用于核反應堆的中子探測系統的制作方法
【專利摘要】中子探測系統(300，400，500，600，700，800)可以包括位于反應堆容器(2)的外部的中子探測裝置(325，425，525、625，725，825)。中子探測裝置可以構造成探測在反應堆容器內產生的中子。位于反應堆容器和安全殼中間的安全區域(14、414，514、614，714，814)可以構造成容納安全介質。中子路徑裝置(475，575、675，775，875)可以至少部分地位于反應堆容器和安全殼之間，并且中子路徑裝置可以構造成通過容納在中子路徑裝置內的中子路徑介質(430，530、630，730，830)提供通向中子探測裝置的中子路徑(440，540、640，740，840)。與中子路徑介質相關聯的中子衰減系數可以小于與安全介質相關聯的中子衰減系數。
【專利說明】用于核反應堆的中子探測系統
[0001 ]相關申請的交叉參考
[0002]本申請要求享有2013年12月26日提交的美國臨時申請N0.61/921,037和2014年4月I日提交的美國非臨時申請N0.14/242，677的優先權。
技術領域
[0003]本申請涉及發電領域，所述發電領域涉及反應堆系統，所述反應堆系統使用中子源和/或中子探測器來操作。
【背景技術】
[0004]裂變型核反應堆可以構造成使用中子減速劑使通過核裂變所產生的中子慢下來或變緩和，以便增大燃料源的橫截面。增大的橫截面繼而可以增加可引起裂變事件而不是由燃料源捕獲的中子數，并且從而傳播隨之而來的裂變事件的鏈式反應。
[0005]熱中子是自由中子，所述自由中子可以例如在近似17攝氏度的溫度下在與減速劑中的原子核大量碰撞之后具有大約0.025eV的動能和/或2.2km/s的速度。熱中子典型地比快中子具有明顯更大的相互作用的橫截面，并且因此可以被更加容易地吸收。
[0006]不同類型的中子減速劑、減速劑溫度、燃料橫截面和/或燃料溫度的組合會影響在反應堆起動期間和/或在反應堆操作期間可實現的裂變速率。例如，燃料溫度的升高可以提高燃料的超熱中子的速率并且提供可以用于控制反應堆的功率級的負反饋。另外，減速劑溫度的變化也可以用于提供負反饋。
[0007]構造成發出中子的裝置例如中子源可以借助考慮到的多個不同的參數來設計。例如，中子源設計參數依據中子源的和/或反應堆的特定應用可以包括發出的中子的能量、中子的發射速率和/或其它參數。
[0008]通過燃料產生的自發裂變事件對于用某些類型的反應堆監測儀器探測而言會是太弱的。在不知道反應堆芯處或附近的裂變事件的水平和/或中子通量的水平的情況下起動反應堆會被稱為“盲區”起動，這在各種監管和/或操作要求下會是不允許的。
[0009]在操作反應堆時由熱中子通量引起的中子捕獲會改變同位素的成分并且減少中子源的使用壽命。因此，中子源會每隔一定時間被改變或被替換以確保保留有在起動期間和/或在操作期間發出的足夠的中子數。雖然被認為惰性的某些類型的中子源會比活躍的中子源更便宜，但是最初缺乏來自惰性中子源的足夠的中子通量會導致盲區起動。另外，位于反應堆芯處或附近的某些類型的中子探測器可以構造成在反應堆操作期間探測較高水平的中子，并且會對探測較低水平的中子和/或對準確地測量例如在反應堆停止時或在反應堆停堆時的反應性是不足夠敏感的。
[0010]沒有和/或失去在反應堆操作的一個或多個模式中產生足夠中子數的能力的中子源會導致反應堆監測儀器不能探測或確認中子源的存在和/或不能證實相關聯的中子活性。另外，在某些示例中，沒有探測中子活性的水平的能力也能夠影響以下能力，即，監測在堆芯停止、檢查、維護和/或再加燃料期間的不期望的反應性增大的能力。
[0011]本申請解決了這些和其它問題。
【附圖說明】
[0012]圖1示出示例核反應堆模塊。
[0013]圖2示出包括中子源的示例反應堆芯構型。
[0014]圖3示出示例中子探測系統。
[0015]圖4示出另一個示例中子探測系統。
[0016]圖5示出又一個示例中子探測系統。
[0017]圖6示出示例中子探測系統的俯視圖。
[0018]圖7示出示例中子路徑裝置。
[0019]圖8示出又一個示例中子探測系統。
[0020 ]圖9示出探測中子源的示例過程。
【發明內容】
[0021]本文公開的示例中子探測系統可以包括位于安全殼的外部的中子探測裝置。在某些示例中，中子探測裝置可以位于反應堆容器的外部和周圍的安全殼的內部。中子探測裝置可以構造成探測中子，所述中子通過由中子源引起的裂變產生和/或通過在位于反應堆容器內的反應堆芯中發生的裂變產生。另外，處于反應堆容器和安全殼中間的安全區域可以構造成容納安全介質。中子路徑裝置可以至少部分地位于反應堆容器和安全殼之間，并且中子路徑裝置可以構造成提供通向中子探測裝置的中子路徑。可以在中子路徑裝置內包含有中子路徑介質。
[0022]與中子路徑介質相關聯的中子衰減系數可以小于與安全介質相關聯和/或與一個或多個其它介質或結構(包括反應堆容器和/或安全殼)相關聯的中子衰減系數，所述一個或多個其它介質或結構可以位于中子源/反應堆芯和中子探測裝置之間。因此，會能夠夠到和/或通過中子探測裝置測量這樣的中子，即，所述中子可能另外通過安全介質、介質和/或結構被過度地衰減。
[0023]本文公開的示例中子路徑裝置可以包括殼體，所述殼體構造成禁止周圍的介質進入殼體中。另外，殼體可以構造成提供通向中子探測器的中子路徑。容納在殼體中的中子路徑介質可以被維持在部分真空。與維持在部分真空的中子路徑介質相關聯的中子衰減系數可以小于與周圍的介質相關聯的中子衰減系數。
[0024]本文公開的示例設備可以包括用于通過中子路徑傳送中子的裝置。中子路徑可以包括中子路徑介質。所述設備還可以包括用于探測通過中子路徑傳送的中子數的裝置。所述用于探測的裝置可以位于反應堆容器的外部，并且位于反應堆容器和周圍的安全殼中間的安全區域可以構造成容納安全介質。與安全介質相關聯的中子衰減系數可以大于與中子路徑介質相關聯的中子衰減系數。
[0025]本文公開了探測中子的示例過程。中子可以沿著至少部分地位于中子路徑裝置內的中子路徑行進。中子路徑裝置可以構造成提供通向中子探測器的中子路徑。中子路徑裝置可以包括和/或包含第一介質。通過中子路徑產生的、放射的和/或傳送的中子數可以通過中子探測器探測。中子數可以與閾值相比較。中子探測器和/或處理裝置可以構造成至少部分地基于中子數而推斷反應堆的功率級、反應性和/或倍增因數(Krff)。推斷出的功率級、反應性和/或倍增因數可以用于判定是否開始反應堆起動。
[0026]對以上示例的理解將從以下參照附圖的詳細說明而變得更加容易顯而易見。
【具體實施方式】
[0027]本文公開的和/或涉及的各種示例可以與在美國申請N0.11/941，024和/或美國申請N0.12/397，481中找到的一個或多個特征一致地或協力地操作，所述美國申請的整個內容通過參考包含于此。
[0028]圖1示出示例核反應堆模塊5，其包括由反應堆壓力容器2包圍的反應堆芯6。在反應堆壓力容器2中的冷卻劑10包圍反應堆芯6。反應堆芯6可以位于護罩22中，所述護罩22圍繞反應堆芯6的側面包圍反應堆芯6。當冷卻劑10由于裂變事件而通過反應堆芯6加熱時，冷卻劑10可以從護罩22被向上指引到位于反應堆芯6上方的環形部23中而指引出立管24。這會使得額外的冷卻劑10被抽吸到護罩22中以繼而由反應堆芯6加熱，所述反應堆芯6將更多的冷卻劑10抽吸到護罩22中。從立管24出現的冷卻劑10可以被冷卻下來而朝向反應堆壓力容器2的外側指引，并且繼而通過自然循環返回到反應堆壓力容器2的底部。隨著冷卻劑10被加熱，可以在反應堆壓力容器2中產生加壓蒸氣11(例如，蒸汽)。
[0029]熱交換器35可以構造成使給水和/或蒸汽在二次冷卻系統30中循環，以便借助渦輪32和發電機34發電。在某些示例中，給水穿過熱交換器35并且可以變成過熱蒸汽。二次冷卻系統30可以包括冷凝器36和給水栗38。在某些示例中，在二次冷卻系統30中的給水和/或蒸汽保持與在反應堆壓力容器2中的冷卻劑10隔離，使得所述給水和/或蒸汽和所述冷卻劑不允許彼此混合或不允許彼此直接接觸。
[0030]反應堆壓力容器2可以由安全殼4包圍。在某些示例中，安全殼4可以被放置在水池中，例如，如位于地平面之下。安全殼4構造成禁止釋放與反應堆壓力容器2相關聯的冷卻劑10而禁止所述冷卻劑泄漏到安全殼4的外側和/或泄漏到周圍環境中。在緊急狀況下，蒸氣11可以從反應堆壓力容器2通過閥8排放到安全殼4中，并且/或者冷卻劑10可以通過泄料閥18釋放。蒸氣11和/或冷卻劑10釋放到安全殼4中的釋放速率可以根據反應堆壓力容器2內的壓力而改變。在某些示例中，與反應堆芯6相關聯的衰變熱可以通過在安全殼4的內壁上的蒸氣11的凝結組合和/或通過抑制冷卻劑10通過泄料閥18釋放而被至少部分地去除。
[0031]安全殼4可以具有大約圓筒形的形狀。在某些示例中，安全殼4可以具有一個或多個橢圓體的、圓頂狀的或球形的端部。安全殼4可以被焊接或以其它方式密封到環境，使得液體和/或氣體不允許從安全殼4泄漏或不允許進入安全殼4中。在各示例中，反應堆壓力容器2和/或安全殼4可以被底部支撐、被頂部支撐、圍繞其中心被支撐或以上述方式的任何組合被支撐。
[0032]反應堆壓力容器2的內表面可以暴露于潮濕環境，所述潮濕環境包括冷卻劑10和/或蒸氣11，并且反應堆壓力容器2的外表面可以暴露于基本干燥的環境。反應堆壓力容器2可以包括不銹鋼、碳鋼、其它類型的材料或復合材料或它們的任何組合和/或由不銹鋼、碳鋼、其它類型的材料或復合材料或它們的任何組合制成。另外，反應堆壓力容器2可以包括包層和/或絕緣。
[0033]安全殼4可以基本包圍在安全區域14內的反應堆壓力容器2。在某些示例和/或操作模式中，安全區域14可以包括干燥的、空心的和/或氣態的環境。安全區域14可以包括一定量的空氣、諸如氬氣的氣體、其它類型的氣體或它們的任何組合。在某些示例中，安全區域14可以被維持在大氣壓力處或以下，例如，被維持在部分真空。在其它示例中，安全區域14可以被維持在基本完全的真空。在安全殼2中的任何一種或多種氣體可以在反應堆模塊5操作之前被抽空和/或去除。
[0034]某些氣體可以被認為在核反應堆系統內經歷的操作壓力下是不可凝結的。例如，這些不可凝結的氣體可以包括氫氣和氧氣。在應急操作期間，蒸汽可以與燃料棒起化學反應以產生較高的氫氣水平。當氫與空氣或氧混合時，這可以產生可燃混合物。通過從安全殼4去除空氣或氧的基本部分，允許混合的氫和氧的量可以被最小化或被消除。
[0035]當檢測應急狀態時，可以去除或放出存在于安全區域14中的任何空氣或其它氣體。從安全區域14放出或排空的氣體可以包括不可凝結的氣體和/或可凝結的氣體。可凝結的氣體可以包括排放到安全區域14中的任何蒸汽。
[0036]在應急操作期間，鑒于蒸氣和/或蒸汽可以排放到安全區域14中，僅微不足道的量的不可凝結的氣體(例如，氫氣)可以排放或釋放到安全區域14中。可以能夠從實踐的角度假定，基本沒有不可凝結的氣體與蒸氣一起釋放到安全區域14中。因此，在某些示例中，基本沒有氫氣與蒸氣一起排放到安全區域14中，使得與會存在于安全區域14內的任何氧氣一起的氫氣的水平和/或量被維持在不可燃的水平處。另外，可以在不使用消氫器的情況下維持該不可燃的氧氫混合物的水平。
[0037]通常在約50托(50mmHG)的絕對壓力下發生空氣中的對流傳熱的去除，然而可以在約300托(300mmHG)的絕對壓力下觀察到對流傳熱的減少。在某些示例中，安全區域14可以具有300托(300mmHG)的壓力或維持在300托(300mmHG)的壓力以下。在其它示例中，安全區域14可以設有50托(50mmHG)的壓力或維持在50托(50mmHG)的壓力以下。在某些示例中，安全區域14可以具有這樣的壓力水平和/或維持在這樣的壓力水平處，S卩，所述壓力水平在反應堆壓力容器2和安全殼4之間基本禁止全部對流傳熱和/或傳導傳熱。可以通過操作真空栗、蒸汽-空氣噴射器、其它類型的抽空裝置或它們的任何組合來提供和/或維持完全的或部分的真空。
[0038]通過將安全區域14維持在真空或部分真空中，安全區域14內的濕氣可以被消除，由此保護電氣和機械部件以防腐蝕或失效。另外，真空或部分真空可以在不使用單獨的栗或高架儲罐的情況下在應急操作(例如，過壓事件或過熱事件)期間操作成將冷卻劑抽吸或牽引到安全區域14中。真空或部分真空也可以在再加燃料過程期間操作成提供用冷卻劑10充滿或填充安全區域14的途徑。
[0039]限流器8可以安裝在反應堆容器2上以用于在應急操作期間將冷卻劑10和/或蒸氣11排放到安全殼4中。限流器8可以在不借助諸如管路或連接件的任何介入結構的情況下直接連接或安裝到反應堆壓力容器2的外壁。在某些示例中，限流器8可以被直接焊接到反應堆壓力容器2以將任何滲漏或結構失效的可能性減到最小。限流器8可以包括文丘里流量閥，所述文丘里流量閥構造成將蒸氣11以受控的速率釋放到安全殼4中。由蒸氣11的凝結減小安全殼4中的壓力的速率可以與由排放的蒸氣11將壓力添加到安全殼4的速率大約相同。
[0040]作為蒸氣11釋放到安全殼4中的冷卻劑10可以作為諸如水的液體凝結在安全殼4的內表面上。隨著蒸氣11轉化回到液體冷卻劑，蒸氣11的凝結可以促使安全殼4中的壓力降低。可以通過使蒸氣11凝結在安全殼4的內表面上以去除足夠的熱量來控制從反應堆芯6去除衰變熱。
[0041]凝結的冷卻劑10可以下降到安全殼4的底部并且收集為一小池液體。隨著更多的蒸氣11凝結在安全殼4的內表面上，安全殼4內的冷卻劑10的液面可以逐漸地升高。儲存在蒸氣11和/或冷卻劑10中的熱可以通過安全殼4的壁傳遞到周圍環境。通過從安全區域14基本去除氣體，在安全殼4的內表面上的蒸氣11的初始凝結速率可以借助抽空的氣體而增大。將正常地積聚在安全殼4的內表面處以禁止冷卻劑10凝結的氣體處于這樣較低的水平處或由于冷卻劑10的自然對流而從內表面掃掠，使得凝結速率可以被最大化。凝結速率的增大可以繼而增大通過安全殼4傳熱的速率。
[0042]安全區域14內的真空可以在反應堆模塊的正常操作期間充當一種類型的熱絕緣，由此留住反應堆壓力容器2中的熱和能量，在該處熱和能量可以繼續被用于發電。結果，在反應堆壓力容器2的設計中可以使用較少的材料絕緣。在某些示例中，代替常規熱絕緣或除了常規熱絕緣以外，可以使用反射絕熱。反射絕緣可以被包含在反應堆壓力容器2或安全殼4中的一個或二者上。反射絕緣與常規熱絕緣相比可以更加耐得住水損害。另外，在應急狀態期間，反射絕緣可以不阻礙從反應堆壓力容器2與常規熱絕緣差不多那樣傳熱。例如，反應堆壓力容器2的不銹鋼外表面可以與處于安全區域14中的任何冷卻劑直接接觸。
[0043]中子探測裝置25示出為被安裝到安全殼4的外部。中子探測裝置25可以被定位在近似堆芯高度處。中子探測裝置25可以構造成探測在反應堆芯6處或附近產生的中子。探測到的中子可以包括快中子、慢中子、熱化中子或它們的任何組合。在某些示例中，中子探測裝置25可以通過安全區域14而與中子源分離。由中子源和/或反應堆芯6產生的和/或從中子源和/或反應堆芯6發出的中子可以在通過中子探測裝置25探測之前穿過安全區域14。圖2示出包括中子源250的示例反應堆芯構型200。中子源250可以包括這樣的裝置，S卩，所述裝置構造成例如當反應堆包括新燃料棒時提供穩定和可靠的中子源以用于開始核鏈式反應，所述新燃料棒的來自自發裂變的中子通量會另外不足以用于反應堆起動的目的。中子源250可以構造成在起動反應堆期間或當在反應堆停止之后重新起動反應堆(例如，用于維護和/或檢查)時將恒定的中子數提供給核燃料。
[0044]中子源250可以被定位成使得由該中子源250產生的中子通量是可通過反應堆監測儀器探測的。例如，中子源250可以例如代替一個或多個燃料棒210被插入反應堆芯內的有規律間隔開的位置中。當反應堆停止時，中子源250可以構造成誘導信號，所述信號可以通過反應堆監測儀器探測。在某些示例中，在次臨界反應堆中的中子通量的平衡水平可以取決于中子源250的強度。中子源250可以構造成提供最低水平的中子發射以確保可以例如在反應堆起動期間監測反應堆水平。
[0045]控制棒和/或燃料棒210可以構造成至少部分地基于推斷出的反應堆的功率級開始反應堆起動。控制棒中的一個或多個可以在反應堆起動期間從燃料棒210去除，導致反應堆芯變得臨界。在某些示例中，反應堆的功率級可以至少部分地從中子源250發出的中子數和/或額外的中子數推斷出，所述額外的中子由于反應堆芯6(圖1)中的次臨界倍增過程而產生，所述次臨界倍增過程可以響應于由中子源250發射中子而發生。
[0046]圖3示出包括中子探測器325的示例中子探測系統300。在某些示例中，中子探測器325可以構造成與中子探測裝置25(圖1)類似地操作。中子探測器325可以構造成探測正從中子源350和/或正從反應堆芯6發出的中子。另外，中子探測器325可以構造成至少部分地基于探測到的中子數來計算、測量、估算、推斷和/或以其它方式確定反應堆功率級。在某些示例中，中子探測器325可以位于安全殼4的外側上，并且中子源350可以位于反應堆芯6處、反應堆芯6附近或反應堆芯6內。
[0047]如參照圖1所述，反應堆芯6可以位于反應堆容器例如反應堆容器2內。另外，反應堆容器2可以位于安全殼例如安全殼4內。處于反應堆容器2和安全殼4之間的空間例如安全區域14可以用一種介質和/或多種介質填充或至少部分地填充。介質可以包括空氣或諸如氮氣的氣體或由空氣或諸如氮氣的氣體組成。在某些示例中，介質可以包括部分真空或完全真空和/或被維持在部分真空或完全真空。在又一些其它示例中，介質可以包括諸如水的流體，所述流體可以攙有硼酸。
[0048]除了供中子必須行進通過的特定的一種介質和/或多種介質以外，中子源350和中子裝置325之間的距離可以造成中子的衰減路徑340。依據衰減路徑340的長度和/或供中子穿過的一種或多種介質的慢化效應，中子中的某些或全部可以被衰減、被吸收、被熱化和/或被分散。因此，中子裝置會不能探測任何中子或會不能探測足夠的中子數，以便確認存在中子源350和/或確認對于反應堆模塊5的特定操作模式而言例如在反應堆起動、反應堆停止、檢查、維護和/或再加燃料期間產生期望的中子數。
[0049]由中子探測器接收的弱信號對于是否中子源350正確地操作和/或是否需要被替換而言會導致一些歧義并且會影響對起動反應堆模塊5的判定。另一方面，在當會期望反應性較低時的反應堆停止期間，弱信號會掩飾意想不到的反應性增大。就反應性的增大水平而言，可以采取測量以控制反應性，例如，將硼注射到冷卻劑10中。
[0050]在某些示例中，安全區域14可以在包括反應堆起動在內的反應堆模塊的正常操作期間包括部分真空。部分真空可以構造成為反應堆容器2提供熱絕緣，并且可以基本減少反應堆容器2和安全殼4之間的熱量傳遞(對流和/或傳導)的量或基本消除反應堆容器2和安全殼4之間的熱量傳遞(對流和/或傳導)。
[0051]相對于中子從中子源350和/或從反應堆芯6到中子探測器325的流動，包括部分或完全真空在內的第一介質可以比諸如水、空氣、其它類型的液體和/或氣體或它們的任何組合的第二介質對中子具有基本更小的衰減效應。因此，對于相同的衰減距離，如與中子探測器325通過包括氣體和/或液體在內的介質而與中子源350和/或反應堆芯6(例如，具有相同的中子輸出)分離的情況相比，可以通過這樣的中子探測器325探測基本更大的中子數，所述中子探測器325可以通過部分真空至少部分地與中子源350和/或與反應堆芯6分離。
[0052]安全區域14可以包括第一介質310。例如，安全區域14可以在反應堆起動期間包括第一介質310。第一介質310可以在某些操作狀態和/或示例系統中完全填充安全區域14。在其它操作狀態和/或示例系統中，第一介質310可以僅部分地填充安全區域14。在某些示例中，第一介質310可以包括部分真空或完全真空。
[0053]反應堆容器2可以構造成將蒸氣、水、空氣、氣體、液體和/或蒸汽釋放到安全區域14中。例如，限流器8可以構造成在過壓事件和/或較高堆芯溫度狀態期間在反應堆容器2內將冷卻劑10釋放到安全區域14中。釋放到安全區域14中的介質例如冷卻劑10可以促使安全殼4內的操作壓力從部分真空增大到大氣壓力并且最終增大到大氣壓力以上。
[0054]第二介質320可以包括冷卻劑10。在某些示例中，冷卻劑10可以作為蒸汽被釋放到全區域14中并且可以作為液體凝結在安全殼2的內表面上。另外，安全區域14可以構造成用第二介質320填充，并且在安全殼4內的第二介質320的液面可以隨著在反應堆容器2內的相對應的冷卻劑10的液面降低而升高。可以從反應堆容器2釋放的一種或多種介質可以影響中子從中子源350和/或從反應堆芯6到中子探測器325的衰減路徑340。例如，第二介質320可以降低或減少由中子探測器325探測的和/或接收的中子數。在某些示例中，安全殼4可以在再加燃料過程期間用例如第二介質320的介質填充。
[0055]諸如中子源350的中子源的成本和/或復雜性會涉及中子源的強度。例如，產生較高中子數的中子源的成本會多于產生較少中子的中子源的成本。用于反應堆的中子源的選擇會考慮到在一個或多個操作模式期間的期望的衰減路徑。例如，如果特定的操作模式包括存在水或其它類型的液體作為衰減介質，則中子源可以尺寸設定成和/或選擇成使得通過液體傳送的且由中子探測器接收的中子數大于與特定的操作模式相關聯的最小閾值要求。另一方面，某些類型的中子源可以產生比在其它操作模式期間所要求的中子更多的中子，所述其它操作模式可以與諸如空氣、其它類型的氣體和/或部分真空的不同介入介質相關聯。
[0056]與存在諸如第二介質320的特定介質相關聯的操作模式可以不是典型的操作模式。例如，對于反應堆模塊5的操作壽命的大部分而言，安全區域14可以用諸如空氣的氣體填充。對于如果真要發生的話會在反應堆模塊5的總操作壽命的僅一小部分時間上發生的操作模式的中子源的選擇會造成這樣的中子源，即，所述中子源一般而言會產生比所需的中子更多的中子，并且從而所述中子源的成本會多于將另外在大部分操作狀態下合適的中子源的成本。
[0057]某些類型的中子源可以原始上是惰性的或可以被認為是低水平的中子源，并且可以構造成在初始反應堆起動之后開始產生中子。在某些示例中，中子源350可以包括相對惰性或低水平的產生中子的中子源，其可以被安裝在反應堆模塊中，所述反應堆模塊包括將中子源350與中子探測器325分離的氣體和/或部分真空。例如，在反應堆起動處，雖然如此，中子源350可以產生足夠的中子數，所述足夠的中子數至少部分地由于與衰減路徑340相關聯的氣體和/或部分真空介質的較低衰減而超出在中子探測器325處的預定最小閾值。
[0058]在反應堆操作期間，中子源350可以構造成吸收正由臨界反應堆芯6產生的中子并且隨時間轉變成較高水平的中子源。轉變的或高水平的中子源可以繼而產生如與首先用于反應堆起動的低水平中子源相比更多的中子。
[0059]在某些示例中，中子源350可以構造成產生第一中子數并且隨時間可以產生比第一中子數大的第二中子數，所述第一中子數足以用于諸如反應堆起動的第一操作模式的目的，所述第二中子數足以用于第二操作模式。在某些示例中，第二操作模式可以包括核反應堆的全功率操作。另外，第二操作模式可以包括例如在反應堆已經停止之后的隨后的反應堆起動。例如，在隨后的反應堆起動處的中子源350的強度可以大于例如當中子源350首先被使用和/或被安裝到反應堆芯6中時在第一和/或初始反應堆起動處的中子源350的強度。
[0060]當中子探測器通過諸如氣體和/或部分真空的第一介質310而被分離時，第一中子數可以在中子探測器325處足以產生足夠強的信號。當中子探測器325通過諸如液體的第二介質320而與中子源350分離時，第二中子數可以在中子探測器325處足以產生足夠強的信號。第二介質320可以是較強的衰減器，所述第二介質320如與第一介質310相比例如能夠吸收、熱化和/或分散更多的中子。
[0061]在某些示例中，與第一操作模式相關聯的衰減路徑340可以包括通過冷卻劑10和第一介質310的中子的通路。第二操作模式可以包括通過冷卻劑10和第二介質320的中子的通路。另外，衰減路徑340可以包括通過反應堆容器2和安全殼4的相應的壁中的一個或二者的中子的通路。
[0062]中子探測器325可以用于提供關于與反應堆芯6相關聯的功率級的信息。該信息可以通過監測到達中子探測器325的中子數而推斷出。中子探測器325可以構造成當反應堆停止時確定反應堆芯6中的功率級。如與當反應堆處于停止操作模式中時相比，在操作反應堆中，可到達中子探測器325的中子數可以是許多更大的數量級。
[0063]當反應堆停止時，在反應堆芯6中有次臨界倍增的中子。除了設計成產生中子的一個或多個中子源以外，反應堆芯6可以包括其它中子源。例如，當中子產生或“出生”時，中子添加到中子群。每次中子被吸收或從反應堆芯6泄漏，中子可以從反應堆芯6中的中子群減去。雖然中子壽命較短，但是它不是瞬時的，并且結果在任何給定的時間處比中子正出生時可以在反應堆芯6中存在有更多的中子。
[0064]隨著反應堆越來越接近臨界(S卩，在任何給定的時間處正添加的中子數和正減去的中子數是相等的點)，中子的有效的預期壽命延長。中子的有效的預期壽命會考慮到中子與反應堆芯6中的燃料的相互作用，所述燃料繼而產生額外的中子。反應堆越接近臨界，中子越有可能將與燃料起反應。隨著中子的有效的預期壽命延長，反應堆芯6中的活躍中子數(例如，如通過中子通量測量)可以增加，但是正出生的中子數(例如，源中子)可以保持不變。堆芯中的中子數的變化與反應堆達到臨界有多近成反比。在某些示例中，倍增因數可以是非常大的。至少部分地基于中子通量和/或中子群，系統可以推定出反應堆達到臨界有多近。
[0065]另外，基于在任何給定的時間處活著的活躍中子數(例如，中子通量)，系統可以用于控制何時或是否反應堆允許變得臨界。在某些示例中，一個或多個中子源可以被包含在反應堆芯6中以提升正出生的中子的水平，以便使通過次臨界倍增過程產生的中子通量可以大到足以通過中子探測器325監測并且最終允許用于控制反應堆臨界。
[0066]在某些示例中，從中子源產生的少數中子可以通過中子探測器325直接測量。然而，由中子源產生的中子會有助于次臨界裂變的數量和/或有助于在反應堆芯6中出現的中子通量，由此有助于隨后的在反應堆芯6中產生的中子。這些隨后產生的中子會最終通過中子探測器325測量。在某些示例中，由中子源產生的中子可以基于由反應堆芯6中的次臨界裂變引起的隨后產生的中子數而通過中子探測器325間接地測量。圖4示出示例中子探測系統400和示例中子路徑裝置475。中子路徑裝置475可以構造成增強、擴增、倍增和/或以其它方式增加中子數，所述中子數可以在中子探測器425處通過提供中子衰減路徑440而被探測，所述中子衰減路徑440包括衰減路徑介質430，所述衰減路徑介質430如與第二介質420相比可以是較弱的衰減器。第二介質420可以存在于處于反應堆容器壁402外部的安全區域414中。與衰減路徑介質430相關聯的中子衰減系數可以小于與第二介質420相關聯的中子衰減系數。中子衰減系數的相對尺寸和/或值可以用于確定特定介質的總體傾向以分散和/或吸收中子。
[0067]在某些示例中，第一介質410和第二介質420中的一個或二者可以基本包圍中子路徑裝置475。衰減路徑介質430如與第一介質410和/或第二介質420相比可以是較弱的衰減器。例如，與衰減路徑介質430相關聯的中子衰減系數可以小于與第一介質410和第二介質420中的一個或二者相關聯的中子衰減系數。
[0068]衰減路徑介質430可以包括氣體和/或部分真空。在某些示例中，中子路徑裝置475可以被完全地抽空或可以包括基本完全的真空。在其它示例中，衰減路徑介質430可以包括不銹鋼、碳鋼、鋯、鋯合金、其它類型的固體材料或它們的任何組合。中子路徑裝置475可以包括可以位于中子源450和中子探測器425之間的盒、管道、管路和/或其它類型的殼體。例如，中子路徑裝置475可以由不銹鋼、碳鋼、鋯、鋯合金、其它類型的材料或復合材料或它們的任何組合構造和/或包括不銹鋼、碳鋼、鋯、鋯合金、其它類型的材料或復合材料或它們的任何組合。
[0069]中子路徑裝置475可以被安裝到、附裝到或布置到反應堆容器的外壁和/或安全殼的內壁附近。例如，中子路徑裝置475被示出為位于反應堆容器壁402和安全殼壁404之間和/或中間。在某些示例中，中子路徑裝置475可以被焊接到安全殼壁404，并且可以維持中子路徑裝置475和反應堆容器壁402之間的空隙或空間。該空隙可以構造成允許用于使中子路徑裝置475、反應堆容器壁402和/或安全殼壁404在反應堆操作期間熱膨脹。
[0070]中子路徑裝置475可以基本位于安全區域414內。在某些示例中，中子路徑裝置475可以在反應堆容器壁402和安全殼壁404中間完全位于安全區域414內。中子衰減路徑440可以包括在通過中子探測器425探測中子之前從中子源450通過反應堆容器壁402和安全殼壁404中的一個或二者的中子的通路。另外，中子衰減路徑440可以包括通過位于反應堆容器壁40 2內的冷卻劑1的中子的通路。
[0071]在某些示例中，中子路徑裝置475可以構造成穿透反應堆容器壁402和安全殼壁404中的一個或二者以在中子源450和中子探測器425之間提供更加直接的路徑。通過穿透到容器壁402、404中的一個或二者中和/或穿透貫穿容器壁402、404中的一個或二者，可以降低和/或消除容器壁402、404的衰減效應，從而允許用于從中子源450發出的更多的中子到達中子探測器探測425和/或通過中子探測器425探測。在其它示例中，中子路徑裝置475沒有穿透貫穿反應堆容器壁402和安全殼壁404中的一個或二者和/或沒有穿透到反應堆容器壁402和安全殼壁404中的一個或二者中以減少容器貫穿件的數量并且以便避免潛在的泄漏點和/或避免引入可以影響容器的結構完整性的額外設計參數。
[0072]在第一操作模式期間，安全區域414可以基本包括均勻介質。例如，在反應堆模塊的正常操作期間，介質可以包括維持在部分真空的空氣或其它類型的氣體。在某些示例中，初始包含在安全區域414內的介質可以具有與包含在中子路徑裝置475中的衰減路徑介質430基本類似的中子衰減特征。例如，衰減路徑介質430可以包括第一介質410，并且/或者第一介質410可以包括衰減路徑介質430。因此，從中子源450發出的中子通過中子路徑裝置475傳播的方式可以與其它中子通過最初包含在安全區域414內的均勻介質傳播的方式類似。
[0073]在第二操作模式期間，除了第一介質410以外或代替第一介質410，安全區域414可以包括第二介質420。例如，在諸如過壓或高溫事件的應急操作模式期間，反應堆容器可以構造成將蒸氣、蒸汽和/或水釋放到安全區域414中。在某些示例中，第二介質420可以包含和/或可以包括與包含在反應堆容器中的冷卻劑10基本類似的中子衰減特征。
[0074]安全區域414中的壓力會由于釋放的蒸汽、氣體、液體、蒸氣和/或冷卻劑而增大，借助安全區域414產生比大氣壓力狀態更大的壓力。在某些示例中，通過反應堆容器釋放的蒸汽和/或液體的凝結可以促使安全區域414內的液面升高。在第二操作模式期間，第二介質420可以基本包圍中子路徑裝置475或至少圍繞中子路徑裝置475的側面。
[0075]中子路徑裝置475可以被密封。例如，中子路徑裝置475可以被密封成使得將中子衰減路徑440的至少部分維持在部分和/或完全真空。在第一操作狀態和第二操作狀態中的一個或二者下，中子路徑裝置475可以保持密封，使得第一介質410和/或第二介質420不允許進入中子路徑裝置475。類似地，中子路徑裝置475可以構造成在第一和第二操作狀態中的一個或二者期間禁止衰減路徑介質430從中子路徑裝置475釋放和/或維持中子路徑裝置475內的部分和/或完全真空。
[0076]通過在多個反應堆操作模式下維持中子衰減路徑440具有基本恒定的中子衰減特征，中子源450和/或中子路徑裝置475可以構造成不管操作狀態如何和/或不管安全區域414內的周圍介質如何而將基本連續的、可靠的和/或均勻的中子通量水平提供到中子探測器425。因此，中子源450可以被選擇成和/或尺寸設定成提供足夠的中子數，所述中子數可以通過中子衰減路徑440通過中子探測器425探測。
[0077]通過利用用于將中子衰減量減到最小的中子衰減路徑440的介質和/或抽空狀態，可以選擇較小的和/或較便宜的中子源。例如，較低功率的中子源可以持續產生足夠的中子數，所述中子數可以在反應堆的任何操作狀態下通過中子探測器425探測。另外，通過作為較低功率的中子源來選擇中子源450和/或設定中子源450大小，例如在包括多個反應堆模塊的模塊化反應堆設計中，在相鄰的反應堆模塊及其相應的核探測器之間的中子串擾可以被最小化和/或被消除，這可以促使在每個中子探測器處測量更加準確的中子通量。
[0078]圖5示出示例中子探測系統500和示例中子路徑裝置575。中子路徑裝置575可以構造成增強、擴增、倍增和/或以其它方式增加中子數，所述中子數在中子探測器525處通過提供中子衰減路徑540而被探測，所述中子衰減路徑540包括衰減路徑介質530，所述衰減路徑介質530如與關聯于安全區域514的介質520相比可以是較弱的衰減器。在某些示例中，介質520可以基本包圍中子路徑裝置575。衰減路徑介質530如與介質520相比可以是較弱的衰減器。
[0079]衰減路徑介質530可以包括與對于衰減路徑介質430(圖4)所述的那些類似的氣體、液體和/或固體材料。在某些示例中，中子路徑裝置575可以被部分地或完全地抽空，并且可以包括如對于中子路徑裝置475所述的一種或多種材料。
[0080]中子路徑裝置575被示出為穿透反應堆容器壁502和安全殼壁504中的一個或二者以在中子源550和中子探測器525之間提供更加直接的路徑。通過穿透到容器壁502、504中的一個或二者中和/或穿透貫穿容器壁502、504中的一個或二者，可以降低和/或消除反應堆容器壁502和/或安全殼壁504的衰減效應，從而允許用于從中子源550發出的更多的中子到達中子探測器525和/或通過中子探測器525探測。
[0081]安全區域514可以在一個或多個操作模式期間包括介質520。在某些示例中，介質520可以基本包圍中子路徑裝置575或至少圍繞中子路徑裝置575的側面。中子路徑裝置575可以構造成使得介質520不允許進入中子路徑裝置575并且衰減路徑介質530不允許從中子路徑裝置575離開。因此，中子源550可以被選擇和/或尺寸設定成提供足夠的中子數，所述中子數可以通過中子衰減路徑540通過中子探測器525探測。另一方面，中子源550可以被選擇和/或尺寸設定成使得中子將不通過介質520探測。
[0082]在某些示例中，中子路徑裝置575可以通過反應堆容器壁502突出到包含在反應堆內的冷卻劑10中。衰減路徑介質530如與冷卻劑10相比可以是較弱的衰減器。中子衰減路徑540可以在中子源550和中子探測器525之間部分地或完全地延伸。類似地，中子衰減路徑540可以被部分地或完全地包含在中子路徑裝置575內。
[0083]在某些示例中，由中子源550產生的和/或發出的且由中子探測器525經由中子衰減路徑540接收的中子的衰減可以通過中子路徑裝置575和/或通過衰減路徑介質530完全地或基本完全地衰減。另外，中子路徑裝置575、中子探測器525和/或中子源550可以被一起制造和/或組裝為單元化的或物理上成一體的中子探測裝置。
[0084]反應堆容器壁502和安全殼壁504之間的距離可以是幾米。類似地，中子路徑裝置575的長度可以是幾米。在某些示例中，中子路徑裝置575和/或中子衰減路徑540的長度可以是介于一米和四米之間。中子路徑裝置575的寬度和/或直徑可以是例如介于約五厘米和二十五厘米之間的幾厘米。本文預料到更長或更短的長度和/或寬度。
[0085]中子路徑裝置575的總體積可以改變和/或對安全區域514內的介質520的位移有影響，并且/或者可以降低或增強反應堆冷卻系統和/或應急堆芯冷卻系統的冷卻速率。
[0086]中子路徑裝置575可以構造成使與反應堆冷卻系統和/或應急堆芯冷卻系統相關聯的空間體積位移。中子路徑裝置575和相關聯的位移的空間體積可以減少這樣的水和/或冷卻劑庫存量，即，所述水和/或冷卻劑庫存量可以是對于以其它方式實現冷卻系統的適當功能所需要的水和/或冷卻劑庫存量。在某些示例中，減少的冷卻劑庫存量類似地可以減少對于將水/冷卻劑液面維持在反應堆芯之上所需的水和/或冷卻劑量。減少的冷卻劑庫存量可以減少在反應堆容器內產生自然循環冷卻圈所需的水和/或冷卻劑量。另外，位移的空間體積可以增大與冷卻系統相關聯的靜水壓頭。
[0087]在某些示例中，中子路徑裝置575可以構造成至少部分地基于中子路徑裝置575的組分而增大與冷卻系統相關聯的冷卻速率。例如，中子路徑裝置575的組分可以包括將新材料和/或幾何結構引入出現傳熱的一個或多個位置中。中子路徑裝置575的組分可以在冷卻系統操作期間或之后增大總熱傳導和/或表面積以調節(例如，增大或降低)冷卻速率。
[0088]圖6示出示例中子探測系統600和示例中子路徑裝置675的俯視圖。中子路徑裝置675可以構造成在中子源650和中子探測器625之間提供中子衰減路徑640。在某些示例中，中子路徑裝置675可以構造成通過位于反應堆容器602和安全殼604中間的安全區域614提供擴大的中子路徑。
[0089]中子衰減路徑640可以包括接近和/或面對中子源650的擴大的第一端部和接近和/或面對中子探測器625的窄小的第二端部。例如，中子衰減路徑640和/或中子路徑裝置675的第二端部的寬度可以近似等于中子探測器625的寬度。在某些示例中，中子路徑裝置675和/或中子衰減路徑640的至少部分可以是錐形的、梯形的、漏斗形的、金字塔形的、圓錐形的或它們中的某些組合。擴大的中子路徑可以構造成更加高效地捕獲、探測和/或傳送正從中子源650產生的和/或發出的更大的中子數。
[0090]本文所述的中子探測器中的一個或多個可以包括傳感器、劑量計、計量器、指示器、接收器、發送器、其它類型的探測裝置或它們的任何組合。另外，中子探測器中的一個或多個可以包括諸如處理裝置660的一個或多個處理裝置和/或其它類型的反應堆儀表、連接到諸如處理裝置660的一個或多個處理裝置和/或其它類型的反應堆儀表和/或構造成與諸如處理裝置660的一個或多個處理裝置和/或其它類型的反應堆儀表通信。
[0091]在某些示例中，諸如中子路徑裝置675的多個中子路徑裝置和諸如中子探測器625的相對應的中子探測器可以定位和/或布置在諸如中子探測系統600的中子探測系統中。例如，兩個、三個或四個中子路徑裝置和/或中子探測器可以分別圍繞反應堆容器602布置在約180度的間隔、120度的間隔或90度的間隔處。
[0092]中子路徑裝置675可以包括安全支撐結構、支柱和/或對準裝置和/或與所述安全支撐結構、支柱和/或對準裝置成一體以用于組裝反應堆容器602和/或安全殼604。例如，中子路徑裝置675可以構造成既提供中子衰減路徑640又構造成結構上連接和/或支撐安全殼604內的反應堆容器602。兩個或更多個具有與中子路徑裝置675類似形狀的結構可以用于支撐反應堆容器602，但是在某些示例中所述結構中的僅一個可以用于提供中子衰減路徑640。
[0093]圖7示出示例中子路徑裝置700。在某些示例中，中子路徑裝置700可以與先前所述的中子路徑裝置中的一個或多個類似地布置、安裝、附裝和/或利用。中子路徑裝置700可以包括一系列分段的隔間，例如，第一隔間710、第二隔間720和第三隔間730。在某些示例中，第一隔間710和第三隔間730中的一個或二者可以包括或構造成包含有第一介質715。第二隔間720可以包括或構造成包含有第二介質725。第二隔間720可以鄰接和/或位于第一隔間710和第三隔間730中間。
[0094]在某些不例中，第一介質715可以包括氣體。另外，第一介質715和/或第一隔間710可以被維持在部分真空或完全真空。第二介質725可以包括固體材料。在某些示例中，第一介質715和/或第二介質725可以包括液體。與第一介質715相關聯的衰減系數可以小于與第二介質725相關聯的衰減系數。中子路徑裝置700可以構造成通過隔間710、720、730中的全部提供中子路徑740。類似地，中子路徑740可以包括或穿過第一介質715和第二介質725 二者。
[0095]中子路徑裝置700可以包括第一端部751，所述第一端部751構造成面對和/或接收來自中子源的中子。另外，中子路徑裝置700可以包括第二端部752，所述第二端部752構造成面對中子探測器和/或將中子傳送到中子探測器。
[0096]第一隔間710可以被密封，以便禁止第一介質715從第一隔間710釋放出來。類似地，第三隔間730可以被密封，以便禁止第一介質715從第三隔間730釋放出來。在某些示例中，第一隔間710和第三隔間730中的一個或二者可以被單獨地密封以彼此獨立地維持部分真空和/或完全真空。
[0097]就所述隔間中的一個或多個失效而言，例如，如果第一隔間710變得破壞或損壞，第一介質715中的某些或全部可以從中子路徑裝置700逃逸。類似地，一種或多種周圍的介質可以允許進入第一隔間710。通過包括額外的密封隔間例如第三隔間730，在所述隔間中的一個或多個失效的情況下，中子路徑740的至少部分可以繼續穿過第一介質715。一個或多個傳感器750和/或警報器可以構造成監測對于所述隔間中的一個或多個的失效和/或破壞。
[0098]中子源可以尺寸設定成和或選擇成使得被構造成例如在中子路徑裝置700的隔間中的一個或多個失效或破壞的情況下提供待由中子探測器探測和/或接收的足夠的中子數。假設有“η”個與特定介質相關聯的隔間并且“m”個隔間可能會受到損壞，則中子源可以被選擇成使得可以依據系統設計的冗余級別和/或失效概率對于與特定的一種介質和/或多種介質相關聯的η-l個、n-2個、n-3個……或n_m個隔間而言探測和/或接收足夠的中子數。
[0099]第二隔間720可以包括在第一隔間710和第三隔間730之間的保持壁。例如，第一隔間710和第三隔間730可以鄰接由保持壁分離的隔間或與由保持壁分離的隔間相鄰。保持壁可以構造成在所述隔間中的一個失效或被破壞的情況下提供壁皇。在某些示例中，中子路徑裝置700可以包括一系列分段的隔間，所述一系列分段的隔間通過中間保持壁分離。分段的隔間中的每個都可以通過中間保持壁中的一個或多個被單獨地密封。在某些示例中，中子路徑裝置700和/或一個或多個中間保持壁可以包括不銹鋼、碳鋼、鋯、鋯合金、其它類型的材料或復合材料或它們的任何組合和/或由不銹鋼、碳鋼、鋯、鋯合金、其它類型的材料或復合材料或它們的任何組合制成。
[0100]圖8示出示例中子探測系統800和示例中子路徑裝置875。中子路徑裝置875可以構造成增強、擴增、倍增和/或以其它方式增加中子數，所述中子數在中子探測器825處通過提供中子衰減路徑840而被探測，所述中子衰減路徑840包括衰減路徑介質830，所述衰減路徑介質830如與包含在反應堆容器中和/或安全殼中的介質820相比可以是較弱的衰減器。中子探測器825可以位于形成在反應堆容器壁802和安全殼壁804中間的安全區域814內。在某些示例中，介質820可以基本包圍中子路徑裝置875。衰減路徑介質830如與介質820相比可以是較弱的衰減器。
[0101]衰減路徑介質830可以包括與對于衰減路徑介質430(圖4)所述的那些類似的氣體、液體和/或固體材料。在某些示例中，中子路徑裝置875可以部分地或完全地抽空并且可以包括如對于中子路徑裝置475所述的一種或多種材料。
[0102]中子路徑裝置875可以被安裝到反應堆容器壁802。在某些示例中，中子路徑裝置875可以構造成穿透到反應堆容器壁802中或穿透貫穿反應堆容器壁802以在中子源850和中子探測器825之間提供更加直接的路徑。通過穿透到反應堆容器壁802中和/或穿透貫穿反應堆容器壁802，可以降低和/或消除反應堆容器壁802的衰減效應，從而允許用于正從中子源850發出的更多的中子到達中子探測器825。
[0103]在某些示例中，介質820可以基本包圍中子路徑裝置875或至少圍繞中子路徑裝置875的側面。中子路徑裝置875可以構造成使得介質820不允許進入中子路徑裝置875并且衰減路徑介質830不允許從中子路徑裝置875離開。因此，中子源850可以被選擇和/或尺寸設定成提供足夠的中子數，所述中子數可以通過中子衰減路徑840通過中子探測器825探測。
[0104]中子衰減路徑840可以在中子源850和中子探測器825之間延伸。例如，中子衰減路徑840可以被部分地或完全地包含在中子路徑裝置875內。在某些示例中，由中子源850產生的和/或發出的且由中子探測器825經由中子衰減路徑840接收的中子的衰減可以通過中子路徑裝置875和/或通過衰減路徑介質830完全地或基本完全地衰減。
[0105]第二中子探測器845可以被安裝到和/或布置到安全殼壁804的外表面。除了中子探測器825以外或代替中子探測器825，可以設置第二中子探測器845。在某些示例中，第二中子探測器845可以構造成將中子的冗余測量提供到中子探測器825。在某些示例中，中子探測器825可以構造成在第一操作模式期間探測中子，并且第二中子探測器845可以構造成在第二操作模式期間探測中子。第二操作模式如與第一操作模式相比可以與來自中子源850的較高中子通量相關聯。與第二中子探測器845相關聯的中子衰減路徑可以長于衰減路徑840。
[0106]在某些示例中，在本說明書中涉及的中子源450(圖4)、中子源550(圖5)、中子源650(圖6)、中子源850(圖8)和/或其它“中子源”中的某些或全部可以包括位于反應堆芯內或附近的一個或多個專用中子源，例如，圖3中所示。在其它示例中，中子源可以包括反應堆芯自身。另外，在某些操作模式中，不管中子源的存在和/或中子源的中子輸出如何，反應堆芯可以構造成產生足夠的中子數，所述足夠的中子數可以通過中子探測器測量。中子源可以在不同的操作模式期間轉變。例如，在第一操作模式(例如，反應堆停止)中，主要中子源可以是一個或多個專用中子源，并且在第二操作模式(例如，全功率操作)中，主要中子源可以是反應堆芯。另外，中子源可以包括一個或多個專用中子源和反應堆芯二者的組合。
[0107]圖9示出探測中子源的示例過程1000。在操作1010處，中子源可以構造成產生、放射、和/或傳送中子。在某些示例中，中子源可以構造成在反應堆起動操作期間產生中子。中子源可以位于反應堆容器內。
[0108]在操作1020處，與中子源相關聯的中子可以沿著至少部分地位于中子路徑裝置內的中子路徑行進。中子路徑裝置可以構造成在中子源和中子探測器之間提供中子路徑。中子路徑裝置可以包括和/或包含第一介質。
[0109]在某些示例中，與中子路徑裝置相關聯的第一介質可以構造成在反應堆容器和周圍的安全殼之間提供中子路徑。通過第一介質的中子路徑如與通過第二介質的中子路徑相比可以構造成提供較少的中子衰減。
[0110]在操作1030處，從中子源產生、放射和/或傳送的中子數可以通過中子探測器接收、測量、探測和/或感測。
[0111]在操作1040處，探測到的中子數可以與閾值相比較。在某些示例中，中子探測器可以構造成將探測到的中子數與閾值相比較。在其它示例中，探測到的中子數可以從中子探測器通信和/或傳送到處理裝置，所述處理裝置可以構造成將探測到的中子數與閾值相比較。另外，處理裝置可以構造成例如如與先前測量的和/或探測的中子數相比來比較探測到的中子的增加和/或減少的速率。
[0112]在操作1050處，中子探測器和/或處理裝置可以構造成至少部分地基于探測到的中子數來推斷反應堆的功率級。
[0113]在操作1060處，中子探測器和/或處理裝置可以構造成至少部分地基于推斷出的功率和/或基于探測到的中子數而產生和/或發送指令。例如，指令可以與反應堆的起動、反應堆的持續操作、反應堆的停止、其它反應堆操作或它們的任何組合相關聯。
[0114]在操作1070處，如果確定中子數超出和/或滿足閾值，則指令可以包括用于開始反應堆的起動和/或從反應堆的起動進行下去的指令。例如，起動可以包括從反應堆燃料組件撤回一個或多個控制棒和/或例如通過調節硼的濃度來改變初次冷卻劑的水化學。在某些示例中，指令可以包括用于繼續反應堆的操作的指令。
[0115]在操作1080處，如果確定中子數確實超出和/或滿足閾值或沒有超出和/或沒有滿足閾值，則指令可以包括用于終止和/或中斷反應堆的起動的指令。可以在反應堆起動之后進行的額外的產生、傳送、探測和/或推斷操作之后例如在反應堆的全功率操作模式期間進行操作1080。在某些示例中，指令可以包括用于停止和/或中斷反應堆的操作的指令。
[0116]雖然本文提供的示例已經主要說明了壓水反應堆和/或輕水反應堆，但是對于本領域的技術人員將顯而易見，示例可以被應用到如所述的或具有一定的明顯修改的其它類型的動力系統。例如，示例或其變型也會是可借助沸水反應堆、鈉液態金屬反應堆、氣冷反應堆、球形燃料反應堆和/或其它類型的反應堆設計來操作的。如本文所使用的并且如在隨后的段落中更詳細地說明的，其它示例可以包括各種核反應堆技術。因而，某些示例可以包括采用氧化鈾、氫化鈾、氮化鈾、碳化鈾、混合氧化物和/或其它類型的放射性燃料的核反應堆。
[0117]應當注意到，示例既不限于任何特定類型的反應堆冷卻機制，也不限于用于在核反應堆內產生熱或與核反應堆相關聯的任何特定類型的燃料。僅以示例的方式提供本文所述的任何比率和值。可以通過實驗例如通過構造核反應堆系統的全尺寸模型或按比例縮小的模型來確定其它比率和值。
[0118]在此已經說明了和示出了各種示例，將顯而易見的是其它示例可以在布置和細節方面被修改。我們要求所有修改和變型均處于以下權利要求書的精神和范圍內。
【主權項】
1.一種中子探測系統，其包括: 中子探測裝置，所述中子探測裝置位于反應堆容器的外部，其中，所述中子探測裝置構造成探測在所述反應堆容器內產生的中子，其中，位于所述反應堆容器和安全殼中間的安全區域構造成容納安全介質，并且其中，中子衰減系數與所述安全介質相關聯;和 中子路徑裝置，所述中子路徑裝置至少部分地位于所述反應堆容器和所述安全殼之間，其中，所述中子路徑裝置構造成在中子源和所述中子探測裝置之間通過包含在所述中子路徑裝置內的中子路徑介質提供中子路徑，并且其中，與所述中子路徑介質相關聯的中子衰減系數小于與所述安全介質相關聯的中子衰減系數。2.根據權利要求1所述的中子探測系統，其中，所述中子路徑介質包括氣體，并且其中，所述安全介質包括液體。3.根據權利要求1所述的中子探測系統，其中，所述中子路徑介質在所述中子路徑裝置內被維持在大氣壓力以下。4.根據權利要求1所述的中子探測系統，其中，所述中子路徑裝置至少部分地位于所述安全區域內。5.根據權利要求4所述的中子探測系統，其中，所述中子路徑裝置的至少一部分由所述安全介質包圍，并且其中，所述中子路徑裝置構造成容納與所述安全介質隔離的所述中子路徑介質。6.根據權利要求1所述的中子探測系統，其中，所述中子探測系統構造成響應于所述中子路徑裝置使得能夠通過所述中子探測裝置探測超出閾值起動值的中子數而開始反應堆起動操作。7.根據權利要求1所述的中子探測系統，其中，所述中子路徑裝置構造成當所述中子路徑裝置的外表面暴露于大于或等于大氣壓力的壓力時將所述中子路徑介質維持在抽空狀態中。8.根據權利要求1所述的中子探測系統，其中，所述中子路徑裝置構造成使與冷卻系統相關聯的空間體積位移，并且其中，所位移的空間體積增大與所述冷卻系統相關聯的靜水壓頭。9.根據權利要求8所述的中子探測系統，其中，所述中子路徑裝置還構造成至少部分地基于所述中子路徑裝置的結構組分來調節與所述冷卻系統相關聯的冷卻速率。10.—種中子路徑裝置，其包括: 殼體，所述殼體構造成禁止周圍的介質進入所述殼體中，其中，所述殼體還構造成在中子源和中子探測器之間提供中子路徑;和 中子路徑介質，所述中子路徑介質被容納在所述殼體中，其中，所述中子路徑介質被維持在部分真空，并且其中，與被維持在所述部分真空的中子路徑介質相關聯的中子衰減系數小于與所述周圍的介質相關聯的中子衰減系數。11.根據權利要求10所述的中子路徑裝置，其中，所述殼體還構造成當所述周圍的介質在所述殼體上施加比所述部分真空大的壓力時禁止所述周圍的介質進入。12.根據權利要求10所述的中子路徑裝置，其中，所述中子路徑介質包括氣體。13.根據權利要求10所述的中子路徑裝置，其中，所述中子路徑介質基本由氮氣構成。14.根據權利要求10所述的中子路徑裝置，其中，所述殼體包括: 第一端部，所述第一端部構造成從所述中子源接收中子;和 第二端部，所述第二端部構造成將中子傳送到所述中子探測器，其中，所述第一端部大于所述第二端部。15.根據權利要求14所述的中子路徑裝置，其中，所述殼體包括從所述第一端部到所述第二端部的錐形輪廓。16.根據權利要求10所述的中子路徑裝置，其中，所述殼體包括分段的隔間，其中，所述中子路徑穿過所述分段的隔間，并且其中，所述多個分段的隔間被單獨地密封以維持所述部分真空。17.—種設備，其包括: 用于通過中子路徑傳送在反應堆芯內產生的中子的裝置，其中，所述反應堆芯位于反應堆容器內，其中，所述中子路徑包括中子路徑介質，并且其中，中子衰減系數與所述中子路徑介質相關聯;和 用于探測通過所述中子路徑傳送的中子數的裝置，其中，所述用于探測的裝置位于所述反應堆容器的外部，其中，位于所述反應堆容器和安全殼中間的安全區域構造成容納安全介質，并且其中，與所述安全介質相關聯的中子衰減系數大于與所述中子路徑介質相關聯的中子衰減系數。18.根據權利要求17所述的設備，其中，所述用于傳送的裝置構造成禁止所述安全介質進入所述用于傳送的裝置中。19.根據權利要求17所述的設備，其中，與所述中子路徑介質相關聯的中子衰減系數既在所述安全介質釋放到所述安全區域中之前又在所述安全介質釋放到所述安全區域中之后保持相對丨旦定。20.根據權利要求17所述的設備，其中，在所述用于探測的裝置處探測到的中子數既在所述安全介質釋放到所述安全區域中之前又在所述安全介質釋放到所述安全區域中之后保持相對恒定。21.—種中子探測系統，其包括: 中子探測器，所述中子探測器位于反應堆容器的外部，其中，第一介質被容納在位于所述反應堆容器和安全殼之間的安全區域中；和 中子路徑裝置，所述中子路徑裝置被安裝到所述反應堆容器，其中，包含在所述反應堆容器內的第二介質包圍所述中子路徑裝置的至少一部分，其中，所述中子路徑裝置容納衰減路徑介質，所述衰減路徑介質為通過所述中子探測器探測的中子提供中子路徑，其中，通過所述中子路徑行進的所述中子穿過所述第一介質而進入所述安全區域中，并且其中，與所述第二介質相比，所述衰減路徑介質與較小中子衰減系數相關聯。22.根據權利要求21所述的中子探測系統，其中，所述中子路徑延伸到所述中子路徑裝置，并且被完全地包含在所述中子路徑裝置內。23.根據權利要求22所述的中子探測系統，其中，所述中子路徑裝置穿過所述第一介質和所述第二介質二者，并且其中，所述中子探測裝置被安裝到所述安全殼的外表面。24.根據權利要求23所述的中子探測系統，其中，從所述反應堆容器內產生的或發出的中子在通過所述衰減路徑介質基本完全地衰減之后由所述中子探測裝置接收。25.根據權利要求21所述的中子探測系統，其中，所述中子探測裝置被安裝到所述反應堆容器的外表面，并且位于被容納在所述安全區域中的所述第一介質內。26.根據權利要求25所述的中子探測系統，還包括第二中子探測裝置，所述第二中子探測裝置被安裝到所述安全殼的外表面。27.根據權利要求26所述的中子探測系統，其中，所述第二中子探測裝置構造成提供除了通過所述中子探測裝置探測的中子以外的中子的冗余測量。28.根據權利要求26所述的中子探測系統，其中，所述中子探測裝置構造成在第一操作模式期間探測中子，其中，所述第二中子探測裝置構造成在第二操作模式期間探測中子，并且其中，與所述第一操作模式相比，所述第二操作模式與較高的中子通量相關聯。
【文檔編號】G21C17/108GK105917415SQ201480066780
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2014年9月26日
【發明人】R·斯納格路德, R·高夫
【申請人】紐斯高動力有限責任公司