Nos reatores nucleares, a energia térmica produzida pelas fissões nucleares é proporcional ao nível do fluxo de nêutrons . Portanto, do ponto de vista da segurança do reator, é da maior importância medir e controlar o fluxo de nêutrons e a distribuição espacial do fluxo de nêutrons no reator corretamente e com a instrumentação apropriada. Para esse fim, várias instrumentações nucleares são instaladas. Essas medições geralmente são realizadas fora do núcleo do reator, mas também são realizadas de dentro do núcleo. Portanto, instrumentações nucleares são geralmente categorizadas como:
Ambos os sistemas são baseados na detecção de nêutrons . Mas existem usinas de energia que medem a energia térmica usando o monitoramento de energia com nitrogênio-16. Um monitoramento de potência N-16 tem várias vantagens sobre as medições de potência ΔT e excore. O sistema baseado neste método monitora a energia térmica do NSSS (Sistema de Fornecimento de Vapor Nuclear), detectando o nível de nitrogênio-16 presente no sistema de refrigeração. O nitrogênio-16 é um isótopo de nitrogênio gerado pela ativação de nêutrons do oxigênio contido na água. Tem uma meia-vida curta de 7,1 segundos e decai por decaimento beta . Este decaimento é acompanhado pela emissão de raios gama muito energéticos(6 MeV), que pode facilmente penetrar na parede da tubulação de alta pressão e, portanto, pode ser facilmente medido por câmaras de íons localizadas na tubulação da perna quente de cada circuito do líquido de arrefecimento.
1 n + 16 O → 1 p + 16 N (reação de ativação)
16 N → 16 O + β + γ (decaimento radioativo)
Isótopos de nitrogênio-16 são formados pela ativação rápida de nêutrons do oxigênio-16 contido na água. A ativação resulta de uma reação limiar que requer nêutrons rápidos> 10 MeV . A concentração de nitrogênio-16 presente no refrigerante primário está em equilíbrio radioativo e é diretamente proporcional à taxa de fissão no núcleo, portanto, à potência do reator. Essa ativação da água de refrigeração requer uma blindagem biológica extra em torno da planta do reator nuclear. É o raio gama de alta energia do nitrogênio-16 que causa a maior preocupação. É por isso que a água que esteve recentemente dentro de um núcleo de reator nuclear deve ser protegida até que essa radiação diminua. Um a dois minutos é geralmente suficiente.
Da mesma forma que no sistema de instrumentação nuclear excore, também esse sistema de monitoramento N-16 deve ser calibrado . A potência térmica precisa do reator pode ser medida apenas por métodos baseados no balanço de energia do circuito primário ou no balanço de energia do circuito secundário . Esses métodos fornecem a potência do reator mais precisa.
