O que é um detector de faixa intermediária – Definição

Os detectores de faixa intermediária monitoram o fluxo de nêutrons (potência do reator) no nível de fluxo intermediário. Eles também fornecem indicação, alarmes e sinais de disparo do reator . Seu alcance é da parte superior da fonte até a faixa de potência (abrange um período de oito décadas). O design deste instrumento é escolhido para fornecer sobreposição entre os canais da faixa da fonte e a amplitude parcial ou total dos instrumentos da faixa de potência . A instrumentação de faixa intermediária geralmente consiste em dois ou quatro canais, cada um com seu próprio detector separado, passagem de cabo e circuito eletrônico. Os detectores utilizados são geralmente   revestidos com boro oucâmaras de ionização compensada com gás boro ou câmaras de fissão . Sua precisão geralmente não atinge a precisão da instrumentação da faixa de potência operando em uma faixa muito mais estreita.

A instrumentação da faixa de fonte monitora e indica o nível do fluxo de nêutrons do núcleo do reator e a taxa pela qual o fluxo de nêutrons muda durante toda a fase de inicialização do reator e operação de energia. O fluxo de nêutrons é indicado em 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 ). A alta taxa de inicialização em qualquer canal pode iniciar uma ação de proteção.

Faixa Intermediária – 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 de faixa intermediária fornece a proteção principal contra um acidente de retirada de barra de banco RCCA não controlado de uma condição subcrítica durante a inicialização. Esta função de disparo fornece proteção redundante ao fluxo de nêutrons da faixa de potência – baixo ponto de ajuste. Ele também fornece proteção redundante à função de disparo da faixa de fonte para eventos de acidente de diluição de boro e ejeção da haste de controle.

Câmaras de ionização compensadas

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.

A câmara de íons compensados é utilizada na faixa intermediária porque a saída de corrente é proporcional ao fluxo de nêutrons relativamente estável e compensa os sinais do fluxo gama. A câmara de íons compensados ​​consiste em dois detectores em um caso. A câmara externa é revestida por dentro com boro-10 , enquanto a câmara interna não é revestida. A câmara revestida é sensível aos raios gama e nêutrons, enquanto a câmara não revestida é sensível apenas aos raios gama. Ao conectar as duas câmaras de maneira adequada, a saída elétrica líquida do detector será a corrente devido apenas aos nêutrons.

Para atingir a quantidade adequada de compensação gama, as tensões entre esses dois conjuntos de eletrodos devem ser balanceadas. As consequências de operar com uma câmara supercompensada ou subcompensada são importantes. Se a voltagem na câmara de compensação for muito alta, o detector será supercompensado e alguma corrente de nêutrons, assim como toda a corrente gama, será bloqueada e a potência indicada será menor que a potência do núcleo real. Se a tensão de compensação estiver muito baixa, ocorrerá uma subcompensação . Em alta potência, o fluxo gama é relativamente pequeno comparado ao fluxo de nêutrons, e os efeitos da compensação inadequada podem não ser percebidos. É extremamente importante, no entanto, que a câmara seja adequadamente compensada durante a inicialização e desligamento do reator.

Veja também: Departamento de Energia, Instrumentação e Controle dos EUA. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2, de 2 de junho de 1992.

Câmara de fissão – detectores de ampla faixa

As câmaras de fissão são detectores de ionização usados ​​para detectar nêutrons. As câmaras de fissão podem ser usadas como detectores de faixa intermediária para monitorar o fluxo de nêutrons (potência do reator) no nível do fluxo intermediário. Eles também fornecem indicação, alarmes e sinais de disparo do reator. O design deste instrumento é escolhido para fornecer sobreposição entre os canais da faixa da fonte e a amplitude total dos instrumentos da faixa de potência.

Em geral, 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 elas não têm “tempo morto”, um fenômeno que afeta a precisão do tubo Geiger-Muellerem altas doses. Além disso, na região de ionização, um aumento na tensão não causa um aumento substancial no número de pares de íons coletados. O número de pares de íons coletados pelos eletrodos é igual ao número de pares de íons produzidos pela radiação incidente e depende do tipo e energia das partículas ou raios na radiação incidente.

No caso de câmaras de fissão , a câmara é revestida com uma fina camada de urânio 235 altamente enriquecido para detectar nêutrons. Os nêutrons não ionizam diretamente e geralmente precisam ser convertidos em partículas carregadas antes de serem detectadas. Um nêutron térmico causará a fissão de um átomo de urânio-235 , com os dois fragmentos de fissão produzidos com uma alta energia cinéticae causando ionização do gás argônio dentro do detector. Uma vantagem do uso de revestimento de urânio-235 em vez do boro-10 é que os fragmentos de fissão têm uma energia muito maior do que a partícula alfa de uma reação de boro. Além disso, os fragmentos de fissão resultantes da interação dos nêutrons com o revestimento causam uma quantidade significativamente maior de ionização dentro da câmara de fissão do que a radiação gama incidente no detector. Isso resulta nos pulsos de carga gerados por nêutrons sendo significativamente maiores que os pulsos gama. O circuito de discriminação de tamanho de pulso pode então ser usado para bloquear os pulsos gama indesejados. Portanto, as câmaras de fissão são muito sensíveis ao fluxo de nêutrons e isso permite que as câmaras de fissão operem em campos gama mais altos do que uma câmara de íons não compensada com revestimento de boro.

As câmaras de fissão são frequentemente usadas como dispositivos indicadores de corrente e dispositivos de pulso, dependendo do nível do fluxo de nêutrons. No modo de pulso, as câmaras de fissão são especialmente úteis, devido à grande diferença de tamanho de pulso entre nêutrons e raios gama. Quando a potência é alta na faixa intermediária ou na faixa de potência (ou seja, em um nível misto de alto nível e fluxo de nêutrons), as câmaras de fissão podem ser operadas no modo Campbelling (também conhecido como “modo de flutuação” ou “modo de tensão quadrada média”) fornecer medições confiáveis ​​e precisas relacionadas a nêutrons. A técnica Campbelling elimina a contribuição gama. Por causa do uso duplo da câmara de fissão, ela é frequentemente usada em canais de “ampla gama” em sistemas de instrumentação nuclear.