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原文传递用于进行核燃料棒的有源扫描的系统和方法

专利名称：	用于进行核燃料棒的有源扫描的系统和方法
摘要：	提供了一种对核燃料棒进行有源扫描的系统和方法。所述系统包括电驱动的中子发生器、慢化器、燃料棒通道和多个辐射检测器，其中所述中子发生器包括离子源、加速器和靶，所述慢化器围绕中子发生器并配置为慢化中子发生器产生的中子，所述燃料棒通道设置在慢化器内，所述燃料棒通道配置为接收核燃料棒并使核燃料棒经受预定的中子通量。当核燃料棒经受预定的中子通量时，中子将诱发即时和延迟的γ发射、中子发射或其组合的二次辐射，所述二次辐射由所述多个辐射检测器检测以确定核燃料棒中裂变材料的量和裂变材料沿核燃料棒的长度的空间分布。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	美国;US
申请人：	凤凰有限责任公司
发明人：	E.R.森布希;A.V.科伯尼克;E.R.摩尔;C.M.赛弗特;R.F.拉德尔;M.托马斯;J.赫克拉
专利状态：	有效
申请日期：	2017-06-09T00:00:00+0800
发布日期：	2019-04-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201780048327.8
公开号：	CN109690300A
代理机构：	中国专利代理(香港)有限公司
代理人：	徐晶;杨思捷
分类号：	G01N23/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N23
申请人地址：	美国威斯康辛州
主权项：	1.一种用于对核燃料棒进行有源扫描的系统，所述系统包括：电驱动的中子发生器，所述中子发生器包括离子源、加速器和靶；慢化器，所述慢化器围绕所述中子发生器并配置为慢化所述中子发生器产生的中子；设置在所述慢化器内的第一燃料棒通道，所述第一燃料棒通道配置为接收第一核燃料棒并使所述第一核燃料棒经受预定的中子通量；和多个辐射检测器，其中中子诱发即时和延迟的γ发射、中子发射或其组合的二次辐射，所述二次辐射由所述多个辐射检测器检测以确定所述第一核燃料棒中裂变材料的量和所述裂变材料沿所述第一核燃料棒的长度的空间分布。 2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一燃料棒通道配置为接收含有可燃毒物的第一核燃料棒。 3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一燃料棒通道包括内部超热壳，所述内部超热壳具有包含可燃毒物并配置为吸收热中子的外层。 4.根据权利要求3所述的系统，其中所述内部超热壳还包括配置为将快中子散射到超热区域中的内层，所述内层与所述外层同心。 5.根据权利要求4所述的系统，其中所述内层包含铍。 6.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，其中所述第一燃料棒通道配置为接收含有钆或硼的第一核燃料棒。 7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述预定的中子通量为超热中子通量，并且超热中子诱发所述二次辐射，所述二次辐射由所述多个辐射检测器检测。 8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述离子源为微波离子源或电子回旋共振(ECR)离子源。 9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述靶为包含钛、铜、锆、铀、钯或铝中的至少一种的固体靶。 10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述慢化器包括围绕所述靶的腔室、围绕所述腔室的中子慢化器和围绕所述中子慢化器的附加中子慢化器。 11.根据权利要求10所述的系统，其中所述腔室含有介电固体、液体或气体。 12.根据权利要求11所述的系统，其中所述腔室含有含氟惰性液体。 13.根据权利要求10至12中任一项所述的系统，其中所述围绕所述腔室的中子慢化器包含石墨、D2O或聚乙烯。 14.根据权利要求10至13中任一项所述的系统，其中所述附加中子慢化器包含聚乙烯。 15.根据权利要求10至14中任一项所述的系统，其中所述附加中子慢化器包含5%的硼酸化聚乙烯。 16.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述第一燃料棒通道包括内部超热壳，所述内部超热壳具有包含可燃毒物并配置为吸收热中子的外层。 17. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，所述系统还包括第二燃料棒通道，所述第二燃料棒通道配置为接收第二核燃料棒并使所述第二核燃料棒经受预定的热中子通量，其中所述第二燃料棒通道设置在所述慢化器内，并且其中热中子在所述第二核燃料棒中诱发γ发射、中子发射或其组合的二次辐射，所述二次辐射由所述多个辐射检测器中的至少一个检测以确定裂变材料的量和所述裂变材料沿所述第二核燃料棒的长度的空间分布。 18.根据权利要求17所述的系统，其中所述第二燃料棒通道包括内部热壳，所述内部热壳具有包含铝的外层和包含聚乙烯的内层。 19.根据前述权利要求中任一项所述的系统，所述系统还包括至少一个附加燃料棒通道，所述燃料棒通道配置为接收核燃料棒并使所述核燃料棒经受超热中子通量或热中子通量，其中所述超热中子通量或所述热中子通量的中子在所述核燃料棒中诱发γ发射、中子发射或其组合的二次辐射，所述二次辐射由所述多个辐射检测器中的至少一个检测以确定裂变材料的量和所述裂变材料沿所述核燃料棒的长度的空间分布。 20.根据权利要求17所述的系统，其中所述靶为包含钛的固体靶；其中所述中子慢化器包含石墨；其中所述附加中子慢化器包含硼酸化聚乙烯；其中所述第一燃料棒通道包括内部超热壳，所述内部超热壳具有包含钆并配置为吸收热中子的外层和包含铍并配置为将快中子散射到超热能区中的内层；其中所述第一燃料棒通道配置为接收含有钆的核燃料棒；其中所述第二燃料棒通道包括内部热壳，所述内部热壳具有包含铝的外层和包含聚乙烯的内层；和其中所述第二燃料棒通道配置为接收不含可燃毒物的核燃料棒。 21.根据权利要求17所述的系统，其中所述靶为包含钛的固体靶；其中所述中子慢化器包含石墨；其中所述附加中子慢化器包含硼酸化聚乙烯；其中所述第一燃料棒通道包括内部超热壳，所述内部超热壳具有包含硼并配置为吸收热中子的外层和包含铍并配置为将快中子散射到超热能区中的内层；其中所述第一燃料棒通道配置为接收含有硼的核燃料棒；其中所述第二燃料棒通道包括内部热壳，所述内部热壳具有包含铝的外层和包含聚乙烯的内层；和其中所述第二燃料棒通道配置为接收不含可燃毒物的核燃料棒。 22.一种对核燃料棒进行有源扫描的方法，所述方法包括：用包括离子源、加速器和靶的电驱动的中子发生器产生中子；用围绕所述中子发生器的慢化器慢化所述中子；将第一核燃料棒设置在设置于所述慢化器内的第一燃料棒通道中；使所述第一核燃料棒经受预定的中子通量以诱发即时和延迟的γ发射、中子发射或其组合的二次辐射；和用多个辐射检测器检测所述二次辐射以确定裂变材料的量和所述裂变材料沿所述第一核燃料棒的长度的空间分布。 23.根据权利要求22所述的方法，其中所述第一核燃料棒含有可燃毒物。 24.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其中所述第一核燃料棒含有钆或硼。 25.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其中所述预定的中子通量为超热中子通量，并且超热中子诱发所述二次辐射，所述二次辐射由所述多个辐射检测器检测。 26. 根据权利要求22至25中任一项所述的方法，其中所述第一燃料棒通道包括内部超热壳，所述内部超热壳具有包含可燃毒物的层；和其中使所述第一核燃料棒经受预定的中子通量包括将热中子吸收在所述内部超热壳的所述外层中。 27.根据权利要求26所述的方法，所述方法还包括将快中子散射到所述内部超热壳的所述内层中的超热能区中。 28.根据权利要求22至27中任一项所述的方法，所述方法还包括：将不含可燃毒物的第二核燃料棒设置在第二燃料棒通道中；使所述第二核燃料棒经受预定的热中子通量以诱发γ发射、中子发射或其组合的二次辐射；和用所述多个辐射检测器中的至少一个检测来自所述第二核燃料棒的所述二次辐射以确定裂变材料的量和所述裂变材料沿所述第二核燃料棒的长度的空间分布。 29. 根据权利要求28所述的方法，其中所述第二燃料棒通道包括内部热壳，所述内部热壳具有包含铝的外层和包含聚乙烯的内层，和所述方法还包括用所述内部热壳的所述内层和外层减少超热中子群。 30.根据权利要求22至29中任一项所述的方法，所述方法还包括：将不含可燃毒物的核燃料棒设置在至少一个附加燃料棒通道中；使所述核燃料棒经受预定的超热中子通量或热中子通量以诱发γ发射、中子发射或其组合的二次辐射；和用所述多个辐射检测器中的至少另一个检测来自所述核燃料棒的所述二次辐射以确定裂变材料的量和所述裂变材料沿所述核燃料棒的长度的空间分布。 31. 根据权利要求22至30中任一项所述的方法，其中所述靶为嵌有氘原子的固体靶，和其中用所述电驱动的中子发生器产生中子包括用加速的氘离子束撞击所述固体靶以经由氘-氘聚变反应产生中子。 32.根据权利要求31所述的方法，所述方法还包括通过用所述加速的氘离子束辐照所述固体靶来补充嵌入在所述固体靶中的氘原子。 33. 根据权利要求32所述的方法，其中所述固体靶包含钛、铜、锆、铀、钯或铝中的至少一种。 34.根据权利要求22至33中任一项所述的方法，其中所述慢化器包括围绕所述靶的腔室、围绕所述腔室的中子慢化器以及围绕所述中子慢化器的附加中子慢化器，和其中用所述慢化器慢化所述中子包括使用所述中子慢化器来热化用所述电驱动的中子发生器产生的中子，和用所述附加中子慢化器吸收热化的中子。 35.根据权利要求34所述的方法，其中所述围绕所述腔室的中子慢化器包含石墨、D2O或聚乙烯，和其中所述附加中子慢化器包含聚乙烯。 36.根据权利要求34或权利要求35所述的方法，其中所述腔室含有介电固体、液体或气体。 37.根据权利要求36所述的方法，其中所述腔室为含有含氟惰性液体的含氟惰性腔室。
所属类别：	发明专利