SMR中子探测器的供应与发展

随着大量不同设计的SMR出现，核能供应链也正主动将成本降至最低。

1、与新兴SMR公司合作

罗伊特斯托克斯公司与Paragon公司合作将为NuScale的SMR提供中子探测系统。

小型模块化反应堆(SMR)行业的出现及繁荣，促使整个核能供应链产能的增加，其中就包括中子探测等关键设备领域的新设计。

自20世纪50年代以来，一直在设计和制造中子探测装置的罗伊特斯托克斯(Reuter Stokes)公司正在迎接这些新机遇。

罗伊特斯托克斯公司副总裁罗德·马丁内斯(Rod Martinez)说：“1986年，我们成为沸水反应堆(BWR)中子传感器的OEM制造商。从那时起，我们一直在为BWR和压水堆(PWR)制造中子探测器，我们公司已经扩展到不仅提供中子探测，而且还提供辅助设备。我们制造了这些公司所需的传感器。随着SMR的出现，我们正在帮助这些行业中的新公司生产传感器。”

罗伊特斯托克斯公司已经取得了一定的市场，最近与NuScale签署了一份合同，为该公司的SMR设计和制造独特的中子探测器。

尽管NuScale是唯一一家获得美国核管理委员会(NRC)设计批准的SMR，但罗伊特斯托克斯公司很清楚，它希望利用这次合作的经验，成为SMR行业中子探测器的首选供应商。

罗伊特斯托克斯公司的核产品经理Daniel Schreiner解释道：“从罗伊特斯托克斯公司的角度来看，我们希望在整个行业内都能参与进来。我们的探测器本质上在反应堆技术中应用广泛，可以与任何类型的反应堆一起工作，只要反应堆能产生中子。”

第一个使用探测器的NuScale项目，将是位于爱达荷州爱达荷瀑布的无碳发电项目(CFPP)，该项目将安装第一个VOYGR SMR发电厂，计划于2029年开始发电。

罗伊特斯托克斯公司的探测器组件将负责监测裂变率，而Paragon将开发信号处理电子设备以及相关的反应堆保护系统。

马丁内斯表示：“我们与Paragon的合作伙伴关系是独一无二的，客户可以在这里实现我们的检测技术和控制系统技术的结合。”

2、专用探测器

局部功率范围监测(LPRM)系统测量中子通量。

对于中子探测，大型BWR和PWR之间的主要区别在于中子探测器的物理位置。

Schreiner说：“对于BWR，我们的探测器位于核芯内部，紧挨着燃料束。由于它们非常靠近裂变燃料，探测器需要设计的非常小。在PWR上，我们的检测器位于核芯外部，可能距离核芯一米或两米，因此中子通量明显较少。我们的尺寸要大得多，可能高达40英寸(100厘米)。”

对于SMR，各公司正在开发基于PWR和BWR技术的反应堆。

马丁内斯说：“虽然市场上的大多数都在走PWR路线，但目前仍有一些BWR正在设计中。”

“几乎所有堆型都是PWR，比如NuScale、Holtech和Rolls-Royce，但也有其他一些正在开发中。它们已经有一些经验积累，并在理论上进行了几十年的研究。我们已经要建造新的第四代核电站，比如高温气冷堆或液态金属堆。每种都有自己的优缺点。”

正如Schreiner所观察到的：“我们很想制造一种适用于所有种类堆的通用探测器，但我们看到的是，不同的SMR开发人员公司差异都很大，我们必须为每个开发人员开发定制的探测器设计。”

“NuScale反应堆探测器设计不适用于X-Energy的反应堆等等。这些反应堆中的每一个都是不同的，将需要一些工作来定制适合特定技术的探测器。他们可能都需要单独的设计和鉴定工作。”

例如，在大型千兆瓦规模的反应堆上，所有的罗伊特斯托克斯公司探测器都是裂变室型的。然而，对于SMR，由于温度和中子通量等不同的技术参数，在某些情况下也可以使用电离室。因为电离室不含铀，所以它们不需要特殊的核材料考虑因素，而这些因素会影响物流规定。这可能是另一个优势，特别是与SMR技术相关的好处，SMR技术设计为易于运输到现场。

尽管如此，新反应堆设计的挑战被马丁内斯接受了。

他说：“他们已经进行了大量研究，目前正处于商业化阶段以应对挑战，科学开发以提供SMR设施及其带来的所有优势。我们正在帮助这些公司，从具有实际经验的传感器方面，设计特定反应堆所需仪器。幸运的是，这是我们最期待地方之一。”

3、分阶段开发

为了简化设计和鉴定过程，罗伊特斯托克斯公司为SMR开发商推出了一个三阶段计划。

Schreiner说：“我们已经开发了这个分阶段的过程，试图在风险管理和成本管理方面提供帮助。”

问题是，SMR开发人员在考虑中子探测时并不总能找到所有答案。

Schreiner说：“如果不真正了解这些探测器的要求、技术规范和验收标准，我们就无法直接进行详细设计。”

然而，他补充道：“由于我们已经经营了这么长时间，我们确实有一个大目录。我们有数千种不同的探测器设计，都是基于裂变室以及电离室类型。当一个新客户进来并详细说明中子通量、温度和所需的灵敏度时，我们的物理学家可以进入这个数据库，找到两到三个接近的探测器。我们可以将其作为定制产品的基础。我们不是从零开始进行详细的工程设计，可能从60%到80%的完整阶段开始。”

这允许启动为期两到六个月的前端工程工作——第一阶段初步设计——与SMR开发商和SMR燃料工程师合作，并直接与探测器物理学家交谈，探讨探测器位置，该特定位置的环境是什么样的，然后目录中的哪些探测器可以用于该应用。

Schreiner说：“这个过程完成，现在双方都非常了解这个技术规范是什么样子的。然后SMR开发人员可以发布其技术规范，我们将提供第二阶段的定期报价，这是详细设计和建造原型探测器，以验证所有物理模型和制造过程。”

一旦第二阶段完成，该过程可以向相关核监管机构进行资格认证。

Schreiner解释道：“对于核安全相关探测器来说，这是一个非常严格和有条理的鉴定过程，以确保该探测器符合核反应堆安全启动和关闭要求。获得该鉴定在设计、时效和金钱方面都是巨大的投资。罗伊特斯托克斯公司通过鉴定过程的经验，有助于开发新设计和新型传感器。”

他总结道：“这是在降低风险，并确保我们在各个阶段的进展中控制成本，以便我们在继续与客户合作项目的过程中不断吸取经验教训。”

所有SMR开发商都面临着尽可能降低成本的压力，马丁内斯提出了一个关键观点：“在降低成本方面，最重要的一点是，在这个过程中，你必须尽早考虑。如果我们可以让我们的探测器物理学家直接与燃料工程师交谈，他们可以在锁定SMR设计之前确定这些探测器的位置，这样我们就可以从现成的数据库中选择最广泛通用的探测器。”

只有这样简单的步骤，才能确保供应链能够支持SMR的发展，最终实现其目标(完)