利用光纖線纜中的應力誘導的雙折射變化的核輻射劑量計的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明通常涉及核輻射劑量計設備和方法，該核輻射劑量計設備和方法用于測量和監測由核反應堆容器以及相關的部件和結構接收到的中子劑量。特別是，所述設備和方法包括測量在光纖線纜中產生的光學應力雙折射模式的變化。更特別地，所述設備和方法不需要使用放射性材料。
【背景技術】
[0002]輻射照射量數據可用在評估和管理與商業核電站中的輕水核反應堆的操作有關的各種問題中。例如，輻射注量數據可輔助確定反應堆部件是否適合連續操作，或者替換是否是必要的。因此，對于核工業而言，其渴望有可利用的設備和方法以準確并且及時地獲得核反應堆的輻射照射量數據。
[0003]本領域中存在各種已知的設備和方法，用于測量和監測核電站中的反應堆容器以及相關的部件和結構接收的中子劑量。這些已知的設備和方法典型地依賴利用選定物質的輻射損傷估計或中子活化以產生具有良好特征衰變輻射方案的放射性材料的技術，從而確定接收到的總中子照射量。此外，這些已知的設備和方法需要處理和使用放射性材料，以收集和/或分析測量數據。
[0004]例如，在核電站關機期間，放射性材料可以被安裝在關鍵位置處的反應堆容器中，并且保留在其中，用于核電站的下一個循環的操作。在操作期間，放射性材料吸收通過反應堆容器的中子。在操作循環之后，在下一個補給燃料停機期間，放射性材料被取出并且被評估，以確定與在核電站操作期間包含在反應堆容器中的放射性材料相互作用的中子數。基于該信息，可以確定關于反應堆容器和/或相關的部件和結構的總中子照射量。
[0005]存在與用于測量和監測反應堆容器中的中子注量的已知設備和方法相關聯的若干缺點，例如需要使用放射性材料吸收中子，以及當包含中子的放射性材料被取出并被分析時，因而發生的對人員的污染照射。
[0006]因此，本領域存在發展用于測量和監測中子劑量的設備和方法的需求，所述設備和方法包括一個或多個如下特征:使用市場上可買到的測量工具，在核反應堆容器外部的位置處獲得測量結果，并且在收集和分析結果時最小化工作人員被放射性污染照射的可能性。
【發明內容】
[0007]—方面，本發明提供了一種在核電站中的預選位置處測量中子注量的設備。預選位置存在中子。該設備包括具有一定長度的光纖線纜和外表面，該外表面形成延伸貫穿光纖線纜長度的腔。腔可以包括在腔中形成的一個或多個纖芯。該設備還包括基本均勻地包含在腔內的中子敏感材料。中子敏感材料可以基本均勻地包含在一個或多個纖芯中的每一個中。中子敏感材料有效地至少部分吸收通過光纖線纜的中子，以產生氣體。氣體可選自由氫氣、氦氣及氫氣和氦氣的混合物組成的組。該設備也包括用于測量由于光纖線纜中的氣體壓力積聚而產生的光學應力雙折射模式的變化的光學測量工具，以及用于確定所述一個或多個纖芯中的氣體量和被中子敏感材料吸收的中子量以確定預選位置中的中子注量的裝置(means)。
[0008]在某些實施例中，中子敏感材料是鋰_6，并且鋰-6至少部分地吸收中子，以產生一個或多個氫原子和一個或多個氦原子。
[0009]此外，在某些實施例中，在不采用放射性材料的情況下獲得中子注量測量結果。
[0010]另一方面，本發明提供了一種在核電站中的預選位置處測量中子注量的方法。該方法包括獲得具有外部圓柱形表面和內部腔的光纖線纜。內部腔中形成有一個或多個纖芯。中子敏感材料被基本均勻地引進一個或多個纖芯內。此外，該方法包括將一個或多個中子通過光纖線纜，使得中子敏感材料吸收一個或多個中子并且產生氣體，該氣體選自由氫氣、氦氣及氫氣和氦氣的混合物組成的組。該方法還包括在光纖線纜被安置在預選位置處之前獲得光纖線纜的第一光學應力雙折射模式，在光纖線纜被安置在預選位置處之后獲得光纖線纜的第二光學應力雙折射模式，測量由于氣體壓力積聚而在光纖線纜中產生的光學應力雙折射模式的變化，并且確定光纖線纜中的氣體量和被中子敏感材料吸收的中子數，從而確定在預選位置處的總中子照射量。
【附圖說明】
[0011]當結合附圖閱讀以下對優選實施例的描述時，可獲得對本發明的進一步理解，其中:
[0012]圖1A根據本發明的某些實施例示出了，在反應堆容器附近安裝光纖線纜之前，具有傳感器I和傳感器2的光纖線纜在大氣壓力下的一種預期的光學雙折射模式。
[0013]圖1B根據本發明的某些實施例示出了，在核電站的操作循環期間，圖1A中的光纖線纜在暴露于反應堆容器附近的中子之后的一種預期的光學雙折射模式。
[0014]圖2根據本發明的某些實施例示出了，氣體壓力相對起反應的鋰的分數比例(fract1nal percentage)的圖。
【具體實施方式】
[0015]本發明涉及用于測量反應堆容器和/或與之有關的部件和/或結構中的中子注量的設備和方法。這些設備和方法包括光纖線纜的使用。此外，這些設備和方法排除了放射性材料的使用。例如，在不采用放射性材料的情況下構造設備。本發明通過測量在光纖線纜中產生的光學應力雙折射模式的變化來測量中子注量。
[0016]通常，根據本發明，光纖線纜被安裝在期望測量中子注量的預選位置中。典型地，多個光纖線纜被安裝。光纖線纜具有預定的長度。多個光纖線纜的長度可以是相同的或不同的。預選位置包括，例如核電站中的反應堆容器和/或相關的部件和/或結構。在某些實施例中，相關的部件和結構包括安全殼建筑物和安置其中的設備。此外，在某些實施例中，通過將本發明的光纖線纜安裝在位于反應堆容器外部的相關部件或結構中，可以從反應堆外部的位置測量反應堆容器中的中子注量，使得通過反應堆容器的中子量被測量。
[0017]光纖線纜包括至少具有一個或多個纖芯處于腔內的中空腔。該一個或多個纖芯包含(例如，至少被部分填充有)中子敏感材料。存在于預選位置中的中子通過光纖線纜，并且至少部分地被安置其中的中子敏感材料吸收。中子與中子敏感材料之間的相互作用在光纖線纜的腔內產生了氣體積聚，該氣體積聚引起腔內壓力的變化(例如，增加)。光纖線纜的腔中的壓力的變化產生了光纖線纜中的應力分布的變化。通過測量由光纖線纜的腔中的壓力的變化產生的應力光學雙折射模式的變化，可以推斷出氣體量，并且因此推斷出被吸收在中子敏感材料中的中子數。這將依次容許確定預選位置的總中子照射量。
[0018]適合在本發明中使用的光纖線纜可選自本領域已知的那些光纖線纜。如上所描述的，光纖線纜是中空的。因此，外表面(例如，圓柱形形狀)形成內部腔。此外，光纖線纜的長度可以改變。內部腔包括一個或多個纖芯。內部腔和一個或多個纖芯延伸貫穿光纖線纜的長度。
[0019]適合在本發明中使用的中子敏感材料可選自本領域已知的那些中子敏感材料。如上所描述的，中子敏感材料對于吸收中子是有效的。在某些實施例中，中子敏感材料是鋰-6。中子和中子敏感材料之間的相互作用引起氣體的產生，氣體的產生導致光纖線纜的腔中的壓力的積聚。在某些實施例中，可以產生氫原子、氦原子或氫原子和氦原子的混合物。
[0020]本領域已知的是，從光纖線纜獲得的光學雙折射模式可以作為所施加應力的函數以可預測的方式變化。在本發明的某些實施例中，利用白光干涉測量技術可以容易地確定作為線纜中的應力分布變化的函數的雙折射模式的變化。例如，由Wojte