In Kernreaktoren ist die durch Kernspaltungen erzeugte Wärmeleistung proportional zum Neutronenflussniveau . Aus Gründen der Reaktorsicherheit ist es daher von größter Bedeutung, den Neutronenfluss und die räumliche Verteilung des Neutronenflusses im Reaktor korrekt und mit geeigneten Instrumenten zu messen und zu steuern . Zu diesem Zweck werden verschiedene Nuklearinstrumente installiert. Diese Messungen werden normalerweise außerhalb des Reaktorkerns durchgeführt, es werden jedoch auch Messungen innerhalb des Reaktorkerns durchgeführt. Daher werden nukleare Instrumente normalerweise in folgende Kategorien eingeteilt:
Beide Systeme basieren auf dem Nachweis von Neutronen . Es gibt aber Kraftwerke, die die Wärmeleistung mittels Stickstoff-16-Leistungsüberwachung messen. Eine N-16-Leistungsüberwachung hat mehrere Vorteile gegenüber den Messungen von ΔT und Excore-Leistung. Das auf dieser Methode basierende System überwacht die Wärmeleistung des NSSS (Nuclear Steam Supply System), indem es den im Kühlmittelsystem vorhandenen Stickstoff-16- Gehalt erfasst . Stickstoff-16 ist ein Isotop des Stickstoffs, das durch Neutronenaktivierung des im Wasser enthaltenen Sauerstoffs erzeugt wird . Es hat eine kurze Halbwertszeit von 7,1 Sekunden und zerfällt durch Betazerfall . Dieser Zerfall geht mit der Emission von sehr energiereichen Gammastrahlen einher(6 MeV), die leicht in die Wand der Hochdruckleitung eindringen können und daher leicht durch Ionenkammern gemessen werden können, die sich an den Heißrohrleitungen jedes Kühlmittelkreislaufs befinden.
1 n + 16 O → 1 p + 16 N (Aktivierungsreaktion)
16 N → 16 O + β + γ (radioaktiver Zerfall)
Stickstoff-16-Isotope entstehen durch schnelle Neutronenaktivierung des im Wasser enthaltenen Sauerstoff-16. Die Aktivierung resultiert aus einer Schwellenwertreaktion, die > 10 MeV schnelle Neutronen erfordert . Die Konzentration von Stickstoff-16 im Primärkühlmittel befindet sich im radioaktiven Gleichgewicht und ist direkt proportional zur Spaltgeschwindigkeit im Kern, also zur Reaktorleistung. Diese Aktivierung des Kühlwassers erfordert eine zusätzliche biologische Abschirmung der Kernreaktoranlage. Es ist der hochenergetische Gammastrahl von Stickstoff-16, der die größte Sorge hervorruft. Aus diesem Grund muss Wasser, das sich kürzlich in einem Kern eines Kernreaktors befand, abgeschirmt werden, bis diese Strahlung nachlässt. Ein bis zwei Minuten sind in der Regel ausreichend.
Ähnlich wie für das Kerninstrumentensystem Excore muss auch dieses N-16-Überwachungssystem kalibriert werden . Die genaue Wärmeleistung des Reaktors kann nur mit Methoden gemessen werden, die auf der Energiebilanz des Primärkreises oder der Energiebilanz des Sekundärkreises beruhen . Diese Verfahren liefern die genaueste Reaktorleistung.