Cadenas de medición neutrónica en la instrumentación y control del RP-10

Introducción

El Reactor RP-10, ubicado a 40 Km. de la ciudad de Lima – Perú, es un Reactor nuclear de 10 Mw de potencia térmica, destinado para la producción de radioisótopos, investigación en el campo de las ciencias y para entrenamiento de personal, cuenta con un núcleo de 25 elementos combustibles del tipo MTR, se controla con 5 barras compensadoras de cadmio, donde 3 de ellas cumplen la función de seguridad y las dos restantes para controlar la reactividad del reactor, además cuenta con una barra de control fino de acero inoxidable, para la regulación fina del reactor.

La instrumentación anexada al funcionamiento del reactor son de dos clases: instrumentación convencional e instrumentación nuclear, ambas son importantes para el funcionamiento del reactor.

En la parte de la instrumentación nuclear, la información de la evolución neutrónica en el núcleo del reactor se obtiene a través de dos conjuntos de detectores dispuestos en las cercanías del núcleo del reactor, estos grupos de detectores se denominan contadores de fisión y cámaras de ionización compensada, son 3 de la primera y 4 de la segunda, cada una de ellas esta asociada a una cadena de medición. Las cadenas de medición de los tres contadores de fisión están asociados en lógica 2 de 3 a la instrumentación neutrónica del reactor, tres cámaras de ionización compensadas también pasan a formar una lógica 2 de 3 y una cuarta pasa a conectarse con el piloto automático de regulación fina del reactor.

La función de estos detectores, junto con sus cadenas de medición es la de proporcionar información continua sobre la evolución de los neutrones en el núcleo, tanto para operación normal como para situaciones que impliquen cierto riesgo a la instalación, formando así, todo el conjunto, una herramienta para el sistema de Seguridad del reactor. Dentro de los criterios de seguridad adoptados para la instalación, se considera a la instrumentación nuclear como elemento necesario para la seguridad y por ello, la instrumentación y su alimentación eléctrica tiene redundancia, diversificación y segregación adecuados, de modo que una falla única no causa la perdida de una función esencial.

El presente trabajo describe el modo de trabajo de los detectores asociados a la instrumentación nuclear, su composición dentro de las cadenas de medición y esta a su vez , asociada con la seguridad de la instalación.

Detectores de neutrones

En el RP-10, al igual que en muchos reactores de investigación, es necesario contar con información de la población neutrónica, para el control del reactor, desde que se originan las primeras reacciones, hasta que se llega a la potencia nominal de trabajo, pero debido a la naturaleza de los detectores, no se puede cubrir todo el rango de medición con tan solo uno de ellos, para ello se utilizan dos tipos de detectores :

• 1. Para la etapa de arranque o de bajas cuentas, la medición se realiza mediante contadores de fisión, en el modo pulso y cuyos valores típicos son:

Sensibilidad : 0.1 pulso/nv Rango de flujo: 10 a 106nv Rango de tasa de conteo: 1 a 105 pulsos por seg Rango dinámico 105, ósea 5 décadas.

• 2. Para la etapa de Marcha, o de potencia, la medición se realiza mediante cámaras de ionización, en el modo corriente y cuyos valores típicos son:

Sensibilidad : 10-14 A/nv Rango de flujo: 103 a 1010nv Rango de tasa de conteo: 10-11 a 10-4 A Rango dinámico 107, ósea 7 décadas.

Estos tipos de detectores son tipo excore, es decir, su zona de trabajo es externa al núcleo, en el caso de los contadores de fisión, inicialmente se encuentran en la zona periférica del núcleo, pero conforme aumenta el flujo neutrónico, se van retirando axialmente. Los rangos de medición de flujo neutrónico de ambos detectores, tienen una zona de traslape para mantener la continuidad de la información de los eventos producidos en el reactor. Sin embargo se debe tener en cuenta que los contadores de fisión pueden llegar a saturarse con demasiadas cuentas y que las cámaras de ionización compensadas son pocos sensibles a bajos niveles de flujo. Contador de Fisión Es una cámara de ionización neutrónica, donde el proceso de conversión neutrón / fragmento ionizante es una reacción de fisión entre neutrones térmicos y U235. Trabaja en modo pulso y sensa el crecimiento de la potencia del reactor en el rango de arranque (baja potencia). Su tensión de alimentación es de 400 volts a 800 volts, su sensibilidad es de .25 cuentas/nv y tiene un rango de flujos menor a 106nv en modo pulso.

Cámara de Ionización Compensada Es una cámara de ionización neutrónica con compensación gamma, para trabajar en el modo corriente en el rango de potencia para reactores experimentales y de producción de radioisótopos.

La compensación gamma es eléctrica por variación de la tensión de compensación y continuamente ajustable por sobre y subcompensación.