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




Enviado por Jose Castro



  1. Resumen
  2. Introducción
  3. Métodos de estimación de la
    reactividad
  4. Método Experimental
  5. Resultados
  6. Discusión
  7. Conclusiones
  8. Bibliografía

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)

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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)

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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).

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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.

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

Método del Reactímetro
Digital
:

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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.

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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.

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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:

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El equipo que nos permite esto consiste en:

Tal como se observan en la fig. 2.

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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:

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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.

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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)

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Resultados

A continuación se presentan los resultados de las
experiencias realizadas:

Por el Método de Reactímetro Digital,
empleando FERCIN 1.

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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.

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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:

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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:

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Tabla 3. Resultados de Rod-Drop para
Scram BC1

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Tabla 4. Resultados de Rod-Drop para
Scram BC1

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Tabla 5. Resultados de Rod-Drop para
Scram Total

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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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