Was ist Quellbereichsdetektor – Definition

Quellbereichsdetektoren überwachen den Neutronenfluss (Reaktorleistung) bei den niedrigsten Abschaltpegeln und liefern Anzeigen, Alarme und Reaktorauslösungen. Das Instrumentarium für den Quellenbereich besteht normalerweise aus zwei oder vier Quellenbereichskanälen, von denen jeder über einen eigenen Detektor, eine eigene Kabelführung und eine eigene elektronische Schaltung verfügt. Als Detektoren werden üblicherweise hochempfindliche Bortrifluorid (BF ₃ ) -Proportionalzähler eingesetzt . Im Allgemeinen sind Proportionalzähler in der Lage, Partikel zu identifizieren und Energie zu messen (Spektroskopie). Die Impulshöhe reflektiert die von der einfallenden Strahlung im Detektorgas abgelagerte Energie. Somit ist es möglich, die größeren Impulse zu unterscheiden, die von Alpha-Partikeln erzeugt werden(erzeugt durch (n, alpha) -Reaktionen) aus den kleineren Pulsen, die durch Betateilchen oder Gammastrahlen erzeugt werden .

Diese BF ₃ -Detektoren erzeugen eine Impulsrate, die proportional zum thermischen Neutronenfluss am Detektor ist. Diese Kanäle werden typischerweise über einen Zählbereich von 0,1 bis 10 ⁶ Zählungen pro Sekunde verwendet , variieren jedoch je nach Reaktordesign. Diese Excore-Detektoren befinden sich normalerweise in Instrumentenschächten im Primärschild (Betonschild) neben dem Reaktorgefäß.

Das Instrument für den Quellenbereich überwacht und zeigt den Neutronenflusspegel des Reaktorkerns und die Rate an, mit der sich der Neutronenfluss während einer Reaktorabschaltung und der Anfangsphase des Startvorgangs ändert . Sie sind sehr wichtig für die Überwachung der Unterkritikalität beim Nachfüllen von Kraftstoff, wenn eine unterkritische Multiplikation stattfindet. Der Neutronenfluss wird in Anzahl pro Sekunde (cps) 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 Zehnerpotenzen pro Minute ( dpm ).

Es gibt zwei Hauptprobleme bei der Instrumentierung des Quellbereichs:

• Diskriminierung . Während der Reaktorabschaltung und der Startphase ist es erforderlich, die relativ kleine Anzahl von Impulsen, die von Neutronen erzeugt werden, von der großen Anzahl von Impulsen, die von Gammastrahlung erzeugt werden, zu unterscheiden . Daher ist die Gammadiskriminierung während des Abschaltens von besonderem Interesse, nachdem der Reaktorkern ein signifikantes Maß an Brennstoffabbrand erreicht hat. Dieser Zustand erzeugt ein hohes Gammafeld und einen geringen Neutronenfluss um den Detektor. Proportionalzähler ermöglichen eine Diskriminierung, müssen jedoch kalibriert werden. Der Diskriminator schließt den Durchgang von Impulsen aus, die kleiner als ein vorbestimmter Pegel sind. Die Funktion des Diskriminators besteht darin, Rausch- und Gamma-Impulse auszuschließen, die betragsmäßig kleiner sind als Neutronenimpulse (Alpha-Impulse). Viele Kraftwerke haben festgestellt, dass es notwendig ist, proportionale Zähler für den Quellbereich in der Bleiabschirmung zu platzieren, um die Gammastrahlung an den Detektoren zu reduzieren. Dies erhöht die Empfindlichkeit des Detektors im unteren Bereich und kann die Lebensdauer des Detektors verlängern.
• Dead Time . Dieses Instrument kann eine maximale Neutronenzählrate von 10 ⁶ cps anzeigen . Höhere Zählraten werden durch das als Totzeit bekannte Phänomen beeinflusst. Die Totzeit ist die Zeit, in der der Melder beschäftigt ist und keine Impulse annehmen und verarbeiten kann. Dieses Phänomen kann schwerwiegende Folgen haben, da die Totzeit die Leistung bei hohen Aktivitäten oder hohen Dosisleistungen verzerrt.

Es gibt einige Kraftwerke, die Vorkehrungen getroffen haben, um die Quellenbereichsdetektoren aus ihren Betriebspositionen in eine Position mit verringertem Neutronenflussniveau zu bewegen, sobald das Flussniveau über den Quellenbereich ansteigt.

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

Quellenbereich – Reaktorsicherheit

Wie bereits geschrieben, wird das Excore-Nuklearinstrumentierungssystem als sicherheitsrelevantes System angesehen, da es Eingaben in das Reaktorschutzsystem liefert . Die Neutronenflussauslösung im Quellbereich bietet den Kernschutz für Reaktivitätsunfälle in MODE 2 (Reaktorstart). Beispielsweise stellt die Neutronenflussauslösung im Quellbereich sicher, dass während des Startvorgangs ein Schutz gegen einen unkontrollierten RCCA-Bankstangenentzugsunfall aus einem unterkritischen Zustand gewährleistet ist. Es bietet auch Schutz für Borverdünnungsunfälle und Kontrollstangenauswurfereignisse.

Während des Betankens stellen Quellenbereichsdetektoren auch die Überwachung der Unterkritikalität des Reaktors sicher. Sie sind außerdem mit einem Alarm ausgestattet, der als Evakuierungssignal für die Eindämmung dienen kann, wenn der Neutronenfluss einen voreingestellten Wert überschreitet. Dieser Alarm warnt die Bediener und das Personal des Kontrollraums vor einer positiven Reaktivitätszugabe zum Reaktor während der Abschaltbedingungen.