¿Qué es el detector de rango de potencia? Definición

Los detectores de rango de potencia son un sistema de instrumentación nuclear clave para la operación de potencia. Monitorean el flujo de neutrones (potencia del reactor) desde cero hasta aproximadamente el 120% de la potencia nominal completa junto con la indicación de la distribución axial y radial de esa potencia. También proporcionan indicaciones, alarmas y señales de disparo del reactor. A medida que el nivel de flujo de neutrones aumenta en el rango de potencia, la compensación gamma no es una preocupación importante porque los rayos gamma no contribuyen mucho a la ionización total (aproximadamente 0.1% al 100% de potencia). Por lo tanto, la instrumentación del rango de potencia generalmente consta de cuatro cámaras de ionización no compensadas , cada una con su propio detector separado, tendido de cables y circuitos electrónicos. La cámara de ionización , también conocida como la cámara de iones, es un dispositivo eléctrico que detecta varios tipos de radiación ionizante . El voltaje del detector se ajusta de modo que las condiciones correspondan a la región de ionización . El voltaje no es lo suficientemente alto como para producir amplificación de gas (ionización secundaria). Las cámaras de ionización se prefieren para altas tasas de dosis de radiación porque no tienen » tiempo muerto «», Un fenómeno que afecta la precisión del tubo Geiger-Mueller a altas dosis. El detector consta de una única cámara cilíndrica cuyo funcionamiento es idéntico al de la cámara revestida de boro de la cámara de iones compensados. Esta cámara no compensada es sensible tanto a los rayos gamma como a los neutrones. Sin embargo, en el rango de potencia de operación, el nivel de flujo de neutrones es muchas veces mayor que el flujo gamma y, por lo tanto, no se requiere compensación gamma.

Los cuatro canales son física y funcionalmente idénticos. Cada canal de rango de potencia emplea un detector de cámara de iones no compensado superior e inferior (detector en tándem) que permite medir la diferencia de flujo axial . Cada canal también monitorea un «cuadrante» del núcleo. Un detector superior y un detector inferior están montados dentro del mismo instrumento. Las salidas de ambos detectores (superior e inferior) se combinan para producir una señal de potencia total del canal. Las ocho salidas del detector (cuatro detectores superiores y cuatro detectores inferiores) se comparan entre sí para proporcionar información de distribución de energía (AFD y QPTR ) al operador del reactor.

La diferencia de flujo axial se define como la diferencia en las señales de flujo normalizado (AFD) entre las mitades superior e inferior de un detector de neutrones excore de dos secciones, disminuirá.

AFD se define como:

AFD o ΔI = I _arriba – I _abajo

donde _arriba y _abajo se expresan como una fracción de la potencia térmica nominal.

QPTR se define como:

La relación de la salida calibrada máxima del detector excore superior al promedio de las salidas calibradas del detector excore superior, o la relación de la salida calibrada máxima del detector excore inferior al promedio de las salidas calibradas del detector excore inferior, lo que sea mayor.

La instrumentación del rango de potencia monitorea e indica el nivel de flujo de neutrones del núcleo del reactor y la velocidad a la que cambia el flujo de neutrones durante una operación de potencia y una operación de seguimiento de carga estándar. El flujo de neutrones se indica como porcentaje de la potencia nominal. La tasa de cambio de la población de neutrones se indica como tasa de inicio (SUR), que se define como el número de factores de diez que la potencia cambia en un minuto. Por lo tanto, las unidades de SUR son potencias de diez por minuto o décadas por minuto ( dpm ).

Aunque el sistema de instrumentación nuclear proporciona una respuesta rápida a los cambios en el flujo de neutrones y es un sistema insustituible, debe calibrarse . Los canales de rango de potencia se calibran para indicar el porcentaje de potencia térmica nominal mediante un balance de calor secundario (calorimétrico). La potencia térmica precisa del reactor solo se puede medir mediante métodos basados ​​en el balance de energía del circuito primario o el balance de energía del circuito secundario.

Referencia especial: Plan de revisión estándar para la revisión de informes de análisis de seguridad para centrales nucleares: edición LWR. NUREG-0800, NRC de EE. UU.

Flujo de neutrones y quema de combustible

En un reactor de potencia durante un período de tiempo relativamente corto (días o semanas), la densidad del número atómico de los átomos de combustible permanece relativamente constante. Por lo tanto, en este corto período, también el flujo de neutrones promedio permanece constante , cuando el reactor funciona a un nivel de potencia constante. Por otro lado, las densidades de número atómico de los isótopos fisionables durante un período de meses disminuyen debido al consumo de combustible y, por lo tanto, también disminuyen las secciones transversales macroscópicas . Este resultado es un aumento lento en el flujo de neutrones para mantener el nivel de potencia deseado. Por lo tanto, el sistema de instrumentación nuclear excore debe calibrarse periódicamente.

Rango de potencia: seguridad del reactor

Como se escribió, el sistema de instrumentación nuclear excore se considera un sistema relacionado con la seguridad, ya que proporciona entradas al sistema de protección del reactor . El disparo de flujo de neutrones del rango de potencia proporciona la protección del núcleo para muchos accidentes de excursión de potencia en el MODO 1 (operación de potencia). Los ejemplos de señales de acción protectora proporcionadas por el rango de potencia incluyen:

• El rango de potencia Flujo de neutrones (bajo – punto de ajuste). Se producirá un disparo en el reactor si el nivel de potencia excede el valor preestablecido (por ejemplo, 25%) en dos de los cuatro canales, y el disparo no se bloquea.
• El flujo de neutrones del rango de potencia (punto de ajuste alto). Se producirá un disparo en el reactor si el nivel de potencia excede el valor preestablecido (por ejemplo, 109%) en dos de los cuatro canales para proteger el núcleo de una condición de sobrepotencia y para protegerlo de una excursión de reactividad positiva que conduce a DNB durante las operaciones de potencia. Este viaje no puede ser bloqueado.
• Tarifa de viajes . Si la tasa de cambio de potencia del reactor excede un valor preestablecido en la dirección positiva o negativa, se producirá un disparo del reactor.
  • El disparo de frecuencia positiva alta asegura que se proporciona protección contra aumentos rápidos en el flujo de neutrones que son característicos de una ruptura de la carcasa de la varilla de transmisión RCCA y la expulsión del RCCA.
  • El viaje de alta tasa negativa asegura que se proporcione protección para múltiples accidentes de caída de varilla. A altos niveles de potencia, un accidente de caída de varillas múltiples podría causar un pico de flujo local que resultaría en un DNBR local no conservador.