O que é o detector de faixa de potência – Definição

Os detectores de faixa de potência são o principal sistema de instrumentação nuclear para operação de energia. Eles monitoram o fluxo de nêutrons (potência do reator) de zero a cerca de 120% da potência nominal total, juntamente com a indicação da distribuição axial e radial dessa potência. Eles também fornecem indicação, alarmes e sinais de disparo do reator. À medida que o nível de fluxo de nêutrons aumenta para a faixa de potência, a compensação gama não é uma grande preocupação, porque os raios gama não contribuem muito para a ionização total (cerca de 0,1% a 100% de potência). Portanto, a instrumentação da faixa de potência geralmente consiste em quatro câmaras de ionização não compensadas , cada uma com seu próprio detector separado, passagem de cabo e circuito eletrônico. A câmara de ionização , também conhecida como câmara de íons, é um dispositivo elétrico que detecta vários tipos de radiação ionizante . A tensão do detector é ajustada para que as condições correspondam à região de ionização . A tensão não é alta o suficiente para produzir amplificação de gás (ionização secundária). As câmaras de ionização são preferidas para altas taxas de dose de radiação porque não têm “ tempo morto ””, Um fenômeno que afeta a precisão do tubo Geiger-Mueller em altas taxas de dose. O detector consiste em uma única câmara cilíndrica cuja operação é idêntica à da câmara revestida de boro da câmara de íons compensados. Esta câmara não compensada é sensível aos raios gama e aos nêutrons. No entanto, na faixa de potência de operação, o nível do fluxo de nêutrons é muitas vezes maior que o fluxo gama e, portanto, nenhuma compensação gama é necessária.

Todos os quatro canais são fisicamente e funcionalmente idênticos. Cada canal de faixa de potência emprega um detector superior e inferior de câmara de íons descompensada (detector em tandem), que permite medir a diferença de fluxo axial . Cada canal também monitora um “quadrante” do núcleo. Um detector superior e um detector inferior são montados dentro do mesmo instrumento. As saídas de ambos os detectores (superior e inferior) são combinadas para produzir um sinal de potência total do canal. As oito saídas do detector (quatro detectores superiores e quatro detectores inferiores) são comparadas entre si para fornecer informações de distribuição de energia (AFD e QPTR ) ao operador do reator.

A diferença de fluxo axial é definida como a diferença nos sinais de fluxo normalizados (AFD) entre as metades superior e inferior de um detector de nêutrons excore de duas seções, diminuirá.

AFD é definido como:

AFD ou ΔI = I _superior – I _inferior

onde _topo e _fundo são expressos como uma fração da potência térmica nominal.

QPTR é definido como:

A razão entre a saída calibrada do detector superior e a média das saídas calibradas do detector superior ou a proporção entre a saída calibrada do detector máximo e a média das saídas calibradas do detector inferior, o que for maior.

A instrumentação da faixa de potência monitora e indica o nível do fluxo de nêutrons do núcleo do reator e a taxa pela qual o fluxo de nêutrons muda durante uma operação de energia e a carga padrão segue a operação. O fluxo de nêutrons é indicado como porcentagem da potência nominal. A taxa de variação da população de nêutrons é indicada como taxa de inicialização (SUR), que é definida como o número de fatores de dez que a energia muda em um minuto. Portanto, as unidades do SUR são potências de dez por minuto, ou décadas por minuto ( dpm ).

Embora o sistema de instrumentação nuclear forneça resposta imediata às mudanças no fluxo de nêutrons e seja um sistema insubstituível, ele deve ser calibrado . Os canais da faixa de potência são calibrados para indicar a porcentagem de energia térmica nominal por um balanço de calor secundário (calorimétrico). 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.

Referência especial: Plano de revisão padrão para a revisão de relatórios de análise de segurança para usinas nucleares: LWR Edition. NUREG-0800, NRC dos EUA.

Fluxo de nêutrons e queima de combustível

Em um reator de potência durante um período relativamente curto de tempo (dias ou semanas), a densidade do número atômico dos átomos de combustível permanece relativamente constante. Portanto, neste curto período, também o fluxo médio de nêutrons permanece constante , quando o reator é operado a um nível de potência constante. Por outro lado, as densidades do número atômico de isótopos físseis diminuem durante um período de meses devido à queima de combustível e, portanto, também as seções macroscópicas diminuem. Isso resulta em um aumento lento no fluxo de nêutrons para manter o nível de potência desejado. Portanto, o sistema de instrumentação nuclear excore deve ser calibrado periodicamente.

Faixa de potência – Segurança do reator

Como foi escrito, o sistema de instrumentação nuclear excore é considerado um sistema relacionado à segurança, porque fornece entradas para o sistema de proteção do reator . O disparo do fluxo de nêutrons da faixa de potência fornece a proteção do núcleo para muitos acidentes de excursão de potência no MODO 1 (operação de energia). Exemplos de sinais de ação de proteção fornecidos pela faixa de potência incluem:

• O fluxo de nêutrons da faixa de potência (baixo – ponto de ajuste). Um disparo do reator ocorrerá se o nível de energia exceder o valor predefinido (por exemplo, 25%) em dois dos quatro canais e o disparo não estiver bloqueado.
• O fluxo de nêutrons da faixa de potência (alto – ponto de ajuste). Um disparo do reator ocorrerá se o nível de energia exceder o valor predefinido (por exemplo, 109%) em dois dos quatro canais para proteger o núcleo de uma condição de sobrecarga e para proteger de uma excursão de reatividade positiva que leva ao DNB durante operações de energia. Esta viagem não pode ser bloqueada.
• Taxa de viagens . Se a taxa de variação da potência do reator exceder um valor predefinido na direção positiva ou negativa, ocorrerá um disparo do reator.
  • O disparo de alta taxa positiva garante que a proteção seja fornecida contra aumentos rápidos no fluxo de nêutrons, característicos de uma ruptura do alojamento da haste de acionamento RCCA e da ejeção que acompanha o RCCA.
  • A viagem com taxa negativa alta garante proteção para vários acidentes com queda de haste. Em níveis altos de potência, um acidente de queda múltipla da haste pode causar pico de fluxo local que resultaria em um DNBR local não conservador.