特許 7431982 炉内反応炉出力および線束測定のための固体原子核ポンピング型レーザセンサ、直接エネルギー変換、ならびに関連する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-06

(45)【発行日】2024-02-15

(54)【発明の名称】炉内反応炉出力および線束測定のための固体原子核ポンピング型レーザセンサ、直接エネルギー変換、ならびに関連する方法

(51)【国際特許分類】

   G21C 17/108 20060101AFI20240207BHJP

   G01T 1/167 20060101ALI20240207BHJP

   G21C 17/00 20060101ALI20240207BHJP

【ＦＩ】

G21C17/108 100

G01T1/167 D

G01T1/167 Z

G21C17/00 030

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2022541656

(86)(22)【出願日】2021-01-05

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-08

(86)【国際出願番号】 US2021012151

(87)【国際公開番号】W WO2021141882

(87)【国際公開日】2021-07-15

【審査請求日】2022-08-17

(31)【優先権主張番号】62/957,583

(32)【優先日】2020-01-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】501445988

【氏名又は名称】バテル エナジー アライアンス，エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100101373

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 茂雄

(72)【発明者】

【氏名】オブライエン，ロバート・シー

(72)【発明者】

【氏名】ビーズリー，アレン・エイ

【審査官】小林 幹

(56)【参考文献】

【文献】特開平０２－１３８８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４１６０９５６（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開平０８－３３４５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１９４４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５１１４６６１（ＵＳ，Ａ）

【文献】P. Ferdinand et al.，“Optical Fiber Sensors to improve the safety of Nuclear Power Plants”，Proc. SPIE 8924，2013年，Vol.8924，p.89242G-1 - 89242G-4

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｃ １７／００－１７／１４

Ｇ０１Ｔ １／００－１／１６

Ｇ０１Ｔ １／１６７－７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原子炉の運転特性を決定するためのセンサアセンブリであって、
少なくとも１つの核分裂性種をドープされ、前記原子炉の炉心内部に配置されるように構成された固体レーザ媒質と、
前記固体レーザ媒質に動作可能に結合され、前記原子炉の前記炉心から外へ前記原子炉の制御システムまで延伸するように構成された光ファイバと
を備える、センサアセンブリ。

【請求項2】

前記少なくとも１つの核分裂性種が、ウラン、プルトニウム、アメリシウム、またはカルフォルニウムのうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載のセンサアセンブリ。

【請求項3】

前記固体レーザ媒質を部分的に囲むフルミラーコーティングと、
前記固体レーザ媒質の長手方向端部に配置された双方向ミラーコーティングと、
前記双方向ミラーコーティングを前記光ファイバに結合するインターフェース部分と、
前記フルミラーコーティングおよび前記インターフェース部分の少なくとも一部分を囲むケーシングと
をさらに備える、請求項１に記載のセンサアセンブリ。

【請求項4】

前記固体レーザ媒質が、ガーネット、サファイア、ルビー、またはエメラルドのうちの１つまたは複数を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。

【請求項5】

前記固体レーザ媒質が、円柱状の形状を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。

【請求項6】

前記固体レーザ媒質が、イットリウムアルミニウムガーネットを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。

【請求項7】

レーザ光を発生させ、前記光ファイバに前記レーザ光を向けるために前記固体レーザ媒質の一部をポンピングするための放射線に応じて、前記少なくとも１つの核分裂性種が、励起可能であり、前記光ファイバは前記原子炉から外へ前記レーザ光を伝送する、請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。

【請求項8】

反応炉炉心を画定する反応炉容器と、
前記反応炉炉心の外側に配置された、原子炉システムを運転するための制御システムと、
前記反応炉炉心内部に一部が配置された少なくとも１つのセンサアセンブリであって、
核分裂性種をドープされ、前記原子炉システムの前記反応炉炉心内部に配置された少なくとも１つの固体レーザ媒質と、
前記少なくとも１つの固体レーザ媒質に動作可能に結合され、前記原子炉システムの前記反応炉炉心から外へ延伸し、前記制御システムに動作可能に結合された少なくとも１つの光ファイバと
を備える、少なくとも１つのセンサアセンブリと
を具備する、原子炉システム。

【請求項9】

前記少なくとも１つのセンサアセンブリが、前記原子炉システムの前記反応炉炉心の全体にわたって分散された複数のセンサアセンブリを備える、請求項８に記載の原子炉システム。

【請求項10】

前記少なくとも１つのセンサアセンブリが、複数の固体レーザ媒質および複数の光ファイバを備える、請求項８または９に記載の原子炉システム。

【請求項11】

前記複数の固体レーザ媒質の前記固体レーザ媒質の各々が、異なる核分裂性種をドープされる、請求項１０に記載の原子炉システム。

【請求項12】

前記核分裂性種が、ウラン、プルトニウム、アメリシウム、またはカルフォルニウムのうちの１つまたは複数を含む、請求項８または９に記載の原子炉システム。

【請求項13】

前記固体レーザ媒質が、ガーネット、サファイア、ルビー、またはエメラルドのうちの１つまたは複数を含む、請求項８または９に記載の原子炉システム。

【請求項14】

レーザ光を発生させ、少なくとも１つの光ファイバに前記レーザ光を向けるために前記少なくとも１つの固体レーザ媒質の一部をポンピングするための放射線に応じて前記核分裂性種が励起可能であり、前記少なくとも１つの光ファイバは、前記反応炉炉心から外へ前記レーザ光を伝送する、請求項８または９に記載の原子炉システム。

【請求項15】

前記制御システムが、
少なくとも１つの追加のプロセッサと、
命令を記憶する少なくとも１つの追加の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体とを備え、前記命令が、前記少なくとも１つの追加のプロセッサにより実行されたときに、制御システムに、
レーザ光を前記少なくとも１つの固体レーザ媒質から、前記少なくとも１つの光ファイバを通して受光させ、
前記レーザ光を解析させ、
前記レーザ光の前記解析を介して、前記原子炉システムの少なくとも１つの運転特性を決定させる、請求項８または９に記載の原子炉システム。

【請求項16】

前記少なくとも１つの運転特性が、反応炉出力、内部中性子線束、ガンマ線束、ベータ線束、または外部放射線線束のうちの１つまたは複数を含む、請求項１５に記載の原子炉システム。

【請求項17】

原子炉の運転特性を決定する方法であって、
原子炉内部に少なくとも１つのセンサアセンブリを配置するステップであり、前記少なくとも１つのセンサアセンブリが、
反応炉炉心内部に配置され、少なくとも１つの核分裂性種をドープされた固体レーザ媒質と、
前記固体レーザ媒質に動作可能に結合され、前記反応炉炉心から前記原子炉の制御システムまで外へ延伸する光ファイバと
を備える、ステップと、
前記原子炉の運転中に、レーザ光を前記光ファイバから受光するステップと、
前記レーザ光を解析するステップと、
前記レーザ光の前記解析に少なくとも一部は基づいて、前記原子炉の前記運転特性を決定するステップと
を含む、方法。

【請求項18】

前記運転特性が、反応炉出力、内部中性子線束、ガンマ線束、ベータ線束、または外部放射線線束のうちの１つまたは複数を含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記固体レーザ媒質の一部が、前記レーザ光を発生させるために前記原子炉によってポンピングされる、請求項１７または１８に記載の方法。

【請求項20】

前記原子炉の前記運転特性を決定するステップに応じて、リアルタイムで前記原子炉の運転パラメータを調節するステップをさらに含む、請求項１７または１８に記載の方法。

【請求項21】

前記固体レーザ媒質の核分裂性種に、前記原子炉中で生成された中性子線束との相互作用を介して原子核分裂を起こさせるステップと、
前記レーザ光を発生させ、前記光ファイバに前記レーザ光を向けるために、前記固体レーザ媒質の一部を、運動エネルギーによって直接的にまたは熱励起によって間接的に、前記原子核分裂を介して生成された核分裂片を介してポンピングするステップと、
前記原子炉から外へ前記光ファイバで前記レーザ光を向けるステップと
をさらに含む、請求項１７または１８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

優先権の主張
本出願は、「Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｐｕｍｐｅｄ Ｌａｓｉｎｇ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｆｏｒ Ｉｎ Ｐｉｌｅ Ｒｅａｃｔｏｒ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｆｌｕｘ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ， Ｄｉｒｅｃｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ， ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」に関する２０２０年１月６日出願の米国仮特許出願第６２／９５７，５８３号の利益を主張する。

【0002】

連邦支援の研究または開発に関する記載
この発明は、アメリカ合衆国エネルギー省により認められた契約番号ＤＥ－ＡＣ０７－０５－ＩＤ１４５１７の下で政府支援により行われた。政府は、本発明にある種の権利を有する。

【0003】

この開示は、一般に、原子炉の出力および放射線線束を決定するためのセンサアセンブリに関する。特に、この開示は、センサアセンブリを含む原子炉システムに関する。本開示は、センサアセンブリを利用する原子炉システムの運転特性を決定する方法にさらに関する。

【背景技術】

【0004】

原子炉出力の測定は、従来、必要に応じて、反応炉炉心の外側に、典型的には遮蔽体の後方に収納されなければならない機器を使用して実行される。機器が反応炉の外側であるので、バルク運転出力だけが推測され得る。結果として、推測されたバルク運転出力は、非常に限定された空間分解能を提供する、または空間分解能を提供しない。比較的大規模な反応炉において反応炉出力を推測するために、多数の機器が、大電力におけるソース規模の機器飽和および大電力機器にとっての最小しきい値電力に起因して反応炉が動作する出力の範囲全体をカバーするために典型的には使用される。精度もまた、スペクトルシフトおよび電気的／熱的ドリフトならびに安定性に起因して損なわれる。線束および出力のもっと正確な測定は、化学的に処理されなければならない線束および核分裂性ワイアの使用を介して古典的に決定されてもよい、またはその放射線量がガンマシンチレション検出器を使用して計数されてもよい、しかしながら、２つの方法とも、情報を処理するために数時間または数日を必要とする、したがって、リアルタイム測定のためには使用できない。

【発明の概要】

【0005】

本開示の詳しい理解のために、添付の図面とともに取り入れられる下記の詳細な説明を参照すべきであり、図面では、同一の要素は同一の数字で一般に指定されている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本開示の１つまたは複数の実施形態によるセンサアセンブリを有する原子炉システムの模式図である。

【図2】本開示の１つまたは複数の実施形態によるセンサアセンブリの模式図である。

【図3】本開示の１つまたは複数の実施形態によるセンサアセンブリのセットの模式図である。

【図4】本開示の１つまたは複数の実施形態による原子炉システムの運転の特性を決定する方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本明細書に提示した例示は、任意のセンサアセンブリ、原子炉システム、またはその任意の構成要素の実際の図ではないが、単に理想化した表示であり、これらは、本発明の実施形態を説明するために利用される。

【0008】

本明細書において使用するように、「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」に続く単数形は、文脈が別途明確に指示しない限り、同様に複数形を含むものである。

【0009】

本明細書において使用するように、材料、構造、特徴、または方法の行為に関する「してもよい（ｍａｙ）」という用語は、このようなものが開示の実施形態の実施の際の使用について考えられており、このような用語は、これらと組み合わせて使用できる他の互換性のある材料、構造、特徴、および方法が除外されるべきであるまたは除外されなければならないことの何らかの包含を避けるように、より限定的である用語「である（ｉｓ）」よりはむしろ使用される。

【0010】

本明細書において使用するように、「第１の」、「第２の」、等などの任意の関係を示す用語は、本開示および添付の図面を理解する際の明確さおよび利便性のために使用され、文脈が別途明確に指示する場合を除いて、任意の特定の優先順位または順番を暗示しないまたは依存しない。

【0011】

本明細書において使用するように、与えられたパラメータ、特性または条件に関連する「実質的に」という用語は、与えられたパラメータ、特性または条件が許容可能な製造公差内などの小さな程度の変動を満足することを当業者が理解するはずである程度を意味しそして含む。例として、実質的に満足される特定のパラメータ、特性または条件に依存して、パラメータ、特性または条件は、少なくとも９０．０％満足、少なくとも９５．０％満足、少なくとも９９．０％満足、またはさらに少なくとも９９．９％満足であってもよい。

【0012】

本明細書において使用するように、与えられたパラメータに関連して使用される「約」という用語は、述べた値を含んでおり、文脈によって決まる意味を有する（例えば、与えられたパラメータの測定に付随する誤差の程度、ならびに製造公差からもたらされるバラツキ、等を含む）。

【0013】

本開示の実施形態は、レーザ光を発生させるために原子炉炉心内部の中性子、ガンマ、ベータ、および核分裂片による固体レーザ媒質および／または結晶の原子の励起を利用するセンサアセンブリを含み、レーザ光は、光ファイバを介して反応炉炉心の外へ伝送される。レーザ光強度は、反応炉出力および原子炉炉心内部の放射線の線束の両方に正比例する。結果として、反応炉出力および原子炉炉心内部の放射線の線束は、レーザ光から決定されてもよい。本開示のさらなる実施形態は、別個の放射線エネルギーグループに結びつく異なる各分裂性種（例えば、ウラン、プルトニウム、アメリシウム、カルフォルニウム、等）をドープされた（異なる出力波長を有する）複数のレーザ媒質を利用することを含み、反応炉出力および反応炉エネルギースペクトル（例えば、熱スペクトルおよび／または高速スペクトル）の両者が決定されることを可能にする。本開示のセンサアセンブリは、リアルタイムで出力／線束分布を決定するために反応炉炉心の全体にわたって分散されてもよい。本開示のセンサアセンブリは、本質的に受動的であり、電力がセンサアセンブリにそして炉心内部に給電されることを必要としない。光ファイバは、出力／線束分布の遠隔測定のためおよびデジタル情報への出力／線束分布の変換のために検出器および／または分光器まで延伸してもよい。

【0014】

図１は、本開示の１つまたは複数の実施形態による原子炉システム１００を図示する。原子炉システム１００は、制御棒１０２、燃料体１０４、加圧器１０６、反応炉容器１０８、蒸気発生器１１０、反応炉冷却材ポンプ１１２、および反応炉冷却材システム１１４を備えることができる。例えば、原子炉システム１００は、従来型の加圧水型反応炉（ＰＷＲ）を含むことができる。さらにその上、原子炉システム１００がＰＷＲとして本明細書では説明されるが、本開示はそのようには限定されず、原子炉システム１００は、マグノックス炉、高度ガス冷却型、沸騰水型反応炉、カナダ重水素ウラン型、または黒鉛減速型（例えば、ＲＢＭＫ）反応炉システムを含むことができる。

【0015】

原子炉システム１００は、制御システム１１６およびセンサアセンブリ１１８をさらに含むことができる。センサアセンブリ１１８は、原子炉システム１００の反応炉容器１０８（例えば、炉心）内部に設置されてもよい。制御システム１１６は、手動および自律的反応炉運転のための反応炉制御システムを含むことができ、そしてデータ収集システム１２２、プロセッサ１２４、メモリ１２６、記憶デバイス１２８、ユーザインターフェース１３０、および通信インターフェース１３２を含むことができ、これらは通信インフラ１３４を経由して通信可能に結合されてもよい。計算デバイスの一例が図１に示されている、とは言え、図１に図示した構成要素は、限定するものではない。追加の構成要素または代替の構成要素が、他の実施形態では使用されることがある。さらにその上、ある種の実施形態では、制御システム１１６は、図１に示した制御システムよりももっと数少ない構成要素を含むことができる。図１に示した制御システム１１６の構成要素が、下記にさらに詳細に説明される。

【0016】

センサアセンブリ１１８は、固体レーザ媒質、ケーシング、および少なくとも１つの光ファイバを含むことができる。固体レーザ媒質は、ケーシング内部に配置されることがあり、少なくとも１つの光ファイバが固体レーザ媒質１３６に光学的に結合されることがある。少なくとも１つの光ファイバはまた、制御システム１１６のデータ収集システム１２２に結合されることがある。センサアセンブリ１１８は、図２および図３に関連して下記にさらに詳細に説明される。本明細書において非常に詳細に説明されるように、原子炉システム１００は、レーザ光を発生させるために反応炉炉心内部での中性子線束、ガンマ線束、ベータ線束、および核分裂片線束による固体レーザ媒質の原子の励起を利用できる。データ収集システム１２２は、制御システム１１６の他の要素と協働して、レーザ光を受光でき、そしてリアルタイムで反応炉の出力および反応炉の放射線の線束を決定するためにレーザ光を解析できる。

【0017】

図２は、本開示の１つまたは複数の実施形態による原子炉システム１００のセンサアセンブリ１１８および制御システム１１６の模式的な表示である。いくつかの実施形態では、センサアセンブリ１１８は、固体レーザ媒質１３６、ケーシング１３８、および少なくとも１つの光ファイバ１４０、インターフェース部分１４２、双方向ミラーコーティング１４４、およびフルミラーコーティング１４６を含むことができる。フルミラーコーティング１４６は、固体レーザ媒質１３６を部分的に囲むことができ、そして双方向ミラーコーティング１４４は、固体レーザ媒質１３６の残りの部分を囲むことができる。双方向ミラーコーティング１４４はまた、固体レーザ媒質１３６と、固体レーザ媒質１３６をインターフェース部分１４２に動作可能に結合するインターフェース部分１４２との間に配置されることもある。ケーシング１３８は、フルミラーコーティング１４６、双方向ミラーコーティング１４４、およびインターフェース部分１４２の少なくとも一部分のうちの露出した部分を囲むことができる。少なくとも１つの光ファイバ１４０は、インターフェース部分１４２に動作可能に結合されてもよく、そして反応炉容器１０８（図１）から外へ制御システム１１６まで延びることがある。

【0018】

いくつかの実施形態では、固体レーザ媒質１３６は、円柱状の形状であってもよい。しかしながら、固体レーザ媒質１３６は、任意の幾何学的形状であってもよい。さらにその上、１つまたは複数の実施形態では、固体レーザ媒質１３６は、水晶を含むことができる。いくつかの実施形態では、固体レーザ媒質１３６は、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を含むことができる。さらなる実施形態では、固体レーザ媒質１３６は、人工エメラルド、サファイアまたはルビーを含むことができる。

【0019】

１つまたは複数の実施形態では、固体レーザ媒質１３６は、放射線に対する感度（例えば、中性子感度）を生じさせるための物質をドープされることがある。例えば、固体レーザ媒質１３６は、ウラン、プルトニウム、アメリシウム、カルフォルニウム、または別の核分裂性原子種のうちの１つまたは複数をドープされてもよい。いくつかの実施形態では、固体レーザ媒質１３６は、ウラン、プルトニウム、アメリシウム、カルフォルニウム、または別の核分裂性原子種のうちの少なくとも２つの混合物をドープされてもよい。結果として、固体レーザ媒質１３６は、核分裂片、内部中性子線束、ガンマ線束、ベータ線束、および／または原子炉システム１００により放出された（例えば、反応炉炉心内部で放出された）外部放射線線束により直接的にポンピングされることがある。したがって、固体レーザ媒質１３６は、原子炉システム１００の運転によりポンピングされることがあり、そして結果として、センサアセンブリ１１８は、受動的センサアセンブリ１１８であってもよく、そして運転し機能するために追加の電力入力を必要としなくてもよい。さらにその上、ドーピング物質は、出力レーザ光の色および波長を制御され、選択されることを可能にする。例えば、ドーパントは、固体レーザ媒質１３６の出力レーザ光の波長を調節する（例えば、選択する）ために選択されることがある。いくつかの実施形態では、ドーパントは、赤外線領域内に出力レーザ光を保つように選択されてもよい。

【0020】

いくつかの実施形態では、ケーシング１３８は、密閉式ケーシングを含むことができる。言い換えると、ケーシング１３８は、流体密である。１つまたは複数の実施形態では、ケーシング１３８は、セラミック材料および／または金属もしくは金属合金を含むことができる。１つまたは複数の実施形態では、フルミラーコーティング１４６は、金を含むことができる。さらなる実施形態では、フルミラーコーティング１４６は、ミラーコーティングを形成するための任意の他の知られた物質を含むことができる。いくつかの実施形態では、双方向ミラーコーティング１４４は、一方の側では反射性であり他方では透過性である相反する鏡を含むことができる。双方向ミラーは、一方の側では金属の比較的薄い層内に透明な物質を含むことができる。金属は、アルミニウムおよび／または任意の他の金属材料を含むことができる。

【0021】

１つまたは複数の実施形態では、インターフェース部分１４２は、インターフェース部分１４２のインターフェース部分のレンズ（例えば、円錐形状の先端のところのレンズ）に動作可能に結合される少なくとも１つの光ファイバ１４０有する全体として円錐形状であってもよい。いくつかの実施形態では、インターフェース部分１４２および／またはインターフェース部分１４２のレンズは、半球形、球形、または任意の他の形状を有することができる。１つまたは複数の実施形態では、インターフェース部分１４２および／またはインターフェース部分１４２のレンズの形状は、出力ビームの必要条件に基づいて少なくとも一部が決定されてもよい。いくつかの実施形態では、レンズは、光学ガラス、石英ガラス、および／または他の適した材料のうちの１つまたは複数を含むことができる。

【0022】

いくつかの実施形態では、制御システム１１６およびデータ収集システム１２２は、パワーメータ、光学分光装置、マルチプレクサ、シリコンダイオード、あるいは光を受光しレーザ光から出力および放射線の線束を決定するまたは光エネルギーおよび／もしくは熱エネルギーを読み取るための任意の他のシステム／機器のうちの１つまたは複数を含むことができる。

【0023】

下記でより詳細に説明されるように、センサアセンブリ１１８は、反応炉容器１０８から外へ制御システム１１６のデータ収集システム１２２まで延びる少なくとも１つの光ファイバ１４０をともなった状態で反応炉容器１０８（例えば、反応炉炉心）内部に置かれることがある。例えば、センサアセンブリ１１８は、実験区画内部におよび／または反応炉炉心の燃料チャネル内部に配置されてもよい。さらにその上、運転中に、固体レーザ媒質１３６は、原子炉システム１００によってポンピングされることがある。例えば、固体レーザ媒質１３６は、核分裂片、内部中性子線束、ベータ線束、ガンマ線束、および／または反応炉炉心からの外部放射線線束によって、ならびにレーザ光を発生させるための固体レーザ媒質１３６の原子および／もしくは固体レーザ媒質１３６内部のドーパントを励起するための操作によりポンピングされてもよい。その上、上述したように、固体レーザ媒質１３６が原子炉システム１００によりポンピングされるという理由で、センサアセンブリ１１８は、いずれの外部電力をも必要とせず、原子炉システム１００の内部で受動的であってもよく、これが使用中のセンサアセンブリ１１８の信頼性を向上できる。

【0024】

さらにその上、センサアセンブリ１１８は、双方向ミラーコーティング１４４、フルミラーコーティング１４６、およびインターフェース部分１４２を介して少なくとも１つの光ファイバ１４０へレーザ光を向けることができ、そして少なくとも１つの光ファイバ１４０は、反応炉から外へ制御システム１１６およびデータ収集システム１２２へレーザ光を伝送できる。制御システム１１６およびデータ収集システム１２２は、レーザ光を受光でき、そして反応炉出力および放射線の線束（例えば、中性子線束、ベータ線束、ガンマ線束、および外部放射線線束）を決定するために知られた方法を介して受光したレーザ光を解析できる。例えば、受光したレーザ光強度は、反応炉出力に正比例してもよいおよび／または放射線の線束（例えば、中性子線束、ベータ線束、ガンマ線束、および外部放射線線束）を示すことができる。例えば、ガンマ線束は、反応炉出力に比例してもよい。結果として、反応炉出力ならびに放射線の線束（例えば、中性子線束、ベータ線束、ガンマ線束、および外部放射線線束）は、リアルタイムで決定されてもよい。その上、下記にさらに詳細に論じられるように、多数のセンサを用いて、熱に対する高速線束の比率が、センサアセンブリによって提供される情報を通して決定されてもよい。さらにその上、センサアセンブリ１１８により与えられたレーザ光を通して、原子炉システム１００の出力履歴が決定されてもよい。１つまたは複数の実施形態では、制御システム１１６は、レーザ光の強度および波長に示された情報をデジタル情報へと変換できる。いくつかの実施形態では、制御システム１１６は、反応炉出力および放射線の線束を決定するため、レーザ光を受光する際に収集したデータを遠隔計算システムへ伝送できる。さらにその上、いくつかの実施形態では、受光したレーザ光および付随する解析は、本技術において知られている線束ワイアから得られる情報を通して校正されてもよい。

【0025】

いくつかの実施形態では、多数のセンサアセンブリ１１８が、反応炉炉心の全体にわたり配置される（分散される）ことがある。結果として、局所的な出力および放射線線束は、原子炉システム１００内部で決定されてもよい。さらにその上、反応炉炉心内部の出力／線束分布が、リアルタイムで決定されてもよい。

【0026】

上述したように、制御システム１１６は、手動および自律的反応炉運転のための反応炉制御システムを含むことができる。結果として、いくつかの実施形態では、制御システム１１６は、反応炉制御システムへ決定した反応炉出力および放射線の線束を伝送でき、そして反応炉制御システムは、決定した反応炉出力および放射線の線束に基づいて１つまたは複数の運転パラメータを自動的に調節できる。いくつかの実施形態では、制御システム１１６は、レーザ出力および反応炉出力に対して別々の指示を用いるスタンドアロンであってもよい。さらなる実施形態では、制御システム１１６は、より大きなプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）または分散型制御システム（ＤＣＳ）の一部を形成できる。センサアセンブリ１１８から受信した（例えば、取り出された）情報は、反応炉パラメータの作動因子を通知するために反応炉の運転者へ指示を提供できる。さらなる実施形態では、情報は、運転者の行為とは無関係に自動制御または安全機能を提供するために制御システム１１６により使用されてもよい。

【0027】

依然として図２を参照して、いくつかの実施形態では、センサアセンブリ１１８は、円柱状の形状を有する第１の固体レーザ媒質部分、および環状の形状を有しそして第１の固体レーザ媒質部分を少なくとも部分的に囲む第２の固体レーザ媒質部分を持つことができる。さらにその上、第２の固体レーザ媒質部分は、多結晶質結晶を含むことができ、そして円柱状の形状を有する第１の固体レーザ媒質部分用のポンピング部として作用できる。結果として、第２の固体レーザ媒質部分を有するセンサアセンブリ１１８が反応炉によってポンピングされ、そして第１の固体レーザ媒質部分が第２の固体レーザ媒質部分でポンピングされる。２つの固体レーザ媒質部分を有することは、比較的高い出力レベル（例えば、メガワットの光）を有するレーザ光を発生させることを容易にできる。

【0028】

図３は、反応炉出力および原子炉システム１００のエネルギースペクトルの両者を決定するためのセンサアセンブリのセット１５０の模式的な表示である。例えば、センサアセンブリのセットは、第１のセンサアセンブリ１５２、第２のセンサアセンブリ１５４、および第３のセンサアセンブリ１５６を含むことができる。さらにその上、３個のセンサアセンブリだけが本明細書では描かれている一方で、センサアセンブリのセット１５０は、任意の数のセンサアセンブリ（例えば、４個、５個、１０個、２０個、等）を含むことができる。その上、複数のセンサアセンブリのセット１５０が、原子炉システム１００の反応炉炉心の全体にわたり分散されてもよい。センサアセンブリのセット１５０のセンサアセンブリの各々は、図２に関して上述のセンサアセンブリ１１８の要素を含むことができ、そして各々が原子炉システム１００の制御システム１１６に動作可能に結合されてもよい。

【0029】

１つまたは複数の実施形態では、センサアセンブリのセット１５０の各々のセンサアセンブリ１５２、１５４、１５６は、異なるドーパントをドープされてもよい。結果として、センサアセンブリのセット１５０を利用して、原子炉システム１００の制御システム１１６は、第１のセンサアセンブリ１５２からの反応炉出力、第２のセンサアセンブリ１５４からのガンマ線束、および第３のセンサアセンブリ１５６からの内部中性子線束を決定できる。したがって、センサアセンブリのセット１５０内部に多数のセンサアセンブリを含むことおよび原子炉のエネルギースペクトル（すなわち、核分裂片、内部中性子線束、ガンマ線束、ベータ線束、および／または外部放射線線束）の部分（例えば、一部）の決定を可能にするように選択されたドーパントを用いて各々のセンサアセンブリをドーピングすることによって、原子炉システム１００の制御システム１１６は、反応炉出力および原子炉システム１００のエネルギースペクトルの両者を決定できる。例えば、センサアセンブリのセット１５０内部に多数のセンサアセンブリを含むことおよび原子炉のエネルギースペクトル（すなわち、核分裂片、内部中性子線束、ガンマ線束、ベータ線束、および／または外部放射線線束）の部分（例えば、一部）の決定を可能にするように選択されたドーパントを用いて各々のセンサアセンブリをドーピングすることによって、どのタイプのエネルギーがセンサアセンブリをポンピングするか、が選択されてもよく、そしてセンサアセンブリのセット１５０のうちのセンサアセンブリによって発生されたレーザ光の波長が選択されてもよい。さらにその上、反応炉炉心の全体にわたり多数のセンサアセンブリのセット１５０を分散させることにより、原子炉システム１００の制御システム１１６は、反応炉出力の分布および原子炉システム１００のエネルギースペクトルの分布を決定できる。

【0030】

図１から図３を一緒に参照して、いくつかの実施形態では、本明細書において説明したセンサアセンブリは、原子炉システム１００からの直接エネルギー出力部としてさらに利用されることがある。例えば、本明細書において説明した固体レーザ媒質は、比較的高エネルギー（例えば、メガワット）のレーザ光を発生させるために利用されることがあり、そしてレーザ光は、光から熱、電力、または任意の他のパワーソースへの変換のために別の場所へ伝送されることがある。例えば、レーザ光は、光起電力を介して変換されてもよい。その上、いくつかの実施形態では、レーザ光は、比較的長い距離（例えば、数キロメートル、数百キロメートル、等）にわたって伝送されることがある。前述を考慮して、センサアセンブリおよび／または本明細書において説明するセンサアセンブリの部分が、原子炉システム１００から遠い場所まで原子炉システム１００のエネルギー出力を伝送するために利用されることがある。

【0031】

図４は、本開示の１つまたは複数の実施形態による反応炉出力および／または原子炉システム１００からの放射線の線束を決定する方法４００のフローチャートを示す。
いくつかの実施形態では、方法４００は、図４の行為４０２に示したように、原子炉システム１００の反応炉容器（例えば、反応炉炉心）内部に少なくとも１つのセンサアセンブリ（例えば、センサアセンブリ１１８）を配置することを含むことができる。１つまたは複数の実施形態では、反応炉炉心内部に少なくとも１つのセンサアセンブリを配置することは、反応炉炉心内部にセンサアセンブリのセット（例えば、センサアセンブリのセット１５０）を配置することを含むことができる。さらにその上、いくつかの実施形態では、反応炉炉心内部に少なくとも１つのセンサアセンブリを配置することは、反応炉炉心の全体にわたり多数のセンサアセンブリまたはセンサアセンブリのセットを配置すること（例えば、分散させること）を含むことができる。

【0032】

１つまたは複数の実施形態では、方法４００は、図４の行為４０４に示したように、少なくとも１つのセンサアセンブリから少なくとも１つのレーザ光を受光することをさらに含むことができる。例えば、上記で論じたように、固体レーザ媒質（例えば、固体レーザ媒質１３６）は、原子炉システムにより直接ポンピングされてもよい。例えば、固体レーザ媒質は、核分裂片、内部中性子線束、ベータ線束、ガンマ線束、ならびに／または反応炉炉心およびレーザ光を発生させるための固体レーザ媒質の原子および／もしくは固体レーザ媒質内部のドーパントを励起するための操作からの外部放射線線束によりポンピングされてもよい。さらにその上、少なくとも１つのセンサアセンブリは、レーザ光を少なくとも１つのセンサアセンブリの少なくとも１つの光ファイバへ、双方向ミラーコーティング、フルミラーコーティング、およびインターフェース部分を介して向けることができ、少なくとも１つの光ファイバは、反応炉から外へ制御システム（例えば、制御システム１１６）およびデータ収集システム（例えば、データ収集システム１２２）へレーザ光を伝送できる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのセンサアセンブリから少なくとも１つのレーザ光を受光することは、複数のセンサアセンブリから複数のレーザ光を受光することを含むことができ、複数のレーザ光の各々のレーザ光は、反応炉出力、中性子線束、ベータ線束、ガンマ線束、および／または外部放射線線束のうちの１つを表す。

【0033】

少なくとも１つのセンサアセンブリから少なくとも１つのレーザ光を受光すると、方法４００はまた、図４の行為４０６に示したように、少なくとも１つのレーザ光を解析することも含むことができる。例えば、少なくとも１つのレーザ光を解析することは、ポンピング源の出力（例えば、原子炉システムの反応炉出力、中性子線束、ベータ線束、ガンマ線束、および／または外部放射線線束）を決定するために従来の方法を介して少なくとも１つのレーザ光の波長および強度を解析することを含むことができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレーザ光を解析することは、複数のレーザ光および／または複数のレーザ光のセットを解析することを含むことができる。

【0034】

加えて、方法４００は、図４の行為４０８に示したように、原子炉システムの反応炉出力、中性子線束、ベータ線束、ガンマ線束、および／または外部放射線線束のうちの少なくとも１つを決定することを含むことができる。例えば、原子炉システムの反応炉出力、中性子線束、ベータ線束、ガンマ線束、および／または外部放射線線束は、図４の行為４０６の解析を介して決定されてもよい。さらにその上、原子炉システムの反応炉出力、中性子線束、ベータ線束、ガンマ線束、および／または外部放射線線束は、リアルタイムで決定されてもよい。いくつかの実施形態では、原子炉システムの反応炉出力、中性子線束、ベータ線束、ガンマ線束、および／または外部放射線線束のうちの少なくとも１つを決定することは、反応炉出力、中性子線束、ベータ線束、ガンマ線束、および／または外部放射線線束の分布を決定することを含むことができる。例えば、原子炉システムの反応炉出力、中性子線束、ベータ線束、ガンマ線束、および／または外部放射線線束のうちの少なくとも１つを決定することは、反応炉炉心内部のエネルギースペクトルの分布を決定することを含むことができる。

【0035】

１つまたは複数の実施形態では、方法４００は、反応炉出力、中性子線束、ベータ線束、ガンマ線束、および／または外部放射線線束のうちの決定された少なくとも１つに応じて、図４の行為４１０に示したように、反応炉出力、中性子線束、ベータ線束、ガンマ線束、および／または外部放射線線束のうちの決定した少なくとも１つに基づいて原子炉システムの運転パラメータを調節させることを任意選択で含む。

【0036】

図１から図４を一緒に参照して、本開示のセンサアセンブリは、いくつかの利点を提供できる。例えば、センサアセンブリは、外部電力を必要としない（すなわち、センサアセンブリは、受動的である）、したがって原子炉内部に配置されるべき任意の追加の電子機器を必要としない。したがって、センサアセンブリは、放射線の影響を受けやすい電子機器を含むアセンブリと比較して信頼性の向上を提供する。結果として、センサアセンブリは、シールドを必要とせず、そして従来型の出力決定システムと比較して反応炉炉心へと直接配置され得る。

【0037】

さらにその上、本開示のセンサアセンブリは、局所反応炉出力および放射線線束／スペクトルの直接炉内測定を実現できる。その上、上述したように、センサアセンブリは、手動運転および自律的な反応炉運転の両方のために反応炉制御システムへと統合されてもよく、一方で反応炉制御システムへリアルタイム情報を提供する。例えば、センサアセンブリは、直ぐに情報を提供できる。加えて、電子機器を欠くことおよびセンサアセンブリに含まれる材料に起因して、センサアセンブリは、著しく高い放射線場に耐えることができ、そして比較的長いライフサイクルを有することができる。また、原子炉の単一の光ファイバ引き出しに起因して、本開示のセンサアセンブリは、原子炉全体に据え付けそして分散させるための比較的単純なシステムを提供する。同様に、センサアセンブリの単純さが、潜在的な故障の点を減少させ、そしてセンサアセンブリの耐久性および信頼性を高める。センサアセンブリの単純さはまた、従来型の出力決定システムと比較して据え付けおよび運転のコストも減少させる。加えて、センサアセンブリは、サイズが比較的小さくてもよく、そしてマイクロ原子炉運転およびシステム内の出力決定のための非常に適した解を提供できる。さらにその上、本開示のセンサアセンブリは、スペースパワーおよび核熱推進用原子炉市場への応用が容易である。

【0038】

図１および図１の制御システム１１６を再び参照して、データ収集システム１２２は、センサアセンブリ１１８からの信号を受信でき、そしてセンサアセンブリの光ファイバおよび様々なセンサからのアナログ信号をデジタル数値へと変換するための関連するアナログ－デジタル変換回路を含むまたは有することができ、デジタル数値は、制御システム１１６（例えば、制御システム１１６のプロセッサ１２４および／またはデータ収集システム１２２）によって操作されるおよび／または解析されることがある。データ収集システム１２２は、アセンブリ、ＢＡＳＩＣ、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、フォートラン、ジャヴァ、ＬａｂＶＩＥＷ、リスプ、パスカル、等などの様々な汎用プログラミング言語を使用して開発された１つまたは複数のソフトウェアプログラムをさらに含むことができる。非限定的な例として、制御システム１１６は、この技術において知られた任意のデータ収集システムを含むことができる。

【0039】

１つまたは複数の実施形態では、プロセッサ１２４は、コンピュータプログラムを作製するものなどの命令を実行するためのハードウェアを含む。例としてそして限定ではなく、命令を実行するために、プロセッサ１２４は、内部レジスタ、内部キャッシュ、メモリ１２６、または記憶デバイス１２８から命令を検索する（または取り出す）ことができ、命令をデコードし実行できる。１つまたは複数の実施形態では、プロセッサ１２４は、データ、命令、またはアドレス用の１つまたは複数の内部キャッシュを含むことができる。例としてそして限定ではなく、プロセッサ１２４は、１つまたは複数の命令キャッシュ、１つまたは複数のデータキャッシュ、および１つまたは複数の変換索引バッファ（ＴＬＢ）を含むことができる。命令キャッシュ内の命令は、メモリ１２６または記憶デバイス１２８内の命令のコピーであってもよい。

【0040】

メモリ１２６は、プロセッサによる実行のためのデータ、メタデータ、およびプログラムを記憶するために使用されることがある。メモリ１２６は、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、読出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ソリッドステートディスク（「ＳＳＤ」）、フラッシュ、相変化メモリ（「ＰＣＭ」）、または他のタイプのデータ記憶装置などの、揮発性メモリおよび不揮発性メモリのうちの１つまたは複数を含むことができる。メモリ１２６は、内部メモリであっても分散型メモリであってもよい。

【0041】

記憶デバイス１２８は、データまたは命令を記憶するための記憶装置を含む。例としてそして限定ではなく、記憶デバイス１２８は、上述の非一時的な記憶媒体を備えることができる。記憶デバイス１２８は、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、フロッピディスクドライブ、フラッシュメモリ、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープ、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ドライブまたはこれらのうちの２つ以上の組み合わせを含むことができる。記憶デバイス１２８は、適切な場合には、リムーバブル媒体または非リムーバブル（すなわち固定）媒体を含むことができる。記憶デバイス１２８は、制御システム１１６の内部であっても外部であってもよい。１つまたは複数の実施形態では、記憶デバイス１２８は、不揮発性固体メモリである。他の実施形態では、記憶デバイス１２８は、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含む。適切な場合には、このＲＯＭは、マスクプログラム型ＲＯＭ、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、電気的変更可能ＲＯＭ（ＥＡＲＯＭ）、もしくはフラッシュメモリ、またはこれらのうちの２つ以上の組み合わせであってもよい。

【0042】

ユーザインターフェース１３０は、ユーザが制御システム１１６へ入力を与えること、制御システム１１６から出力を受信すること、そうでなければ制御システム１１６へデータを転送することおよび制御システム１１６からデータを受信することを可能にする。ユーザインターフェース１３０は、マウス、キーパッドもしくはキーボード、タッチスクリーン、カメラ、光学式スキャナ、ネットワークインターフェース、モデム、他の知られたユーザデバイス、またはそのようなユーザインターフェースの組み合わせを含むことができる。ユーザインターフェース１３０は、限定しないが、グラフィックスエンジン、ディスプレイ（例えば、ディスプレイスクリーン）、１つまたは複数の出力ドライバ（例えば、ディスプレイドライバ）、１つまたは複数のオーディオスピーカ、および１つまたは複数のオーディオドライバを含め、ユーザへ出力を提示するための１つまたは複数のデバイスを含むことができる。ある種の実施形態では、ユーザインターフェース１３０は、ユーザへの提示のためディスプレイへグラフィカルデータを提供するように構成される。グラフィカルデータは、１つまたは複数のグラフィカルユーザインターフェースおよび／または特定の実装形態に役立つことがあるような任意の他のグラフィカルコンテンツを表すものであってもよい。

【0043】

通信インターフェース１３２は、ハードウェア、ソフトウェア、または両者を含むことができる。いずれにしても、通信インターフェース１３２は、制御システム１１６と１つもしくは複数の他の計算デバイスまたはネットワークとの間の通信（例えば、パケットベースの通信、など）のための１つまたは複数のインターフェースを提供するように構成される。例としてそして限定ではなく、通信インターフェース１３２は、イサーネットもしくは他の有線ネットワークと通信するためのネットワークインターフェースコントローラ（ＮＩＣ）もしくはネットワークアダプタ、またはＷＩ－ＦＩなどのワイアレスネットワークと通信するためのワイアレスＮＩＣ（ＷＮＩＣ）もしくはワイアレスアダプタを含むことができる。

【0044】

加えてまたは代替で、通信インターフェース１３２は、アドホックネットワーク、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、またはインターネットの１つもしくは複数の部分、あるいはこれらのうちの２つ以上の組み合わせとの通信を容易にできる。これらのネットワークのうちの１つまたは複数の１つまたは複数の部分は、有線であってもワイアレスであってもよい。例として、通信インターフェース１３２は、ワイレスＰＡＮ（ＷＰＡＮ）（例えば、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標） ＷＰＡＮなど）、ＷＩ－ＦＩネットワーク、ＷＩ－ＭＡＸネットワーク、携帯電話ネットワーク（例えば、グローバルシステムフォーモバイルコミュニケーションズ（ＧＳＭ）ネットワークなど）、もしくは他の適したワイレスネットワーク、またはこれらの組み合わせとの通信を容易にできる。

【0045】

加えて、通信インターフェース１３２は、様々な通信プロトコルの通信を容易にできる。使用されることがある通信プロトコルの例は、限定されないが、データ伝送媒体、通信デバイス、伝送制御プロトコル（「ＴＣＰ」）、インターネットプロトコル（「ＩＰ」）、ファイル転送プロトコル（「ＦＴＰ」）、テルネット、ハイパーテキスト転送プロトコル（「ＨＴＴＰ」）、ハイパーテキスト転送プロトコルセキュア（「ＨＴＴＰＳ」）、セッション開始プロトコル（「ＳＩＰ」）、簡易オブジェクトアクセスプロトコル（「ＳＯＡＰ」）、拡張可能マークアップ言語（「ＸＭＬ」）およびその変形、簡易メール転送プロトコル（「ＳＭＴＰ」）、リアルタイム伝送プロトコル（「ＲＴＰ」）、ユーザデータグラムプロトコル（「ＵＤＰ」）、グローバルシステムフォーモバイルコミュニケーションズ（「ＧＳＭ」）技術、符号分割多重アクセス（「ＣＤＭＡ」）技術、時分割多重アクセス（「ＴＤＭＡ」）技術、ショートメッセージサービス（「ＳＭＳ」）、マルチメディアメッセージサービス（「ＭＭＳ」）、無線周波数（「ＲＦ」）シグナリング技術、ロングタームエボリューション（「ＬＴＥ」）技術、ワイアレス通信技術、帯域内および帯域外シグナリング技術、ならびに他の適した通信ネットワークおよび技術を含む。

【0046】

通信インフラ１３４は、制御システム１１６の構成要素を互いに結合するハードウェア、ソフトウェア、または両者を含むことができる。例としてそして限定ではなく、通信インフラ１３４は、アクセラレーテッドグラフィックスポート（ＡＧＰ）または他のグラフィックスバス、拡張工業規格アーキテクチャ（ＥＩＳＡ）バス、フロントサイドバス（ＦＳＢ）、ＨＹＰＥＲＴＲＡＮＳＰＯＲＴ（ＨＴ）インターコネクト、工業規格アーキテクチャ（ＩＳＡ）バス、ＩＮＦＩＮＩＢＡＮＤインターコネクト、ローピンカウント（ＬＰＣ）バス、メモリバス、マクロチャネルアーキテクチャ（ＭＣＡ）バス、ペリフェラルコンポーネントインターコネクト（ＰＣＩ）バス、ＰＣＩエクスプレス（ＰＣＩｅ）バス、シリアルアドバンストテクノロジーアタッチメント（ＳＡＴＡ）バス、ビデオエレクトロニクススタンダードアソシエーションローカル（ＶＬＢ）バス、もしくは別の適したバス、またはこれらの組み合わせを含むことができる。

【0047】

開示の実施形態はさらに含む：
実施形態１。原子炉の運転特性を決定するためのセンサアセンブリであって、核分裂性種または非核分裂性種のうちの少なくとも一方をドープされ、原子炉の炉心内部に配置されるように構成された固体レーザ媒質と、固体レーザ媒質に動作可能に結合され、原子炉の炉心から外へ原子炉の制御システムまで延伸するように構成された光ファイバとを備える、センサアセンブリ。

【0048】

実施形態２。核分裂性種が、ウラン、プルトニウム、アメリシウム、またはカルフォルニウムのうちの１つまたは複数を含む、実施形態１に記載のセンサアセンブリ。
実施形態３。固体レーザ媒質を部分的に囲むフルミラーコーティングと、固体レーザ媒質の長手方向端部に配置された双方向ミラーコーティングと、双方向ミラーコーティングを光ファイバへ結合するインターフェース部分と、フルミラーコーティングおよびインターフェース部分の少なくとも一部分を囲むケーシングとをさらに備える、実施形態１または２に記載のセンサアセンブリ。

【0049】

実施形態４。固体レーザ媒質が、ガーネット、サファイア、ルビー、またはエメラルドのうちの１つまたは複数を含む、実施形態１から３のいずれか１つに記載のセンサアセンブリ。

【0050】

実施形態５。固体レーザ媒質が、円柱状の形状を有する、実施形態１から４のいずれか１つに記載のセンサアセンブリ。
実施形態６。固体レーザ媒質が、イットリウムアルミニウムガーネットを含む、実施形態１から５のいずれか１つに記載のセンサアセンブリ。

【0051】

実施形態７。核分裂性種が、光ファイバを通るレーザ光をポンピングするための放射線に応じて励起可能である、実施形態１から３のいずれか１つに記載のセンサアセンブリ。
実施形態８。反応炉炉心を画定する反応炉容器と、反応炉炉心の外側に配置された、原子炉システムを運転するための制御システムと、反応炉炉心内部に部分的に配置された少なくとも１つのセンサアセンブリであって、少なくとも１つのセンサアセンブリが、核分裂性種をドープされ、原子炉システムの反応炉炉心内部に配置された少なくとも１つの固体レーザ媒質と、少なくとも１つの固体レーザ媒質に動作可能に結合され、原子炉システムの反応炉炉心から外へ延伸し、原子炉の制御システムに動作可能に結合された少なくとも１つの光ファイバとを備える、少なくとも１つのセンサアセンブリとを具備する、原子炉システム。

【0052】

実施形態９。少なくとも１つのセンサアセンブリが、原子炉システムの反応炉炉心の全体にわたって分散された複数のセンサアセンブリを備える、実施形態８に記載の原子炉システム。

【0053】

実施形態１０。少なくとも１つのセンサアセンブリが、複数の固体レーザ媒質および複数の光ファイバを備える、実施形態８または９に記載の原子炉システム。
実施形態１１。複数の固体レーザ媒質の固体レーザ媒質の各々が、異なる核分裂性種をドープされる、実施形態１０に記載の原子炉システム。

【0054】

実施形態１２。核分裂性種が、ウラン、プルトニウム、アメリシウム、またはカルフォルニウムのうちの１つまたは複数を含む、実施形態８から１１のいずれか１つに記載の原子炉システム。

【0055】

実施形態１３。固体レーザ媒質が、ガーネット、サファイア、ルビー、またはエメラルドのうちの１つまたは複数を含む、実施形態８から１２のいずれか１つに記載の原子炉システム。

【0056】

実施形態１４。核分裂性種が、少なくとも１つの光ファイバを通るレーザ光をポンピングするための放射線に応じて励起可能である、実施形態８から１３のいずれか１つに記載の原子炉システム。

【0057】

実施形態１５。制御システムが、少なくとも１つの追加のプロセッサと、少なくとも１つの追加のプロセッサにより実行されたときに、制御システムに、レーザ光を少なくとも１つの固体レーザ媒質から、少なくとも１つの光ファイバを通して受光させ、レーザ光を解析させ、レーザ光の解析を介して、原子炉システムの少なくとも１つの運転特性を決定させる命令を記憶する少なくとも１つの追加の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体とを備える、実施形態８から１４のいずれか１つに記載の原子炉システム。

【0058】

実施形態１６。少なくとも１つの運転特性が、反応炉出力、内部中性子線束、ガンマ線束、ベータ線束、または外部放射線線束のうちの１つまたは複数を含む、実施形態１５に記載の原子炉システム。

【0059】

実施形態１７。原子炉の運転特性を決定する方法であって、原子炉内部に少なくとも１つのセンサアセンブリを配置するステップであり、少なくとも１つのセンサアセンブリが、反応炉炉心内部に配置された固体レーザ媒質と、固体レーザ媒質に結合されそして反応炉炉心から外へ延伸する光ファイバとを備える、ステップと、原子炉の運転中に、レーザ光を光ファイバから受光するステップと、レーザ光を解析するステップと、レーザ光の解析に少なくとも一部は基づいて、原子炉の運転特性を決定するステップとを含む、方法。

【0060】

実施形態１８。運転特性が、反応炉出力、内部中性子線束、ガンマ線束、ベータ線束、または外部放射線線束のうちの１つまたは複数を含む、実施形態１７に記載の方法。
実施形態１９。レーザ光が、原子炉によってポンピングされる、実施形態１７または１８に記載の方法。

【0061】

実施形態２０。原子炉の運転特性を決定するステップに応じて、リアルタイムで原子炉の運転パラメータを調節するステップをさらに含む、実施形態１７から１９のいずれか１つに記載の方法。

【0062】

実施形態２１。固体レーザ媒質の核分裂性種に原子炉中で生成された中性子線束との相互作用を介して原子核分裂を起こさせるステップと、原子核分裂を介して生成された核分裂片を介して、光ファイバを通るレーザ光を、運動エネルギーによって直接的にまたは熱励起によって間接的にポンピングするステップとをさらに含む、実施形態１７から２０のいずれか１つに記載の方法。

【0063】

上述の、そして添付の図面に図示した開示の実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲およびそれらの法律上の等価物により包含される開示の範囲を限定しない。任意の等価な実施形態は、この開示の範囲内である。実際に、本明細書において示したものおよび説明したものに加えて、説明した要素の代替の有用な組み合わせなどの開示の様々な変更形態が、記載から当業者には明らかになるだろう。このような変更形態および実施形態もまた、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内になる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】