Validación del programa FERCIN para la Calibración de las Barras de Control del Reactor RP-10

Resumen

A fin de incorporar un nuevo sistema de calibración de las barras de control, que permita obtener resultados con menor incertidumbre y en menor tiempo, se realizaron pruebas para la validación de los programas Fercin 1 y 2 ambos forman parte del Sistema de Ruido Neutrónico adquirido mediante el convenio Perú – Argentina. Las opciones del programa que se validaron fueron la del Reactímetro y Rod – Drop, por comparación con el método del Periodo Asintótico, que es el usualmente empleado por el grupo de operación. La configuración de núcleo utilizada fue la N° 24.

Introducción

La Calibración de Barras de Control en un Reactor Nuclear es muy importante tanto para saber la inserción de reactividad negativa que se inserta al núcleo, como para conocer el exceso de reactividad del núcleo. Existen diversos métodos para realizar la calibración de barras.

La Validación del Programa FERCIN consiste en comparar en forma experimental tres métodos de Calibración de Barras conocidos, como son: Método del Periodo Asintótico, Método del Reactímetro y el Método Rod – Drop. Todos estos métodos de calibración trabajan en función de la cinética inversa, es decir, se conoce la evolución de la población neutrónica y se desea conocer la evolución de la relación Producción/ Destrucción, que en nuestro caso seria la reactividad, ya sea expresada en $ (dólares) o pcm (partes por cien mil). Otro criterio que se emplea en el proceso de calibración es el método MRP (Modelo del reactor Puntual), que consiste en definir la evolución de la densidad neutrónica como función del Factor de Forma y de la Potencia, donde existe separabilidad espacio-energética temporal, según se observa en la ec. (1)

Para analizar cuantitativamente el MRP es necesario un modelo que involucre a mas de un grupo de neutrones retardados, es por ello que se emplea la siguiente ec. (2)

Resolviendo convenientemente estas ecuaciones, se obtiene la ecuación Inhour para las raíces aceptables de la ecuación que pueden obtenerse a partir de datos experimentales con un error aceptable, ec. (3).

Métodos de estimación de la reactividad

Método del Periodo asintótico: Donde T de la Ecuación inhour se obtiene midiendo el tiempo de duplicación de n(t), llamado t2.

este método puede aplicarse con instrumental propio del reactor y un cronometro.

Método del Reactímetro Digital:

Método Rod -Drop basados en MRP y CEM: Consiste en estimar la efectividad $o de las barras de control empleando el MRP, que considera para este caso tanto la evolución instantánea como retardada, lo que da lugar a un cambio en la función de forma por lo cual la evolución de la densidad neutrónica no será la misma en cualquier punto del reactor.

Método Experimental

Método del Periodo asintótico:

Esta metodología es bien conocida y consiste en llevar al reactor a un estado supercrítico moderado a partir de una posición de equilibrio o critico a baja potencia, de tal modo que durante la evolución de población neutrónica se pueda tomar nota del tiempo del doblaje en diversos intervalos de su evolución, la tasa de cuentas es tomada directamente de la cámara de ionización N° 4 perteneciente a la instrumentación del reactor y la cual se encuentra alejada del núcleo en dirección del conducto tangencial, tal como se observa en la foto de la fig.1.

Fig.1. Ubicación de CIC4, en conf. 24

La información obtenida es procesada para obtener los valores de reactividad de cada una de las barras de control del reactor. Este método también sigue el Modelo del Reactor Puntual (MRP), en cinética inversa.

Método del Reactímetro Digital:

Para esta experiencia se ha empleado todo un equipo e instrumental alterno al reactor, para cumplir con la siguiente metodología para el Reactímetro Digital:

El equipo que nos permite esto consiste en:

• Detector (CIC)

• SMS (Sistema de Medición de Señales)

• PC – TCAD ( Computadora Pentium I con tarjeta de adquisición d

• e datos PCL-818H)

Tal como se observan en la fig. 2.

Fig. 2. Detector – SMS – PC _TCAD

El Software empleado por el método del Reactímetro Digital es el FERCIN 1, que permite realizar la calibración simultánea de dos barras de control por el método de compensación. Las señales de entrada básicas son la tasa de cuentas y las posiciones de barras, que en nuestro caso fueron las barras BC1 y BC2.

Método Rod – Drop:

Para esta experiencia se ha empleado todo el equipo e instrumentos mencionados para el método del Reactímetro Digital, adicionando un detector y una cadena de medición al sistema, las pruebas de efectividad de barras se realizaron para BC1 y para todo el Banco de Barras. La metodología de la experiencia es la que se muestra a continuación:

Para BC1 se realizaron 4 pruebas, donde CIC1 se mantuvo siempre en la posición C1, mientras que CIC2 se ubico en la posición G1, B4 e I9, respectivamente, esta ultima posición se realizo 2 veces debido a no considerar el nivel de potencia requerida en la experiencia, la cual fue subsanada luego. El caso del Bco. de Barras se realizo en una única oportunidad, teniendo la disposición de las cámaras CIC1 en C1 y CIC2 en I9, tal como se muestra en el esquema resumen de la Fig. 3.

Fig. 3 Disposición de CIC1 y CIC2 para las experiencias de Rod – Drop

Se aclara que la barra de control BC1 se encuentra en la Posición F3 alojado por el combustible NC003, la idea es observar la respuesta a diversas posiciones de la cámara CIC2.

Procedimiento para obtener la Reactividad del Banco de Barras y el FSR (Factor de Seguridad de Reactividad)

Resultados

A continuación se presentan los resultados de las experiencias realizadas:

Por el Método de Reactímetro Digital, empleando FERCIN 1.

Tabla 1. Calibración de BC1 y BC2 por Método del Reactímetro digital

Por el Método del Periodo Asintótico, empleando la instrumentación del Reactor, obtuvimos los siguientes resultados de la calibración de BC1 y BC2.

Tabla 2. Calibración de BC1 y BC2 por Método de Periodo Asintótico.

Para el cálculo de errores se empleo solo el experimental, proveniente del parámetro directo para obtener la reactividad, que es, el tiempo de doblaje, dado que se toman tres tiempos de doblaje, el error de la medición es:

El error sistemático que acompaña al error experimental para el cálculo del error de reactividad será discutido en el punto 4.

Por el Método de Rod – Drop y empleando el programa FERCIN2 se obtuvieron los siguientes resultados para BC1:

Tabla 3. Resultados de Rod-Drop para Scram BC1

Tabla 4. Resultados de Rod-Drop para Scram BC1

Tabla 5. Resultados de Rod-Drop para Scram Total

Fig. 4 Rod – Drop de Bco. de Barras visto con CIC1 en C1

Fig. 5 Rod – Drop de Bco. de Barras visto con CIC2 en I9

Por recalculo con FERCIN4 y ESTADIST se obtienen nuevos valores para el CEM y MRP. FERCIN4 es un programa de ajuste para los datos obtenidos por FERCIN2.

Tabla 5. Resultados de Rod-Drop para Scram Total corregida con FERCIN4 y ESTADIST

Con la información obtenida de la aproximación a critico previo a las experiencias se obtuvo la siguiente posición de barras: BS1:BS2:BS3=100%, BC1=57.1% extraída, BC2= 0% extraída. De la calibración de Barra se tomaron los valores respectivos a BC1 y BC2 y se obtuvo $ 5.21, que seria la reactividad en exceso del núcleo.

Discusión

Como se podrá observar de las experiencias de Calibración de Barras: Periodo Asintótico y Reactímetro Digital; este ultimo método de Calibración es mas confiable, debido a que el proceso de directo, tanto en el control de posición de barras como de la información del cambio en la tasa de cuentas de neutrones. Considerando que el Método del Reactímetro digital tiene también sus errores sistemáticos, sin embargo estos son menores que los del método del Periodo asintótico, donde no se consideran la toma de datos visual por parte del operador tanto en el cronómetro como en el medidor de corriente de cámara ((M4), como también por la temperatura u otros fenómenos externos.

Teniendo la reactividad de exceso del núcleo y la reactividad de extinción se calcula la reactividad del Banco de Barras, y luego el Factor de seguridad de reactividad, que en nuestro caso es de 2.86, cumpliendo con las normas que establecen que este valor debe ser igual o superior a 1.5.

Una manera de verificar si estos resultados son confiables en el tiempo se realizo una comparación de reactividad de la misma configuración N° 24, pero de una fecha cercana al inicio del ciclo, en donde la reactividad en exceso debió ser mayor.

Se observa coherencia en los resultados, la reactividad en exceso disminuye por el quemado de combustible, la reactividad de extinción va acorde con el quemado y es por esa razón que el FSR también disminuye, pero manteniéndose en los limites.

Conclusiones

Se ha podido verificar que el empleo, tanto del FERCIN1 como FERCIN2, son más confiables y eficientes para la determinación de la efectividad de las barras de control, que el método del periodo asintótico. El tiempo de ejecución de las experiencias es menor y los resultados de calibración son inmediatos, quedando registrados en archivos creados por el mismo programa. Los valores encontrados son confiables dado que han sido contrastados con otros datos.

Se puede afirmar que tanto el Sistema de Medición de señales, su sistema de adquisición de Datos y los programas FERCIN1 y FERCIN2 han sido validados satisfactoriamente y con márgenes de incertidumbres por debajo del 5%.

Bibliografía

• 1. Gómez, A., Manual de Usuario, Documento Técnico CNEA, CNEA.C.RCN.MUS.021, Bs. As.. Argentina, 1998.

• 2. Gómez, A., Medición de Reactividad en el reactor RA-3, CNEA.C.RCN.INT.113, Bs. As. – Argentina, 2002

• 3. Gómez, A., Mediciones de parámetros neutrónicos del reactor RA-3 durante la puesta en marcha en Mayo del año 2000, CNEA.C.RCN.ITE.136, Bs. As. – Argentina, 2002

• 4. Castro, J., Experiencias de Calibración de Barras empleando FERCIN 1 y 2, Informe interno – CASE, Lima – Perú, 2003

Autor:

Castro, José (1)

Zapata, Magaly (3)

Bruna, Rubén (2)

• (1) IPEN, Dirección General de Instalaciones, Calculo, Av. Canadá 1470, Lima 41, Perú

• (2) IPEN, Autoridad Nacional, Av. Canadá 1470, Lima 41

• (3)  Universidad de Ingeniería, Av. Tupac Amaru s/N, Lima 1, Perú