２Ａ〜１４Ｂを参照して、センサー結果例が説明される。図１２Ａ〜１４Ｂは、地震性暴露後の、異なるセンサーアウトプットを説明する。すべてのセンサーは、シグナル損失または損傷なしに、すべての試験にわたり安定なままであった。それぞれのセンサーについて、実行結果は生のアウトプット（すなわちセンサー抵抗アウトプット）の観点から示され、水素または酸素の濃度が報告された。図１２Ａ〜１４Ｂはデータにおけるいくらかのノイズを示すが、地震性暴露は試験結果に影響を与えなかった。図１２Ａおよび１２Ｂは、高温水素センサー２０５からの水素濃度（１２Ｂ）および対応するセンサー抵抗（１２Ａ）を説明する。図１３Ａおよび１３Ｂは、低温水素センサー２０６からの水素濃度（１３Ｂ）および対応するセンサー抵抗（１３Ａ）を説明する。図１４Ａおよび１４Ｂは、酸素センサー２０９からの酸素濃度（１４Ｂ）および対応するセンサーシグナル（１４Ａ）を説明する。
【００３６】
図１５Ａおよび１５Ｂを参照して、センサー結果例が説明される。一実施態様において、センサー２０５、２０６、２０８、２０９、２１０、および２１１は、ガス監視システム１００のロバスト性を確かめるため高いレベルの放射線にさらされる。高温水素センサー２０５についての線量率試験の結果は、０ｋＧｙ／時間〜１０ｋＧｙ／時間の段階的な放射線暴露にわたり、安定なセンサーパフォーマンスを示す。
【００３７】
アルゴリズム４０２の開発に加え、放射線、地震、および毒作用試験条件下でのセンサー試験は、ガス監視システム１００中に組み込まれ得る新しいコンセプトを発生させた。一酸化炭素は、燃料が反応炉からリークし格納構造のコンクリートの床および壁に接触する事故条件下で、核格納内に放出され得る。上記のとおり、一酸化炭素センサーとしての使用のために適応される水素センサー２０５、２０６は、一酸化炭素に対し強い感度を示し、水素を検出する応答と同様に、電気抵抗において大きな低下を示し得る。Ｈ２およびＣＯ応答の分離は単一のＧＭＵ内で可能でないかもしれないが、格納内の複数のＧＭＵの戦略的な設置は、Ｈ２およびＣＯを区別するために使用され得る。あるいは、ＧＭＵは、総量可燃性ガス濃度（すなわちＨ２およびＣＯの濃度）を示す、総量ガスセンサーとしても使用され得る。なぜなら、いずれも引火性であり事故条件を示し得るためである。かかるＧＭＵは、事故の軽減のために使用され得る。
【００３８】
図１６を参照して、センサー感度例が説明される。図１６は、ヨウ化セシウムに対するセンサー２０５感度を説明する。センサー２０５応答は、ヨウ化セシウムが電気的に導電性であり得ることを示し、説明されるように、応答は、センサー表面上に付着しインターデジタル電極（ＩＤＥ）を横断する導電路を形成するＣｓＩによりもたらされ得ることを示す。ブランクＩＤＥ（水素選択的コーティングのない）が試験され、同様の応答をもたらした。その結果、センサー２０５はＣｓＩセンサーとして採用され得る。
【００３９】
それと反対に明確に言及しない限り、添付の特許請求の範囲を包含する本明細書中に明記される数値パラメーターは、態様例に応じて獲得されるよう求められる所望の特性により変化し得る近似値である。最低限でも、クレームの範囲に対し均等論の原則の適用を制限しようとする試みとしてではなく、各数値パラメーターは少なくとも、報告された有効桁の数に照らして、かつ通常の丸め技術を適用することによって、解釈されるべきである。
【００４０】
本発明の広い範囲を示す数値範囲およびパラメーターは近似値ではあるが、特定の実施例中に示される数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、いずれの数値も、それらのそれぞれの試験測定において見出される標準偏差から必然的に生ずるある誤差を本質的に含有する。
【００４１】
さらに、態様例を示すことにより、システム、方法、および装置例を説明しており、態様例がかなり詳しく記載され説明されているが、添付の特許請求の範囲をかかる詳細に制限またはいかなる方法においても限定する意図はない。ここで記載するシステム、方法、および装置を記載する目的のために、思いつく限り全てのコンポーネントまたは方法の組み合わせを記載することは、もちろん、可能でない。本出願の利益に関し、さらなる利点および修正は当業者に容易に明らかになるであろう。したがって、本発明は、そのより広い観点において、示され述べられる特定の詳細および例証的な例および態様例に限定されない。その結果、一般的な発明の概念の趣旨または範囲から逸脱することなく、かかる詳細からの逸脱を行うことができる。そのため、本出願は、添付の特許請求の範囲内に入る変更、修正、および変形を包含することを意図される。前述の記載は、本発明の範囲を限定することを意味されない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって決定される。
【００４２】
明細書および特許請求の範囲で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、複数形を包含する。「包含する（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」または「包含する（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語が、詳細な記載または特許請求の範囲で採用される範囲は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語が特許請求の範囲で転換語として用いられる場合に解釈されるように、包括的な範囲に及ぶことが意図される。さらに、「または」という用語が、特許請求の範囲において採用される範囲において（例えば、ＡまたはＢ）、「ＡもしくはＢまたはその両方」を意味することが意図される。出願人が、「ＡまたはＢのみであり、両方ではない」を示すことを意図する場合は、「ＡまたはＢのみであり、両方ではない」という用語を採用するだろう。同様に、出願人が、ＡまたはＢの「１つおよび１つのみ」、またはＣを示すことを意図する場合、出願人は、ＡまたはＢの「１つおよび１つのみ」という用語を採用するだろう。また、「中（ｉｎ）」または「中に（ｉｎｔｏ）」という用語が、本明細書または特許請求の範囲において使用される範囲は、「上（ｏｎ）」または「上に（ｏｎｔｏ）」をさらに意味することが意図される。「選択的に」という用語が、本明細書または特許請求の範囲において使用される範囲は、装置の使用者が、装置の使用において必要であるか、または所望される構成要素の機構または機能を起動し得るか、または機能停止させ得る構成要素の状態を指すことが意図される。「作動的に連結される」という用語が、本明細書または特許請求の範囲で使用される範囲は、特定の構成要素が、指定された機能を実行するように連結されることを意味することが意図される。最後に、「約」という用語が数字と併せて使用される場合、その数字の±１０％を含むことが意図される。言い換えると、「約１０」とは、９〜１１を意味し得る。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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