專利名稱：用于測量電荷的殘余能的設備及方法
技術領域：
本發(fā)明的領域涉及殘余電荷能，尤其是核類型殘余電荷能的測量。具體來說，本發(fā)明可用來以短響應時間測量核電荷中的能耗，以可選地通過分離Y放射性的測量來監(jiān)視衰變動力學特性。本發(fā)明應用于所有輻照燃料，或者應用于任何其他電荷，無論是核電荷還是非核電荷。
背景技術：
目前，熱提取和離子輻射保護系統(tǒng)的大小，尤其是對于輻照燃料，被構建有很大余量，這是由于對殘余能，尤其是對關于輻射動力學特性的不確定性缺乏了解。因此，目前的評估是使用專用預測數(shù)字儀器來進行的，該儀器對于不確定性具有很大余量，從而導致笨重且高成本的設備，對于運輸來說尤其如此。核燃料的輻射使原始材料變質(zhì)為各種不穩(wěn)定的原子核、放射性同位素，它們在被輻射放射所輻照之后被去激勵并消耗能量，消耗取決于燃料的類型和輻照程度，并且對于設計能量疏散系統(tǒng)和可選的輻射保護系統(tǒng)的大小而言，需要以足夠百分比的準確度知道被稱為殘余能的該能量。取決于輻照監(jiān)視的質(zhì)量，在已知輻照的情況下，當前數(shù)字儀器達到了百分之十數(shù)量級的準確度，準確度相對于與輻照動力學特性相關的不確定性而急劇下降。該下降是極其有害的，對于抗致電離輻射尤其有害。另外，所使用的數(shù)字儀器的結果必須通過與質(zhì)量測量進行比較來證明合格。因此，問題在于找到用來進行必待測設備和方法，其準確度優(yōu)于使用數(shù)值計算所獲得的準確度。另一問題涉及測量所必須花費的時段。在幾分鐘之后以及在數(shù)個月之后，對于相同電荷都需要進行有效的測量，幾分鐘為需要用來準備測量的時間，在該時間之后，殘余能可能仍然較高，例如幾百瓦特的數(shù)量級，其衰減動力學特性也保持較高，而在數(shù)個月之后，殘余能就低得多，例如幾瓦特的數(shù)量級。經(jīng)過充分長的時間段，測量范圍因此非常廣，在一百的數(shù)量級上，從而要求使用具有足夠準確度的、大動態(tài)范圍的測量，或者使用幾個級聯(lián)的測量系統(tǒng)，或者可選地使用具有幾個功能模式的測量設備，所有功能模式都必須在很長時段(一年)中保持可靠，必要的準確度對于即時殘余能是百分之一的數(shù)量級。因此，所述測量設備必須優(yōu)選地具有短響應時間，為幾秒的數(shù)量級，并因此必須具有小熱慣性。
此外，問題還在于提供設備來根據(jù)燃料的類型和輻照類型測量燃料的殘余能，以允許其保護系統(tǒng)的大小、復雜性和成本最小化。已知的熱量計有許多種。在適于封閉系統(tǒng)的“絕熱”熱量計中，恒溫器的溫度是通過樣品的溫度進行伺服控制的，免除了熱交換。在具有不同組件、適于開放系統(tǒng)的“透熱熱流”熱量計中，樣品的溫度通過低熱電阻遵循恒溫器的溫度(相變熱量計歸入此類)。在“透熱能量補償”熱量計中，樣品的溫度是通過恒溫器的溫度、通過一般為電氣的能量補償而進行伺服控制的，免除了熱交換。 在“恒溫環(huán)境”熱量計中(周圍恒溫)，樣品的溫度與恒溫器的溫度之間沒有特別的關聯(lián)，恒溫器的溫度大部分時間都是恒定的。文檔FR 2170195和FR 2603各自描述了應用流量計方法的設備，S卩，使用通過熱電阻建立的溫差來測度熱通量。該方法對使用的材料的熱性質(zhì)是非常敏感的，這些性質(zhì)在時間和空間上也必須是恒定的。該方法對使用的各種接觸電阻也是很敏感的，所述各種接觸電阻是難以控制的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明首先涉及用于測量電荷的殘余能的設備，該設備包括-限定了用于接納和包含待測電荷的第一容器的裝置，-在所述第一容器周圍限定第二容器的裝置，-用于在所述第一容器周圍施加例如厚度小于I毫米或2毫米的液體層或潮濕層的裝置，-用于使所述第一容器外部或所述第二容器中蒸汽的溫度和/或壓強維持恒定的
>J-U ρ α裝直。利用根據(jù)本發(fā)明的設備的這種結構，特別的是，能夠保證從第一容器的壁并由此從所述液體層或潮濕層到將其與第二容器分離的空間中的徑向熱傳導。根據(jù)本發(fā)明的設備的一個實施方式是透熱熱流型。另一實施方式是帶能量補償?shù)耐笩嵝?。所述設備還可以包括用于測量所述限定了第一容器的裝置上和/或第二容器中的溫度和/或壓強的裝置。根據(jù)一個特定實施方式，該設備還包括-用于在第二容器中使得熱傳導流體在冷凝回路中循環(huán)的裝置，-用于對所述熱傳導流體的流量進行控制，使得該流量根據(jù)所述限定了第一容器的裝置上和/或所述第二容器中的溫度和/或壓強的測量值而在所述回路中改變的裝置。另外，可以提供使進入所述冷凝回路的熱傳導流體的輸入溫度維持恒定的裝置。所述設備還可以包括用于在所述冷凝回路的輸入與輸出端測量熱傳導流體的輸入與輸出溫度的裝置。根據(jù)另一實施方式，根據(jù)本發(fā)明的設備包括音速噴嘴。其還可以包括要被浸入液相中的電阻。
可以提供用于測量供應到所述電阻的能量的變化的裝置。有利的是，所述設備還可以包括在液相下回收(recycle)所述噴嘴提取的蒸汽的
>J-U ρ α裝直。所述用于施加潮濕層的裝置優(yōu)選地包括纖維性或多孔性材料的片。根據(jù)本發(fā)明的設備可以設置有一層或一定體積的液體，所述液體要被供應給在所述第一容器周圍施加液體層或潮濕層的裝置?？傮w上講，液體的體積優(yōu)選地比所述第二容器的總體積小20%甚至10%。
在所述第一容器周圍施加液體層或潮濕層還允許其壁被維持在接近環(huán)境溫度的溫度下，所述環(huán)境溫度可以是20°C或基本接近于20°C。最后，由所述第二容器限定的體積優(yōu)選地被泵取(pumping)，以從所述設備中移除最大量的雜質(zhì)。本發(fā)明還涉及用于測量電荷的殘余能的設備，該設備包括-限定了用于接納和包含待測電荷的第一容器的裝置，-在所述第一容器周圍限定第二容器的裝置，-形成要施加于待測電荷上或附近的熱交換器的第一裝置，-形成要施加于所述限定了所述第一容器的裝置上的熱交換器的第二裝置。所述設備還可以包括用于插入待測電荷的管或履層，形成熱交換器的所述第一裝置被施加于或包含于該管或履層中。形成熱交換器的所述第一和第二裝置均可以包括泵、流量計、用于在所述熱交換器形成裝置中影響(impose)熱傳導流體的輸入溫度的裝置，以及用于測量所述熱傳導流體的輸入與輸出溫度的裝置。本發(fā)明還涉及一種使用本發(fā)明的設備(例如根據(jù)上述任意一個實施方式所描述過，或者例如下面更詳細描述)來測量電荷的殘余能的方法。本發(fā)明因此還涉及一種測量電荷的殘余能的方法，該方法包括以下步驟-在第一容器中插入待測電荷,該第一容器被包含于第二容器中，-在所述第一容器周圍施加例如厚度小于I毫米或2毫米的液體層或潮濕層，-使所述第一容器外部或所述第二容器中的蒸汽的溫度和/或壓強維持為恒定值。特別的是，在所述第一容器周圍存在液體層或潮濕層能夠保證從第一容器的壁并由此從所述液體層或潮濕層到將其與第二容器分離開的空間中的徑向熱傳導。所述方法還可以包括以下步驟測量所述第一容器上和/或在所述第二容器中的溫度和/或壓強。根據(jù)一個實施方式，所述方法包括以下步驟-在所述第二容器中使熱傳導流體在冷凝回路內(nèi)循環(huán)，-根據(jù)所述第一容器上或相對所述第一容器和/或在所述第二容器中的溫度和/或壓強的測量值，使所述冷凝回路中的所述熱傳導流體的流量發(fā)生變化。所述冷凝回路中的熱傳導流體的輸入溫度可以被維持恒定。有利的是，在所述冷凝回路的輸入與輸出處，對所述熱傳導流體的輸入與輸出溫度進行測量。
根據(jù)另一實施方式，經(jīng)由音速噴嘴以恒定流量來提取所述電荷產(chǎn)生的熱?？梢杂呻娫磳朐谝合嘀械碾娮韫╇?；然后，對供應到所述電阻的能量的變化進行測量。本發(fā)明還涉及一種測量電荷的殘余能的方法，該方法包括以下步驟-在第一容器中放置待測電荷，該第一容器被包含在第二容器(container)中，-在所述待測電荷上或附近施加熱傳導流體的第一循環(huán)，-在所述限定了所述第一容器的裝置上施加熱傳導流體的第二循環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，進行以下步驟
-將核電荷插入密封的吸收屏蔽體中，-將該組件放置在飽和溫度或設定壓強的水/蒸汽容器中，-經(jīng)由毛細結構,從位于所述容器底部的儲備水(reserve)向所述屏蔽體的外表面供應液態(tài)水，-通過蒸發(fā)從所述屏蔽體提取熱，并通過調(diào)節(jié)流量以將所述屏蔽體的表面溫度維持恒定，通過內(nèi)部冷凝器的次級流或經(jīng)由音速噴嘴從所述容器提取熱。所述次級流的焓平衡是即時殘余能的映像。根據(jù)本發(fā)明的設備或方法所使用的測量技術為量熱(calorimetric)型。利用本發(fā)明，可以在大功率范圍內(nèi)以短響應時間來進行準確的測量，并且能夠監(jiān)視任何衰變動力學特性；本發(fā)明可以適于任何類型的核電荷(幾何學、能量、動力學……)。


圖1A和IB例示了本發(fā)明的第一實施方式，圖2例示了本發(fā)明的第二實施方式，圖3例示了本發(fā)明的第三實施方式。
具體實施例方式在將被描述的三個實施方式中，電荷2 (例如核電荷)被放入在參考文獻I下全局指定的測量設備中。所述電荷通常為非常細長的圓柱形竿的形式，對于大約10毫米的直徑可能長度為500毫米。其他尺寸也是可能的，在這些情況下設備的大小相應被調(diào)適。其殘余能衰變動力學將被測量的電荷2被封裝在具有已知幾何形狀、也被稱為屏蔽體的金屬外殼4中。優(yōu)選地，該外殼沿著對稱軸XX’延伸。它的形狀可以為圓柱形。屏蔽體4本身被布置在以第一壁12為界的主容器11中，本身被布置在受絕緣層14和熱輻射反射體16保護(以防止對設備I的外部輻射)的真空容器13中。壁12也可以將軸XX’作為對稱軸。它的形狀也可以基本為圓柱形。對于大約55毫米的直徑，該屏蔽體4的長度可以大約為500毫米。它可以是可機加工的鎢合金，但是也可以是另一種吸收性材料(例如鉛)，單塊的或者多層的，用以降低成本。在應用于核燃料的情況下，鎢合金是有利的，因為它具有強線性吸收性，從而有可能限制屏蔽體的厚度。另外，其高熱導率促成了設備的等溫性(isothermy)，使得有可能限制惰性儲能。將參照圖1A(側視圖)和IB(沿著平面AA’的剖視圖)來描述本發(fā)明的第一實施方式。它是透熱性熱流類型的熱量計。該第一實施方式首先包括與上面剛剛描述的相同的結構。另外，液面10(優(yōu)選地為水，但是可以使用諸如氟利昂的另一液體)被設置在屏蔽體4之下，距離屏蔽體4 一定距離(數(shù)厘米)。在圖1A和IB所示的結構中，在設備的任何操作性使用之前在設備的制造過程中(事實上在容器11中)將該水面添加到所述設備中。另外，容器11先前被置于真空下，以盡可能地移除可能擾亂測量的雜質(zhì)。設備內(nèi)部被密封，從而不可能有水分蒸發(fā)到設備外部。一般說來，被置于設備中的液體的量足夠潤濕裝置6 (如下所述)但不潤濕屏蔽體4。屏蔽體不浸于水中，但在其表面由裝置6創(chuàng)建了一層水膜或者液體膜。所述量的液體的體積優(yōu)選地小于以容器12為界的主容器11的總體積的20%并優(yōu)選地大于該總體積的1%。原則上來講，容器11的體積的幾個百分比數(shù)量級的液體量可能就足夠了，但是必須考慮該系統(tǒng)的一些不完善之處，特別是可能并不完善的水平性。由于這個原因，優(yōu)選是添加多于1%或者數(shù)個百分比的液體百分數(shù)以確保總是潤濕裝置6。運轉時，該設備被設置成，使得屏蔽體4的壁，優(yōu)選地是其對稱軸，以及水面的表面基本彼此平行，例如彼此相距距離d，所述距離d在5厘米到10厘米或者20厘米之間。換句話說，該設備，或者說屏蔽體隨后被基本水平地設置在支撐體33或者對該設備形成支撐或承載的任何類型的裝置上。裝置6將允許水或液體的至少一部分被運送到抵靠屏蔽體4的周邊。由屏蔽體所包含的電荷2產(chǎn)生、屏蔽體所釋放的熱允許抵靠在屏蔽體周邊的水的至少部分蒸發(fā)。這些裝置6形成了例如在屏蔽體4周圍的毛細結構或者在該屏蔽體周圍的毛細表層。所述結構可以按照對于要提取的最大能來說足夠的流量向該屏蔽體的外表面供應水(例如對于300W的最大能，大約O. 12g/s的水被泵送并分布在屏蔽體4周圍的表面上)。這些裝置6例如包括纖維性或多孔性或粗糙材料層，該層被設置為首先與位于儲備池底部的儲備水10接觸(它浸在水中，參見圖1B)，然后被屏蔽體4的側壁(或者至少屏蔽體的與對稱軸XX’平行的壁)包裹。還可能使用由泵供應的液體回路，但是泵在設備中的存在將向設備本身貢獻能量，并且將擾亂它期望進行的、需要非常精確的測量。這樣，就在屏蔽體4周圍創(chuàng)建了厚度為數(shù)毫米或亞毫米的水或者濕氣層。該層的厚度例如小于I毫米或者2毫米。通過這個結構，有可能獲得從屏蔽體4向將其與壁12分離開的空間進行的徑向熱傳導。因此，形成在第一容器周圍的液膜使得屏蔽體4的表面溫度能夠受到蒸發(fā)的影響，并且?guī)缀醪粚植繜嵬棵舾?，這與大量水存在于屏蔽體4周圍相反，其即使在調(diào)節(jié)溫度下也不能在沒有較大溫差的情況下提取大的熱通量。在根據(jù)本發(fā)明的設備中，屏蔽體4表面上的該均勻溫度使得能夠獲得較短的響應時間和屏蔽體中的較低能儲Y，而不管其借助于專門徑向的熱傳導(因此在短的長度上)所導致的較高熱慣性。優(yōu)選地，屏蔽體的表面溫度被置于非常接近于環(huán)境溫度的值，亦即在18°C和20°C之間(或者甚至該范圍外)的溫度，這能夠強烈地限制熱損失。另一方面，體積11中的溫度可以相對于環(huán)境溫度而改變。這樣就有可能糾正熱平衡以考慮這些條件。這樣，就形成了一種第二等溫容器，具體來說，其通過將其溫度調(diào)節(jié)為環(huán)境溫度也能夠限制熱損失。體積11中占優(yōu)勢的壓強隨后被該體積中液體的填充液面和溫度所固定。根據(jù)本發(fā)明，在屏蔽體4周圍使液膜蒸發(fā)是非常有利的，特別是與涉及將屏蔽體4浸沒在液體中的技術相比較，在該技術中較低的工作壓強導致非常大量的液體和蒸汽混合物(膨脹水平)。在屏蔽體4的頂部設置有冷凝器形成裝置8，熱傳導流體可以在該裝置中循環(huán)。這些冷凝器裝置，例如熱傳導流體的循環(huán)回路，將允許容器中如上面說明的那樣已經(jīng)蒸發(fā)的、以蒸汽形式存在的水發(fā)生冷凝。在這些冷凝器裝置中，熱傳導流體將以例如每秒幾分之一克和大約每秒10克之間的流量進行循環(huán)。該冷凝器8的表面以及熱傳導流體的最大流量適合于在通過低溫恒溫器所施加的熱傳導流體的輸入溫度下提取最大能。根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，冷凝器8表面尺寸過大使得熱傳導流體的輸出溫度能夠維持在接近于容器11中飽和溫度的值。優(yōu)選地，熱傳導流體進入冷凝器裝置8時的溫度和它離開這些冷凝器裝置時的溫度之間的差降低到與其測量精確度兼容的最小值。通常，使用時，裝置或者回路8中流體的輸入溫度與其輸出溫度之間的差大約為10°C。因此，通過冷凝器的輔助液體流從容器11提取出熱能，所述冷凝器的焓流是即時殘余能的映像。冷凝之后，水將在重力作用下降落到儲備池的底部，這將使維持基本恒定的水位10成為可能。容器內(nèi)部被設計為使得水不直接降落在屏蔽體上而是降落到液體底部10中?？梢允褂貌贾迷谠撝魅萜髦械臏囟葌鞲衅骱?或壓強傳感器來進行對主容器11中大氣的溫度和/或壓強的測量的至少一項。然而，為了更好的精確度，優(yōu)選的是直接測量屏蔽體4的壁上的溫度。在這種情況下，溫度探針17被施加到這些壁上。該探針優(yōu)選的是具有1/100°C精確度的鉬探針。關于溫度和/或壓強的數(shù)據(jù)，例如探針17給出的溫度數(shù)據(jù)，被發(fā)送給控制裝置19，所述控制裝置19控制位于設備I外部的泵18(例如變速正排量泵)。根據(jù)一個實例，泵由高頻步進馬達來驅動。泵18被用來調(diào)節(jié)在冷凝器裝置8中循環(huán)的熱傳導流體的流量，以使所測溫度和/或壓強維持恒定。熱傳導流體的循環(huán)回路還包括流量計、將熱傳導流體的輸入溫度施加到冷凝器裝置8中的低溫恒溫器30，以及用于在冷凝器輸入和輸出端測溫的裝置32。優(yōu)選地，所述流量計是“科里奧利”型的。關于探針17的實例，該探針與流量調(diào)節(jié)裝置一起能夠將屏蔽體的壁維持等溫并為恒溫。體積11中的溫度測量或者壓強測量將導致維持這些參數(shù)在測量期間恒定。在容器11內(nèi)部或者容器4的壁上測得的溫度和/或壓強的值是這樣的，即，使得圍繞屏蔽體4的大氣被維持在數(shù)十毫巴(例如26毫巴)數(shù)量級的低壓，從而水10能夠在低溫或者例如基本為22°C或低于30°C的環(huán)境溫度下沸騰。將容器11的溫度條件調(diào)整到接近于環(huán)境溫度的值還能夠將熱損失最小化。通過對屏蔽體的壁使用導熱材料，并且通過調(diào)節(jié)或者控制屏蔽體4的表面溫度或容器11中的溫度和/或壓強，借助于屏蔽體4表面的等溫性使慣性儲能最小化，該調(diào)節(jié)或控制是借助于冷凝器8中熱傳導流體的次級流而獲得的。對于直徑為10毫米長度為500毫米、最大功率260W且最小功率4W的圓柱形核電荷而言，該設備對于1%衰變保證了 30秒的最少時間，以及在六個月的整個測量范圍內(nèi)對即時殘余能的評估為小于1%。另外，所述設備的響應時間非常短，小于20秒或小于10秒。該響應時間對應于測量在設備內(nèi)部幾乎即時發(fā)生(階躍函數(shù))的某個功率變化所需的時間。·
在該實施例中，要置于體積11中的水的最小量大約為該體積11的1%。該體積約為4升，因此液體的最小體積約為40立方厘米，使得有可能潤濕毛細系統(tǒng)6而不潤濕屏蔽體4。為了補償所有水平性缺陷，在該實施例中選擇添加大于1%的百分數(shù)的液體，即大約300立方厘米的液體。環(huán)境溫度在20°C的數(shù)量級，因為壁4的溫度被維持得盡可能接近環(huán)境溫度，所以以容器11為界的體積中占優(yōu)勢的所得壓強大約為絕對20毫巴。對于熱平衡，我們認為該實施例中的熱損失在85mW/K的數(shù)量級?！阏f來，使用根據(jù)本發(fā)明的設備，有可能通過熱傳導流體的流量來測量系統(tǒng)的熱平衡。待測功率直接與熱傳導流體的流量、其在冷凝器裝置8中的輸入溫度以及其從這些裝置8的輸出溫度相關。因為這兩個溫度或多或少維持恒定并且被測量，所以還需測量流量來獲得電荷2的殘余能?？梢酝ㄟ^計算裝置(圖中未示出)來應用的數(shù)據(jù)處理的一個實例如下-考慮傳感器的傳遞函數(shù)將測得的電氣幅值(溫度，流量)轉換為代表性物理幅值，-可選地，對相干性準則(例如冗余性)進行控制，-使用冷凝器中的次級流的焓平衡，包括熱損失和慣性儲能，以及相關聯(lián)不可靠性的傳播，來評估即時的殘余能。在該設備中，通過冷凝器8的次級流的大量流動來提取電荷的殘余能。熱傳導流體的輸入溫度可以通過低溫恒溫器而維持恒定；因此可以對熱傳導流體的流量進行調(diào)節(jié)，以使容器11中或屏蔽體4壁上溫度和/或壓強維持恒定。使用該實施方式，有可能測量殘余能的全部貢獻，不管是放射線α和β的貢獻還是Y放射線的貢獻。本發(fā)明的另一實施方式在圖2中示出。它涉及一種帶功率補償?shù)耐笩嵝蜔崃坑?。與圖1A中相同的數(shù)字標號指代相同或類似的部件。因此，除屏蔽體或屏蔽體4之外，還存在允許在屏蔽體周圍形成濕氣層的毛細結構6，以及水面或液面10。上面已經(jīng)注明的內(nèi)容尤其適用于該濕氣層(功能、厚度、體積為容器11體積的某個百分數(shù))，適用于毛細結構6，以及適用于還存在的液面10。在用水填充之前，在該設備中建立了真空。同樣，運轉中，該設備被設置成，使得屏蔽體4的壁和水面的表面彼此基本平行，分開例如5厘米到10厘米或20厘米之間的距離。換句話說，隨后該設備被基本水平設置在支承形成裝置33上。在該實施方式中，是以恒定的全局功率進行測量的。該設備包括將被用來以恒定流量提取熱的音速噴嘴20。所述熱事實上是通過噴嘴20借助于蒸汽質(zhì)量流而提取的。
所提取的熱在恒定提取功率下被校準為略大于最大殘余能。借助于由于浸沒于液相10中的補償電阻22所消耗的功率而附帶產(chǎn)生的蒸汽，容器12內(nèi)部的壓強在殘余能衰變期間保持恒定。電荷2的即時殘余能是噴嘴與補償電阻的恒定焓功率之差。作為變形，還可設法使用探針(比如上面已經(jīng)描述的探針17)使容器11中蒸汽的溫度維持恒定，或者使屏蔽體4的溫度維持恒定。然而，更實際的是在容器11中以恒壓進行工作。功率變化通過電壓或者電流調(diào)節(jié)裝置29被供應到補償電阻22，所述電壓或者電流調(diào)節(jié)裝置29本身受到保持恒定的兩相容器的壓強的控制。在容器中通過傳感器40來測量壓強，并且功率的變化帶來了對于給定容器壓強電荷2的功率變化。關鍵性噴嘴20提供了通過校準已知的質(zhì)量流，因此提供了焓功率Pe (質(zhì)量流Dm與蒸發(fā)的潛熱Cv的乘積)，并且殘余能等于噴嘴的焓功率Pe減去補償電阻22的電功率Ρ 。 同樣，對測量數(shù)據(jù)的處理可以由圖中未示出的計算裝置來進行。所述裝置可被用于按照在上面給出的指示來計算殘余能Pr:Pr=Pe-PelPe=Dm x Cv對于較低的總能耗、較低的殘余能或者較短的時間，該實施方式可能損失了以調(diào)適的初始潮濕率起作用的水。對于較高的總能耗，噴嘴20提取的蒸汽可以在水中回收并且重新注入液相10。例如，所述蒸汽在外部低溫恒溫器中冷凝并且通過在重力作用下注射在設備底部來重新供應容器12的水儲量10。換句話說，在該實施方式中，蒸汽是從所述設備提取的，但是可以在設備外部被冷凝(參見圖2中的箭頭21)，并且重新注入設備中。該特性，尤其是該響應時間和精確度與上面已經(jīng)指出的一樣。圖3中例示了本發(fā)明的另一實施方式。與前面的圖中相同的標號指代等同或類似的部分。為了防電離輻射，評估Y輻射對殘余能的貢獻可能是有利的。該測量設備可以通過使用兩個系統(tǒng)18、28被相應調(diào)適為從主容器提取功率，所述兩個系統(tǒng)中的一個針對竿2中或者直接圍繞其消耗的功率，而另一個在屏蔽體4中。軸(例如圖1A中軸XX’ )周圍的優(yōu)選對稱特性照舊有效。具體來說，屏蔽體4本身優(yōu)選地具有柱形對稱。熱傳導流體在這些交換器的每個中循環(huán)。根據(jù)一個實施方式，對于每個交換器，測量熱傳導流體的輸入溫度與輸出溫度并使其保持恒定，并且對每個液體的流量進行調(diào)節(jié)。換句話說，每個交換器的流體循環(huán)回路都包括對流體流量進行調(diào)節(jié)的泵、流量計、用于施加測量設備中流體輸入溫度的低溫恒溫器，以及交換器輸入與輸出之間的溫度測量裝置。根據(jù)第一交換器18中熱傳導流體質(zhì)量流的變化得到了電荷2的殘余能變化。根據(jù)第二交換器28中熱傳導流體質(zhì)量流的變化可以獲得由于Y幅射造成的電荷2的殘余能該部分的變化。因此可以為每個交換器提供用于測量質(zhì)量流的裝置。在某些情況下，由于實用和安全的原因，特別是如果電荷為核燃料類型，則交換器18不是直接應用到電荷2，而是應用到管或履層3上或中，電荷在所述管或履層3中滑入就位。管或履層的一個壁或多個壁因此盡可能靠近電荷。交換器18被用來測量α和β放射性的殘余能，而交換器28被用來測量殘余Y能。這兩種能等于相應熱傳導流體的質(zhì)量流乘以輸出和輸入之間水的焓差的積。同樣，對測量數(shù)據(jù)的處理可以由圖中未示出的計算裝置來進行。所述裝置允許根據(jù)在上面給出的指示來計算殘余能，首先計算α和β放射性的殘余能，其次計算Y放射性的殘余能。進行了測量和仿真-熱損失本發(fā)明的設備被設計成通過其在接近于環(huán)境溫度下起作用，并且通過使用高效熱防護的具有多層反輻射屏蔽體、聚氨酯絕緣和反射環(huán)境光的屏蔽體的真空容器來實現(xiàn)最小的熱損失。盡管如此，因為待測功率可能相對較低，所以設法表征熱損失以允許對功率的精確評估。使用核電荷的電仿真儀，圖1A和IB中示出類型的設備被設定為在斷電時在相對于環(huán)境溫度+5°C和_5°C的調(diào)節(jié)溫度下穩(wěn)定運行，測量屏蔽體的溫度幾個小時，以監(jiān)視其向環(huán)境溫度的發(fā)展并且定義其到平衡的特征時間由此來定義它的熱損失。測量表明與屏蔽體溫度T有關的數(shù)據(jù)可以被表示為(T-T ①)/(T0-T ①尸一肩α是當量熱傳導與設備的已知慣量的比率(7kJ/K)，其導致符合預測的80mW/K的全局熱損失。-能量的測量因為設備被設計為測量260到4. 5W的殘余能，所以用圖1A和IB中示出類型的設備進行測試，將核電荷的電仿真器用于在整個范圍內(nèi)變化的穩(wěn)定能量，將冷凝器8的次級流的焓能與仿真器的電能進行比較。結果表明在考慮熱損失之后，結果仍然保持與預期準確度可比的準確度(+/_1%)。符合本發(fā)明的設備具有較短的響應時間，數(shù)量級為10秒或更小。另外，保證了 1%或更少的良好準確度。最后，本發(fā)明的設備可以在寬廣的測量動態(tài)范圍內(nèi)工作，該動態(tài)范圍在最高能量與最低能量之間的比為100。由于其熱損失低，根據(jù)本發(fā)明的設備還適于測量數(shù)量級為4W的待測最低功率。
權利要求
1.一種用于測量電荷(2)的殘余能的設備，該設備包括限定了用于接納和收容待測電荷的第一容器⑷的裝置(4)，在所述第一容器周圍限定第二容器(11)的裝置(12)，形成要施加于待測電荷(2)上或附近的熱交換器的第一裝置(18)，形成要施加于限定了所述第一容器(4)的裝置上的熱交換器的第二裝置(28)。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，該設備還包括用于插入所述待測電荷(2)的管或履層(3)，第一熱交換器形成裝置被施加于或包含于該管或履層中。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的設備，其中，第一和第二熱交換器形成裝置中的每一個都包括泵、流量計、用于影響進入所述熱交換器形成裝置的熱傳導流體的輸入溫度的裝置，以及用于測量所述熱傳導流體的輸入與輸出溫度的裝置。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的設備，其中，限定所述第一容器(4)的所述第一裝置為鎢或鉛。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的設備，該設備還包括絕熱層(14)和熱輻射反射體(16)。
6.一種用于測量電荷(2)的殘余能的方法，該方法包括以下步驟在第一容器(4)中放置待測電荷(2),該第一容器被包含在第二容器(11)中，在所述待測電荷(2)上或附近施加熱傳導流體的第一循環(huán)，在限定了所述第一容器(4)的裝置上施加熱傳導流體的第二循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量電荷的殘余能的設備及方法，該設備包括:限定了用于接納和收容待測電荷的第一容器(4)的裝置(4)，在所述第一容器周圍限定第二容器(11)的裝置(12)，形成要施加于待測電荷(2)上或附近的熱交換器的第一裝置(18)，形成要施加于限定了所述第一容器(4)的裝置上的熱交換器的第二裝置(28)。
文檔編號G01T1/00GK102998691SQ20121034647
公開日2013年3月27日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權日2007年10月26日
發(fā)明者盧卡·格羅斯·德埃倫 申請人:原子能和替代能源委員會