技术领域
[0001] 本
发明通常涉及核
辐射剂量计设备和方法，该核辐射剂量计设备和方法用于测量和监测由
核反应堆容器以及相关的部件和结构接收到的
中子剂量。特别是，所述设备和方法包括测量在光纤线缆中产生的光学
应力双折射模式的变化。更特别地，所述设备和方法不需要使用
放射性材料。
背景技术
[0002] 辐射照射量数据可用在评估和管理与商业核电站中的轻
水核反应堆的操作有关的各种问题中。例如，辐射注量数据可辅助确定反应堆部件是否适合连续操作，或者替换是否是必要的。因此，对于核工业而言，其渴望有可利用的设备和方法以准确并且及时地获得核反应堆的辐射照射量数据。
[0003] 本领域中存在各种已知的设备和方法，用于测量和监测核电站中的反应堆容器以及相关的部件和结构接收的中子剂量。这些已知的设备和方法典型地依赖利用
选定物质的辐射损伤估计或中子活化以产生具有良好特征衰变辐射方案的
放射性材料的技术，从而确定接收到的总中子照射量。此外，这些已知的设备和方法需要处理和使用放射性材料，以收集和/或分析测量数据。
[0004] 例如，在核电站关机期间，放射性材料可以被安装在关键
位置处的反应堆容器中，并且保留在其中，用于核电站的下一个循环的操作。在操作期间，放射性材料吸收通过反应堆容器的中子。在操作循环之后，在下一个补给
燃料停机期间，放射性材料被取出并且被评估，以确定与在核电站操作期间包含在反应堆容器中的放射性材料相互作用的中子数。基于该信息，可以确定关于反应堆容器和/或相关的部件和结构的总中子照射量。
[0005] 存在与用于测量和监测反应堆容器中的中子注量的已知设备和方法相关联的若干缺点，例如需要使用放射性材料吸收中子，以及当包含中子的放射性材料被取出并被分析时，因而发生的对人员的污染照射。
[0006] 因此，本领域存在发展用于测量和监测中子剂量的设备和方法的需求，所述设备和方法包括一个或多个如下特征：使用市场上可买到的测量工具，在核反应堆容器外部的位置处获得测量结果，并且在收集和分析结果时最小化工作人员被放射性污染照射的可能性。
发明内容
[0007] 一方面，本发明提供了一种在核电站中的预选位置处测量中子注量的设备。预选位置存在中子。该设备包括具有一定长度的光纤线缆和外表面，该外表面形成延伸贯穿光纤线缆长度的腔。腔可以包括在腔中形成的一个或多个纤芯。该设备还包括基本均匀地包含在腔内的中子敏感材料。中子敏感材料可以基本均匀地包含在一个或多个纤芯中的每一个中。中子敏感材料有效地至少部分吸收通过光纤线缆的中子，以产生气体。气体可选自由氢气、氦气及氢气和氦气的混合物组成的组。该设备也包括用于测量由于光纤线缆中的气体压力积聚而产生的光学应力双折射模式的变化的光学测量工具，以及用于确定所述一个或多个纤芯中的气体量和被中子敏感材料吸收的中子量以确定预选位置中的中子注量的装置(means)。
[0008] 在某些
实施例中，中子敏感材料是锂-6，并且锂-6至少部分地吸收中子，以产生一个或多个氢
原子和一个或多个氦原子。
[0009] 此外，在某些实施例中，在不采用放射性材料的情况下获得中子注量测量结果。
[0010] 另一方面，本发明提供了一种在核电站中的预选位置处测量中子注量的方法。该方法包括获得具有外部圆柱形表面和内部腔的光纤线缆。内部腔中形成有一个或多个纤芯。中子敏感材料被基本均匀地引进一个或多个纤芯内。此外，该方法包括将一个或多个中子通过光纤线缆，使得中子敏感材料吸收一个或多个中子并且产生气体，该气体选自由氢气、氦气及氢气和氦气的混合物组成的组。该方法还包括在光纤线缆被安置在预选位置处之前获得光纤线缆的第一光学应力双折射模式，在光纤线缆被安置在预选位置处之后获得光纤线缆的第二光学应力双折射模式，测量由于气体压力积聚而在光纤线缆中产生的光学应力双折射模式的变化，并且确定光纤线缆中的气体量和被中子敏感材料吸收的中子数，从而确定在预选位置处的总中子照射量。
附图说明
[0011] 当结合附图阅读以下对优选实施例的描述时，可获得对本发明的进一步理解，其中：
[0012] 图1A根据本发明的某些实施例示出了，在反应堆容器附近安装光纤线缆之前，具有
传感器1和传感器2的光纤线缆在
大气压力下的一种预期的光学双折射模式。
[0013] 图1B根据本发明的某些实施例示出了，在核电站的操作循环期间，图1A中的光纤线缆在暴露于反应堆容器附近的中子之后的一种预期的光学双折射模式。
[0014] 图2根据本发明的某些实施例示出了，气体压力相对起反应的锂的分数比例(fractional percentage)的图。
具体实施方式
[0015] 本发明涉及用于测量反应堆容器和/或与之有关的部件和/或结构中的中子注量的设备和方法。这些设备和方法包括光纤线缆的使用。此外，这些设备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况下构造设备。本发明通过测量在光纤线缆中产生的光学应力双折射模式的变化来测量中子注量。
[0016] 通常，根据本发明，光纤线缆被安装在期望测量中子注量的预选位置中。典型地，多个光纤线缆被安装。光纤线缆具有预定的长度。多个光纤线缆的长度可以是相同的或不同的。预选位置包括，例如核电站中的反应堆容器和/或相关的部件和/或结构。在某些实施例中，相关的部件和结构包括
安全壳建筑物和安置其中的设备。此外，在某些实施例中，通过将本发明的光纤线缆安装在位于反应堆容器外部的相关部件或结构中，可以从反应堆外部的位置测量反应堆容器中的中子注量，使得通过反应堆容器的中子量被测量。
[0017] 光纤线缆包括至少具有一个或多个纤芯处于腔内的中空腔。该一个或多个纤芯包含(例如，至少被部分填充有)中子敏感材料。存在于预选位置中的中子通过光纤线缆，并且至少部分地被安置其中的中子敏感材料吸收。中子与中子敏感材料之间的相互作用在光纤线缆的腔内产生了气体积聚，该气体积聚引起腔内压力的变化(例如，增加)。光纤线缆的腔中的压力的变化产生了光纤线缆中的
应力分布的变化。通过测量由光纤线缆的腔中的压力的变化产生的应力光学双折射模式的变化，可以推断出气体量，并且因此推断出被吸收在中子敏感材料中的中子数。这将依次容许确定预选位置的总中子照射量。
[0018] 适合在本发明中使用的光纤线缆可选自本领域已知的那些光纤线缆。如上所描述的，光纤线缆是中空的。因此，外表面(例如，圆柱形形状)形成内部腔。此外，光纤线缆的长度可以改变。内部腔包括一个或多个纤芯。内部腔和一个或多个纤芯延伸贯穿光纤线缆的长度。
[0019] 适合在本发明中使用的中子敏感材料可选自本领域已知的那些中子敏感材料。如上所描述的，中子敏感材料对于吸收中子是有效的。在某些实施例中，中子敏感材料是锂-6。中子和中子敏感材料之间的相互作用引起气体的产生，气体的产生导致光纤线缆的腔中的压力的积聚。在某些实施例中，可以产生氢原子、氦原子或氢原子和氦原子的混合物。
[0020] 本领域已知的是，从光纤线缆获得的光学双折射模式可以作为所施加应力的函数以可预测的方式变化。在本发明的某些实施例中，利用白光干涉测量技术可以容易地确定作为线缆中的应力分布变化的函数的双折射模式的变化。例如，由Wojtek J.Bock和Waclaw Ubanczyk在标题为“Multiplexed system of white-light interferometric hydrostatic pressure sensors based on highly birefringence fibers”(Proc.Of SPIE，Vol.2838/243，1996)中做出的分析利用了这种技术，并且叙述了采用白光干涉测量技术的光纤感测提供了若干种重要的优势，例如如绝对测量(无初始化问题)的可能性，将许多单点传感器多路复用为一个更大的测量系统的可能性，以及比相干系统低的噪音水平。因此，在中子敏感材料和中子相互作用之前从光纤线缆获得的光学双折射模式(以及积聚的气体和压力)不同于在这种相互作用之后获得的光学双折射模式(以及积聚的气体和压力)。图1A示出了具有传感器1和传感器2的光纤线缆在大气压力下的双折射模式。图1A中示出的双折射模式是光纤线缆被安装在存在中子的位置之前的双折射模式。这在图1B中得到证实，图1B示出了在图1A中显示的光纤线缆的双折射模式，例外的是图1B示出的双折射模式是在具有中子存在的位置安装之后的双折射模式。双折射模式的变化是由线缆中的应力分布的变化引起，
电缆中的应力分布变化是由施加到线缆的压力的变化引起。在图1B中，传感器1和传感器2各自分别处于24MPa和14MPa的压力下。因此，图1A代表“之前”模式并且图1B代表“之后”模式。
[0021] 当光纤线缆被安装在一个位置中使得中子通过光纤线缆时，在线缆横截面上的应力分布的变化导致相关联的双折射模式的变化。双折射模式的变化可以用于确定所施加的应力分布的精确数值变化。线缆内部压力的变化可以被容易且准确地用于确定与中子敏感材料相互作用的中子数。
[0022] 在某些实施例中，本发明采用了受控量的中子敏感材料(例如Li-6)的活化，所述中子敏感材料被基本均匀地装进沿光纤线缆的长度的一个或多个中空轴向纤芯内，从而当Li-6与通过电缆长度的中子相互作用时，在电缆纤芯中产生内部压力中的变化。压力中的变化可用于确定与纤芯材料相互作用的中子数。
[0023] 为了示范的目的，以下描述涉及在反应堆容器中安装或引进光纤线缆，然而，该过程可等同地应用到在相关的部件或结构中安装光纤线缆。具有预选长度的多个光纤线缆(即，多根)被安装在贯穿反应堆容器的关键位置中以及反应堆容器和反应堆容器
支撑结构之间的空间中。采用的光纤线缆的数目可以改变，并且可以取决于在其中测量中子注量的特定部件和/或结构的尺寸和构造。当核反应堆站处于关机模式时，安装光纤线缆。光纤线缆在随后的操作循环期间保留在反应堆容器中，并且随后在下一个预先安排的更换燃料停机期间被取出。
[0024] 在将光纤线缆引进或安装在反应堆容器中之前，从光纤线缆获得光学双折射模式。在光纤线缆取出后，从光纤线缆获得另一个光学双折射模式，并且与从安装在反应堆容器之前的光纤线缆获得的原始光学双折射模式进行对比。对于模式的变化进行评估，并且因此，确定通过反应堆容器的中子数。
[0025] 图2是气体压力(Pa)相对起反应的锂-6的分数比例的图。该图证实了由于中子吸收，对于给定量的起反应的锂-6，光纤线缆的腔内的压力变化(即，增加)。
[0026] 尽管已经根据各种特定的实施例描述了本发明，本领域技术人员将意识到本发明可以采用在附属的
权利要求的精神和范围内的
修改来实施。
