O que é o Contador Proporcional de Boro-Trifluoreto – BF3 – Definição

Um  contador proporcional , também conhecido como  detector proporcional , é um dispositivo elétrico que detecta vários tipos de radiação ionizante. A tensão do detector é ajustada para que as condições correspondam à  região proporcional . Nesta região, a voltagem é alta o suficiente para fornecer aos elétrons primários aceleração e energia suficientes para que eles possam ionizar átomos adicionais do meio. Esses íons secundários ( amplificação de gás ) formados também são acelerados, causando um efeito conhecido como  avalanches de Townsend , que cria um único pulso elétrico grande. Os contadores proporcionais gasosos geralmente operam em campos elétricos altos da ordem de 10 kV / cm e atingem fatores de amplificação de cerca de 10 ⁵ . Como o fator de amplificação depende fortemente da tensão aplicada, a carga coletada (sinal de saída) também depende da tensão aplicada e os contadores proporcionais exigem tensão constante.

Essa é uma diferença sutil, mas importante, entre as  câmaras de ionização  e os  contadores proporcionais . Uma câmara de ionização produzirá uma corrente proporcional ao número de elétrons coletados a cada segundo. Essa corrente é calculada como média e é usada para conduzir uma leitura de exibição em Bq ou μSv / h. Contadores proporcionais  não funcionam dessa maneira. Em vez disso, eles amplificam cada uma das explosões individuais de ionização para que cada evento ionizante seja detectado separadamente. Eles, portanto, medem o número de eventos ionizantes (é por isso que são chamados contadores). Na instrumentação nuclear, os contadores proporcionais de boro-trifluoreto (BF3) são amplamente utilizados como detectores de faixa de fonte .

 Contador proporcional BF ₃

Como os nêutrons são  partículas eletricamente neutras,  elas estão sujeitas principalmente a  fortes forças nucleares,  mas não a forças elétricas. Portanto, os nêutrons não são  diretamente ionizantes  e geralmente precisam ser  convertidos  em partículas carregadas antes que possam ser detectados. Geralmente, todo tipo de detector de nêutrons deve estar equipado com conversor (para converter a radiação de nêutrons em radiação detectável comum) e um dos detectores de radiação convencionais (detector de cintilação, detector de gases, detector de semicondutores, etc.).

Câmaras de ionização são frequentemente usadas como dispositivo de detecção de partículas carregadas. Por exemplo, se a superfície interna da câmara de ionização for revestida com uma fina camada de boro, a reação (n, alfa) poderá ocorrer. A maioria das reações (n, alfa) dos nêutrons térmicos são reações  10B (n, alfa) 7Li  acompanhadas por emissão gama de 0,48 MeV  .

Além disso, o isótopo boro-10 possui uma alta seção transversal da reação (n, alfa) ao longo de todo  o espectro de energia de nêutrons . A partícula alfa causa ionização dentro da câmara e elétrons ejetados causam ionizações secundárias adicionais.

Outro método para detectar nêutrons usando um contador proporcional é usar o trifluoreto de boro gasoso   (BF ₃ ) em vez do ar na câmara. Os nêutrons recebidos produzem partículas alfa quando reagem com os átomos de boro no gás detector. Qualquer um dos métodos pode ser usado para detectar nêutrons no reator nuclear. Deve-se notar que os  contadores BF ₃ geralmente são operados na região proporcional.

Detectores de faixa de fonte

Os detectores de faixa de fonte monitoram o fluxo de nêutrons (potência do reator) nos níveis mais baixos de desligamento e fornecem indicação, alarmes e disparos do reator. A instrumentação de faixa de fonte geralmente consiste em dois ou quatro canais de faixa de fonte, cada um com seu próprio detector separado, passagem de cabo e circuito eletrônico. Os detectores utilizados são geralmente contadores proporcionais de alta sensibilidade ao trifluoreto de boro (BF ₃ ) . Em geral, os contadores proporcionais são capazes de identificar partículas e medir energia (espectroscopia). A altura do pulso reflete a energia depositada pela radiação incidente no gás do detector. Como tal, é possível distinguir os pulsos maiores produzidos pelas partículas alfa(produzido por (n, alfa) reações) dos pulsos menores produzidos por partículas beta ou raios gama .

Esses detectores BF ₃ produzem uma saída de taxa de pulso proporcional ao fluxo de nêutrons térmicos visto no detector. Esses canais são normalmente usados ​​em uma faixa de contagem de 0,1 a 10 ⁶ contagens por segundo , mas variam com base no projeto do reator. Esses detectores de excore geralmente estão localizados nos poços dos instrumentos na blindagem primária (blindagem de concreto) adjacente ao vaso do reator.

A instrumentação da faixa de fonte monitora e indica o nível do fluxo de nêutrons do núcleo do reator e a taxa pela qual o fluxo de nêutrons muda durante o desligamento do reator e a fase inicial da inicialização . Eles são muito importantes para o monitoramento da subcriticidade durante a recarga de combustível, quando ocorre a multiplicação subcrítica . O fluxo de nêutrons é indicado em contagens por segundo (cps). A taxa de variação da população de nêutrons é indicada como taxa de inicialização (SUR), que é definida como o número de fatores de dez que a energia muda em um minuto. Portanto, as unidades de SUR são potências de dez por minuto, ou deca des per minute ( dpm ).

Existem dois problemas principais na instrumentação do intervalo de fontes:

• Discriminação . Durante o desligamento do reator e a fase inicial de inicialização, é necessário distinguir o número relativamente pequeno de pulsos produzidos pelos nêutrons do grande número de pulsos produzidos pela radiação gama . Assim, a discriminação gama é de particular interesse durante o desligamento após o núcleo do reator atingir um nível significativo de queima de combustível. Essa condição produz um campo gama alto e um baixo fluxo de nêutrons ao redor do detector. Os contadores proporcionais permitem discriminação, mas devem ser calibrados. O discriminador exclui a passagem de pulsos inferiores a um nível predeterminado. A função do discriminador é excluir pulsos de ruído e gama que são menores em magnitude do que os pulsos de nêutrons (pulsos alfa, respectivamente). Muitas usinas de energia consideraram necessário colocar contadores proporcionais de faixa de fonte na blindagem de chumbo para reduzir a radiação gama nos detectores. Isso aumenta a sensibilidade final baixa do detector e pode prolongar a vida útil do detector.
• Tempo morto . Este instrumento pode indicar uma taxa máxima de contagem de nêutrons de 10 ⁶ cps. Taxas de contagem mais altas são influenciadas pelo fenômeno conhecido como tempo morto. O tempo morto é o período durante o qual o detector está ocupado e não pode aceitar e processar pulsos. Esse fenômeno pode ter sérias conseqüências, uma vez que o tempo morto distorce os resultados com atividades altas ou altas taxas de dose.

Existem algumas usinas que fizeram provisões para mover os detectores da faixa de fonte de suas posições operacionais para uma posição de nível reduzido de fluxo de nêutrons, uma vez que o nível de fluxo aumenta acima da faixa de fonte.

Referência especial: Plano de revisão padrão para a revisão de relatórios de análise de segurança para usinas nucleares: LWR Edition. NUREG-0800, NRC dos EUA.