Was ist Leistungsbereichsdetektor – Definition

Leistungsbereichsdetektoren sind das wichtigste nukleare Instrumentensystem für den Leistungsbetrieb. Sie überwachen den Neutronenfluss (Reaktorleistung) von Null bis etwa 120% der Nennleistung zusammen mit der Angabe der axialen und radialen Verteilung dieser Leistung. Sie liefern auch Anzeigen, Alarme und Reaktorauslösesignale. Wenn der Neutronenflusspegel in den Leistungsbereich steigt, ist die Gammakompensation kein großes Problem, da Gammastrahlen nicht viel zur Gesamtionisation beitragen (etwa 0,1% bei 100% Leistung). Aus diesem Grund besteht das Gerät für den Leistungsbereich normalerweise aus vier nicht kompensierten Ionisationskammern , von denen jede über einen eigenen Detektor, eine eigene Kabelführung und eine eigene elektronische Schaltung verfügt. Die Ionisationskammer , auch Ionenkammer genanntist ein elektrisches Gerät, das verschiedene Arten ionisierender Strahlung erkennt . Die Spannung des Detektors wird so eingestellt, dass die Bedingungen dem Ionisationsbereich entsprechen . Die Spannung ist nicht hoch genug, um eine Gasverstärkung (Sekundärionisation) zu erzeugen. Ionisationskammern werden für hohe Strahlendosisraten bevorzugt , da sie keine „ Totzeit “ haben”, Ein Phänomen, das die Genauigkeit der Geiger-Müller-Röhre bei hohen Dosisleistungen beeinträchtigt. Der Detektor besteht aus einer einzelnen zylindrischen Kammer, deren Arbeitsweise mit der der mit Bor ausgekleideten Kammer der Kammer für kompensierte Ionen identisch ist. Diese nicht kompensierte Kammer ist sowohl für Gammastrahlen als auch für Neutronen empfindlich. In dem Betriebsleistungsbereich ist der Neutronenflusspegel jedoch um ein Vielfaches größer als der Gammafluss, und daher ist keine Gammakompensation erforderlich.

Alle vier Kanäle sind physikalisch und funktional identisch. Jeder Leistungsbereichskanal verwendet einen oberen und einen unteren unkompensierten Ionenkammerdetektor (Tandemdetektor), mit denen die axiale Flussdifferenz gemessen werden kann . Jeder Kanal überwacht auch einen „Quadranten“ des Kerns. Ein oberer Detektor und ein unterer Detektor sind im selben Instrumentenschacht montiert. Die Ausgänge beider Detektoren (oberer und unterer) werden kombiniert, um ein Kanalgesamtleistungssignal zu erzeugen. Die acht Detektorausgänge (vier obere und vier untere Detektoren) werden miteinander verglichen, um dem Reaktorbediener Informationen zur Leistungsverteilung (AFD und QPTR ) bereitzustellen .

Die axiale Flussdifferenz ist definiert als die Differenz der normalisierten Flusssignale (AFD) zwischen der oberen und unteren Hälfte eines zweiteiligen Excore-Neutronendetektors.

AFD ist definiert als:

AFD oder ΔI = I _oben – I _unten

wo ich _oben und ich _unten sind als Bruchteil der Nennwärmeleistung ausgedrückt.

QPTR ist definiert als:

Das Verhältnis der maximalen kalibrierten Ausgabe des oberen Exzore-Detektors zum Durchschnitt der kalibrierten Ausgaben des oberen Exzore-Detektors oder das Verhältnis der kalibrierten maximalen Ausgabe des unteren Exzore-Detektors zum Durchschnitt der kalibrierten Ausgaben des unteren Exzore-Detektors, je nachdem, welcher Wert größer ist.

Die Leistungsbereichsinstrumentierung überwacht und zeigt den Neutronenflusspegel des Reaktorkerns und die Geschwindigkeit an, mit der sich der Neutronenfluss während eines Leistungsbetriebs ändert und die Standardlast dem Betrieb folgt. Der Neutronenfluss wird als Prozentsatz der Nennleistung angegeben. Die Änderungsrate der Neutronenpopulation wird als Startrate (SUR) angegeben, die als die Anzahl der zehn Faktoren definiert ist, bei denen sich die Leistung in einer Minute ändert. Daher sind die Einheiten von SUR Potenzen von zehn pro Minute oder Jahrzehnten pro Minute ( dpm ).

Obwohl das nukleare Instrumentierungssystem eine schnelle Reaktion auf Änderungen des Neutronenflusses bietet und ein unersetzbares System ist, muss es kalibriert werden . Leistungsbereichskanälen Prozent bewertet , um anzuzeigen , sind kalibrierte Wärmeleistung durch einen sekundären Wärmebilanz (kalorimetrischer). Die genaue Wärmeleistung des Reaktors kann nur mit Methoden gemessen werden, die auf der Energiebilanz des Primärkreises oder der Energiebilanz des Sekundärkreises basieren .

Sonderreferenz: Standardüberprüfungsplan für die Überprüfung von Sicherheitsanalyseberichten für Kernkraftwerke: LWR-Ausgabe. NUREG-0800, US NRC.

Neutronenfluss und Kraftstoffverbrennung

In einem Leistungsreaktor bleibt die Atomzahldichte der Brennstoffatome über einen relativ kurzen Zeitraum (Tage oder Wochen) relativ konstant. Daher bleibt in dieser kurzen Zeit auch der durchschnittliche Neutronenfluss konstant , wenn der Reaktor mit einem konstanten Leistungsniveau betrieben wird. Andererseits nehmen die Atomzahldichten spaltbarer Isotope über einen Zeitraum von Monaten aufgrund des Brennstoffverbrennens ab, und daher nehmen auch die makroskopischen Querschnitte ab. Dies führt zu einem langsamen Anstieg des Neutronenflusses , um das gewünschte Leistungsniveau beizubehalten. Daher muss das Excore-Nuklearinstrumentierungssystem regelmäßig kalibriert werden.

Leistungsbereich – Reaktorsicherheit

Wie bereits geschrieben, wird das Excore-Nuklearinstrumentierungssystem als sicherheitsrelevantes System angesehen, da es Eingaben in das Reaktorschutzsystem liefert . Die Neutronenflussauslösung im Leistungsbereich bietet den Kernschutz für viele Leistungsausfallunfälle in MODE 1 (Leistungsbetrieb). Beispiele für Schutzaktionssignale, die vom Leistungsbereich bereitgestellt werden, umfassen:

• Der Neutronenfluss im Leistungsbereich (niedriger Sollwert). Eine Reaktorauslösung tritt auf, wenn der Leistungspegel auf zwei von vier Kanälen den voreingestellten Wert (z. B. 25%) überschreitet und die Auslösung nicht blockiert ist.
• Der Neutronenfluss im Leistungsbereich (Hochsollwert). Eine Reaktorauslösung tritt auf, wenn der Leistungspegel auf zwei von vier Kanälen den voreingestellten Wert (z. B. 109%) überschreitet, um den Kern vor einem Überlastungszustand und vor einem positiven Reaktivitätsausschlag zu schützen, der während des Leistungsbetriebs zu DNB führt. Diese Reise kann nicht blockiert werden.
• Ratenreisen . Wenn die Änderungsrate der Reaktorleistung einen voreingestellten Wert entweder in positiver oder negativer Richtung überschreitet, tritt eine Reaktorauslösung auf.
  • Die Auslösung mit hoher positiver Rate stellt sicher, dass ein Schutz gegen schnelle Anstiege des Neutronenflusses gewährleistet ist, die für einen Bruch des RCCA-Antriebsstangengehäuses und das damit einhergehende Auswerfen des RCCA charakteristisch sind.
  • Die Auslösung mit hoher negativer Rate stellt sicher, dass ein Schutz für Unfälle mit mehreren Stangenstürzen bereitgestellt wird. Bei hohen Leistungspegeln kann ein Unfall mit mehreren Stäben zu einem lokalen Flusspeak führen, der zu einem nicht konservativen lokalen DNBR führen würde.