Was ist der Intermediate Range Detector – Definition

Zwischenbereichsdetektoren überwachen den Neutronenfluss (Reaktorleistung) auf der Ebene des Zwischenflusses. Sie liefern auch Anzeigen, Alarme und Reaktorauslösesignale . Ihre Reichweite erstreckt sich vom oberen Teil des Quellenbereichs bis zum Leistungsbereich (über einen Zeitraum von acht Jahrzehnten). Das Design dieses Instruments ist so gewählt, dass eine Überlappung zwischen den Quellbereichskanälen und der Teil- oder Gesamtspanne der Leistungsbereichskanäle entsteht . Die Mittelbereichsinstrumentierung besteht in der Regel aus zwei oder vier Kanälen, von denen jeder einen eigenen Detektor, eine eigene Kabelführung und eine eigene elektronische Schaltung aufweist. Die verwendeten Detektoren sind üblicherweise mit   Bor ausgekleidet oderborgasgefüllte kompensierte Ionisationskammern oder Spaltkammern . Ihre Genauigkeit erreicht normalerweise nicht die Genauigkeit der Leistungsbereichsinstrumente, die in einem viel engeren Bereich arbeiten.

Das Instrument für den Quellenbereich überwacht und zeigt den Neutronenflusspegel des Reaktorkerns und die Rate an, mit der sich der Neutronenfluss während der gesamten Phase des Anfahrens des Reaktors und des Leistungsbetriebs ändert. Der Neutronenfluss wird in Prozent der Nennleistung angegeben. Die Änderungsrate der Neutronenpopulation wird als Startrate (SUR) angegeben, die als die Anzahl der Faktoren von zehn definiert ist, die sich in einer Minute ändern. Daher sind die Einheiten von SUR Zehnerpotenzen pro Minute oder Jahrzehnte pro Minute ( dpm ). Eine hohe Startrate auf einem der Kanäle kann eine Schutzmaßnahme auslösen.

Zwischenbereich – Reaktorsicherheit

Wie bereits erwähnt, wird das Kerninstrumentierungssystem excore als sicherheitsrelevantes System angesehen, da es Eingaben in das Reaktorschutzsystem liefert . Die Neutronenflussauslösung im mittleren Bereich bietet den Kernschutz gegen einen unkontrollierten RCCA-Unfall beim Herausziehen von Bankstangen aus einem unterkritischen Zustand während des Startvorgangs. Diese Auslösefunktion schützt den Neutronenfluss im Leistungsbereich redundant – niedriger Sollwert. Es bietet außerdem redundanten Schutz für die Auslösefunktion des Quellenbereichs bei einem Unfall mit Borverdünnung und bei einem Auswurf des Steuerstabs.

Kompensierte Ionisationskammern

Die Ionisationskammer , auch als Ionenkammer bekannt , ist ein elektrisches Gerät, das verschiedene Arten ionisierender Strahlung erfasst . 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 Strahlungsdosisraten bevorzugt , da sie keine „Totzeit“ aufweisen, ein Phänomen, das die Genauigkeit der Geiger-Müller-Röhre bei hohen Dosisraten beeinflusst.

Die kompensierte Ionenkammer wird im Zwischenbereich verwendet, da der Stromausgang proportional zum relativ stabilen Neutronenfluss ist und Signale vom Gammastrom kompensiert. Die kompensierte Ionenkammer besteht in einem Fall aus zwei Detektoren. Die äußere Kammer ist innen mit Bor-10 beschichtet , während die innere Kammer unbeschichtet ist. Die beschichtete Kammer ist sowohl für Gammastrahlen als auch für Neutronen empfindlich , während die unbeschichtete Kammer nur für Gammastrahlen empfindlich ist. Durch die ordnungsgemäße Verbindung der beiden Kammern ist die elektrische Nettoleistung des Detektors der Strom, der nur durch Neutronen verursacht wird.

Um die richtige Gammakompensation zu erreichen, müssen die Spannungen zwischen diesen beiden Elektrodensätzen ausgeglichen werden. Die Folgen des Betriebs mit einer überkompensierten oder unterkompensierten Kammer sind wichtig. Wenn die Spannung in der Kompensationskammer zu hoch ist, wird der Detektor überkompensiert und ein Teil des Neutronenstroms sowie der gesamte Gammastrom blockiert, und die angezeigte Leistung ist niedriger als die tatsächliche Kernleistung. Wenn die Kompensationsspannung zu niedrig ist, tritt eine Unterkompensation auf. Bei hoher Leistung ist der Gammastrom im Vergleich zum Neutronenfluss relativ gering, und die Auswirkungen einer falschen Kompensation werden möglicherweise nicht bemerkt. Es ist jedoch äußerst wichtig, dass die Kammer beim Starten und Abschalten des Reaktors ordnungsgemäß kompensiert wird.

Siehe auch: US-Ministerium für Energie, Instrumentierung und Kontrolle. DOE Fundamentals Handbook, Band 2 vom 2. Juni 1992.

Spaltkammer – Weitbereichsdetektoren

Spaltkammern sind Ionisationsdetektoren zum Nachweis von Neutronen. Spaltkammern können als Zwischenbereichsdetektoren verwendet werden, um den Neutronenfluss (Reaktorleistung) auf dem Zwischenflussniveau zu überwachen. Sie liefern auch Anzeigen, Alarme und Reaktorauslösesignale. Das Design dieses Instruments wurde so gewählt, dass eine Überlappung zwischen den Quellenbereichskanälen und der vollen Spannweite der Leistungsbereichsinstrumente gewährleistet ist.

Im Allgemeinen ist die Ionisationskammer , auch als Ionenkammer bekannt , eine elektrische Vorrichtung, die verschiedene Arten von ionisierender Strahlung erfasst . 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 Strahlungsdosisraten bevorzugt , da sie keine „Totzeit“ haben, ein Phänomen, das die Genauigkeit der Geiger-Müller-Röhre beeinflusstbei hohen Dosisraten. Darüber hinaus führt eine Erhöhung der Spannung im Ionisationsbereich nicht zu einer wesentlichen Erhöhung der Anzahl der gesammelten Ionenpaare. Die Anzahl der von den Elektroden gesammelten Ionenpaare entspricht der Anzahl der durch die einfallende Strahlung erzeugten Ionenpaare und hängt von der Art und Energie der Partikel oder Strahlen in der einfallenden Strahlung ab.

Bei Spaltkammern ist die Kammer mit einer dünnen Schicht aus hochangereichertem Uran-235 beschichtet , um Neutronen nachzuweisen. Neutronen ionisieren nicht direkt und müssen normalerweise in geladene Teilchen umgewandelt werden, bevor sie nachgewiesen werden können. Ein thermisches Neutron bewirkt die Spaltung eines Uran-235-Atoms , wobei die beiden erzeugten Spaltfragmente eine hohe kinetische Energie aufweisenund Verursachen einer Ionisierung des Argongases innerhalb des Detektors. Ein Vorteil der Verwendung einer Uran-235-Beschichtung anstelle von Bor-10 besteht darin, dass die Spaltfragmente eine viel höhere Energie aufweisen als die Alpha-Partikel aus einer Borreaktion. Darüber hinaus verursachen die Spaltfragmente, die aus der Wechselwirkung von Neutronen mit der Beschichtung resultieren, eine signifikant größere Ionisationsmenge innerhalb der Spaltkammer als die auf den Detektor einfallende Gammastrahlung. Dies führt dazu, dass die durch Neutronen erzeugten Ladungsimpulse signifikant größer sind als die Gammapulse. Eine Impulsgrößenunterscheidungsschaltung kann dann verwendet werden, um die unerwünschten Gamma-Impulse auszublenden. Daher Spaltkammern sind sehr empfindlich auf Neutronenfluss und dies ermöglicht die Spaltkammern in dem Betrieb höheren Gamma Feldern als eine nicht kompensierte Ionenkammer mit Borauskleidung.

Je nach Neutronenflussniveau werden häufig Spaltkammern als Stromanzeigegeräte und Impulsgeräte verwendet. Im Pulsmodus sind Spaltkammern aufgrund des sehr großen Pulsgrößenunterschieds zwischen Neutronen und Gammastrahlen besonders nützlich. Wenn die Leistung im Zwischenbereich oder im Leistungsbereich hoch ist (dh in einem gemischten Gamma- und Neutronenfluss auf hohem Niveau), können Spaltkammern im Campbelling-Modus (auch als „Fluktuationsmodus“ oder „mittlerer Rechteckspannungsmodus“ bezeichnet) betrieben werden. zuverlässige und präzise neutronenbezogene Messungen bereitzustellen. Die Campbelling-Technik eliminiert den Gamma-Beitrag. Aufgrund der doppelten Verwendung der Spaltkammer wird sie häufig in Kanälen mit großer Reichweite in nuklearen Instrumentierungssystemen verwendet.