En los reactores nucleares, la potencia térmica producida por las fisiones nucleares es proporcional al nivel de flujo de neutrones . Por lo tanto, desde el punto de vista de la seguridad del reactor, es de suma importancia medir y controlar el flujo de neutrones y la distribución espacial del flujo de neutrones en el reactor correctamente y mediante la instrumentación adecuada. Para este propósito, se instalan varios instrumentos nucleares. Estas mediciones generalmente se realizan fuera del núcleo del reactor, pero también hay mediciones realizadas desde el interior del núcleo. Por lo tanto, las instrumentaciones nucleares generalmente se clasifican como:
Ambos sistemas se basan en la detección de neutrones . Pero hay plantas de energía que miden la energía térmica mediante el monitoreo de energía de nitrógeno-16. Un monitoreo de potencia N-16 tiene varias ventajas sobre las mediciones de potencia ΔT y excore. El sistema basado en este método controla la potencia térmica del NSSS (Sistema de suministro de vapor nuclear) mediante la detección del nivel de nitrógeno-16 presente en el sistema de refrigeración. El nitrógeno-16 es un isótopo de nitrógeno generado por la activación de neutrones del oxígeno contenido en el agua. Tiene una vida media corta de 7.1 segundos y se desintegra a través de la desintegración beta . Esta descomposición se acompaña de la emisión de rayos gamma muy enérgicos.(6 MeV), que puede penetrar fácilmente en la pared de la tubería de alta presión y, por lo tanto, puede medirse fácilmente mediante cámaras de iones ubicadas en la tubería de la pata caliente de cada circuito de refrigerante.
1 n + 16 O → 1 p + 16 N (reacción de activación)
16 N → 16 O + β + γ (desintegración radiactiva)
Los isótopos de nitrógeno-16 se forman por la activación rápida de neutrones del oxígeno-16 contenido en el agua. La activación resulta de una reacción umbral que requiere > 10 MeV de neutrones rápidos . La concentración de nitrógeno-16 presente en el refrigerante primario está en equilibrio radiactivo y es directamente proporcional a la velocidad de fisión en el núcleo, por lo tanto, a la potencia del reactor. Esta activación del agua refrigerante requiere blindaje biológico adicional alrededor de la planta del reactor nuclear. Es el rayo gamma de alta energía del nitrógeno-16 el que causa la mayor preocupación. Es por eso que el agua que ha estado recientemente dentro del núcleo de un reactor nuclear debe protegerse hasta que esta radiación disminuya. Uno o dos minutos son generalmente suficientes.
Del mismo modo que para el sistema de instrumentación nuclear excore, también este sistema de monitoreo N-16 debe ser calibrado . 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 . Estos métodos proporcionan la potencia del reactor más precisa.
