Nuclear power plants - In-core instrumentation - Characteristics and test methods of self-powered neutron detectors

Applies to in-core neutron detectors and instrumentation, which are designed for purposes important to safety, such as protection, control and information. Gives requirements, recommendations and guidance on selection of the type and characteristics of self powered neutron detectors used in different possible applications.

Centrales nucléaires de puissance - Instrumentation en-coeur - Caractéristiques et méthodes d'essais des collectrons

Est applicable aux détecteurs en-coeur et à l'instrumentation associée, conçus pour des fonctions importantes pour la sûreté: la protection, le contrôle et l'information. Précise les exigences et les recommandations, et donne des conseils pour sélectionner un type de collectrons et les caractéristiques des collectrons pour différentes applications possibles.

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20-Mar-2000
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IEC 61468:2000 - Nuclear power plants - In-core instrumentation - Characteristics and test methods of self-powered neutron detectors
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Standards Content (sample)

NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
61468
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2000-03
Centrales nucléaires de puissance –
Instrumentation en-cœur –
Caractéristiques et méthodes
d'essais des collectrons
Nuclear power plants –
In-core instrumentation –
Characteristics and test methods
of self-powered neutron detectors
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 61468:2000
---------------------- Page: 1 ----------------------
Numéros des publications Numbering

Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are

sont numérotées à partir de 60000. issued with a designation in the 60000 series.

Publications consolidées Consolidated publications

Les versions consolidées de certaines publications de Consolidated versions of some IEC publications

la CEI incorporant les amendements sont disponibles. including amendments are available. For example,

Par exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 edition numbers 1.0, 1.1 and 1.2 refer, respectively, to

indiquent respectivement la publication de base, la the base publication, the base publication incor-

publication de base incorporant l’amendement 1, et la porating amendment 1 and the base publication

publication de base incorporant les amendements 1 incorporating amendments 1 and 2.

et 2.
Validité de la présente publication Validity of this publication

Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept

constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that

actuel de la technique. the content reflects current technology.

Des renseignements relatifs à la date de reconfir- Information relating to the date of the reconfirmation

mation de la publication sont disponibles dans le of the publication is available in the IEC catalogue.

Catalogue de la CEI.

Les renseignements relatifs à des questions à l’étude et Information on the subjects under consideration and

des travaux en cours entrepris par le comité technique work in progress undertaken by the technical

qui a établi cette publication, ainsi que la liste des committee which has prepared this publication, as well

publications établies, se trouvent dans les documents ci- as the list of publications issued, is to be found at the

dessous: following IEC sources:
• «Site web» de la CEI* • IEC web site*
• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications
Publié annuellement et mis à jour Published yearly with regular updates
régulièrement (On-line catalogue)*
(Catalogue en ligne)*
• Bulletin de la CEI
• IEC Bulletin
Disponible à la fois au «site web» de la CEI*
Available both at the IEC web site* and
et comme périodique imprimé
as a printed periodical
Terminologie, symboles graphiques
Terminology, graphical and letter
et littéraux
symbols
En ce qui concerne la terminologie générale, le lecteur
For general terminology, readers are referred to
se reportera à la CEI 60050: Vocabulaire Electro-
IEC 60050: International Electrotechnical Vocabulary
technique International (VEI).
(IEV).
Pour les symboles graphiques, les symboles littéraux
For graphical symbols, and letter symbols and signs
et les signes d'usage général approuvés par la CEI, le
approved by the IEC for general use, readers are
lecteur consultera la CEI 60027: Symboles littéraux à
referred to publications IEC 60027: Letter symbols to
utiliser en électrotechnique, la CEI 60417: Symboles
be used in electrical technology, IEC 60417: Graphical
graphiques utilisables sur le matériel. Index, relevé et
symbols for use on equipment. Index, survey and
compilation des feuilles individuelles, et la CEI 60617:
compilation of the single sheets and IEC 60617:
Symboles graphiques pour schémas.
Graphical symbols for diagrams.
* Voir adresse «site web» sur la page de titre.
* See web site address on title page.
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NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
61468
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2000-03
Centrales nucléaires de puissance –
Instrumentation en-cœur –
Caractéristiques et méthodes
d'essais des collectrons
Nuclear power plants –
In-core instrumentation –
Characteristics and test methods
of self-powered neutron detectors
 IEC 2000 Droits de reproduction réservés  Copyright - all rights reserved

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utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, any form or by any means, electronic or mechanical,

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International Electrotechnical Commission
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---------------------- Page: 3 ----------------------
– 2 – 61468  CEI:2000
SOMMAIRE
Pages

AVANT-PROPOS ................................................................................................................... 6

Articles

1 Domaine d'application et objet.......................................................................................... 8

2 Références normatives..................................................................................................... 8

3 Définitions et abréviations .............................................................................................. 10

3.1 Définitions............................................................................................................. 10

3.2 Abréviations .......................................................................................................... 14

4 Collectrons – caractéristiques générales......................................................................... 16

5 Structure mécanique et caractéristiques ......................................................................... 18

6 Caractéristiques électriques et nucléaires....................................................................... 22

7 Recommandations pour les applications ......................................................................... 24

7.1 Carte de flux neutronique, surveillance et contrôle du coeur .................................. 24

7.2 Régulation ............................................................................................................ 26

7.3 Protection du coeur ............................................................................................... 26

7.4 Classification ........................................................................................................ 26

8 Recommandations pour la conception ............................................................................ 26

8.1 Bruit de fond ......................................................................................................... 26

8.2 Temps de réponse ................................................................................................ 26

8.3 Durée de vie ......................................................................................................... 28

8.4 Construction mécanique et câblage ....................................................................... 28

9 Méthodes d’essai ........................................................................................................... 28

9.1 Essais sur un prototype......................................................................................... 28

9.2 Essais de fin de fabrication ................................................................................... 30

10 Etalonnage d’un détecteur.............................................................................................. 30

10.1 Etalonnage absolu ................................................................................................ 30

10.2 Etalonnage par comparaison ................................................................................. 32

10.3 Calibration en-coeur.............................................................................................. 32

10.4 Procédure de calibration ....................................................................................... 32

10.5 Recommandations pour la périodicité de la calibration........................................... 34

Annexe A (informative) Principes du collectron ..................................................................... 36

A.1 Mécanismes qui conditionnent la réponse d'un collectron............................................. 36

A.1.1 Désintégration bêta (réponse retardée) ............................................................ 36

A.1.2 Capture neutronique (réponse prompte) ........................................................... 36

A.1.3 Effet photoélectrique (réponse prompte)........................................................... 36

A.1.4 Effet Compton (réponse prompte) .................................................................... 38

---------------------- Page: 4 ----------------------
61468  IEC:2000 – 3 –
CONTENTS
Page

FOREWORD .......................................................................................................................... 7

Clause

1 Scope and object ............................................................................................................. 9

2 Normative references ....................................................................................................... 9

3 Definitions and abbreviations.......................................................................................... 11

3.1 Definitions............................................................................................................. 11

3.2 Abbreviations ........................................................................................................ 15

4 Self-powered neutron detectors – General characteristics............................................... 17

5 Mechanical structure and characteristics ........................................................................ 19

6 Nuclear and electrical characteristics.............................................................................. 23

7 Application recommendations......................................................................................... 25

7.1 Fluence rate mapping – core monitoring and surveillance ...................................... 25

7.2 Feedback control .................................................................................................. 27

7.3 Core protection ..................................................................................................... 27

7.4 Classification ........................................................................................................ 27

8 Design recommendations ............................................................................................... 27

8.1 Background noise ................................................................................................. 27

8.2 Time response ...................................................................................................... 27

8.3 Lifetime................................................................................................................. 29

8.4 Mechanical design and electrical connection ......................................................... 29

9 Test methods ................................................................................................................. 29

9.1 Prototype testing ................................................................................................... 29

9.2 Production tests .................................................................................................... 31

10 Detector calibration ........................................................................................................ 31

10.1 Absolute calibration............................................................................................... 31

10.2 Comparison calibration.......................................................................................... 33

10.3 In-core calibration ................................................................................................. 33

10.4 Calibration procedure............................................................................................ 33

10.5 Recommended calibration periods......................................................................... 35

Annex A (informative) Self-powered detector principles....................................................... 37

A.1 SPND response mechanisms....................................................................................... 37

A.1.1 Beta decay (delayed response)......................................................................... 37

A.1.2 Neutron capture (prompt response) .................................................................. 37

A.1.3 Photoelectric effect (prompt response) ............................................................. 37

A.1.4 Compton effect (prompt response) ................................................................... 39

---------------------- Page: 5 ----------------------
– 4 – 61468  CEI:2000

A.2 Nature de la réponse d'un collectron............................................................................ 38

A.2.1 Interactions aux neutrons thermiques ............................................................... 38

A.2.2 Interactions gamma.......................................................................................... 38

A.3 Fluence de combustion d'un détecteur ......................................................................... 38

A.4 Caractéristiques fonctionnelles des collectrons ............................................................ 40

A.4.1 Caractéristiques des émetteurs vanadium ........................................................ 40

A.4.2 Caractéristiques des émetteurs cobalt.............................................................. 40

A.4.3 Caractéristiques des émetteurs rhodium........................................................... 40

A.4.4 Caractéristiques des émetteurs argent ............................................................. 42

A.4.5 Caractéristiques des émetteurs platine............................................................. 42

A.4.6 Caractéristiques des émetteurs hafnium........................................................... 42

A.5 Assemblages de collectrons ........................................................................................ 46

A.5.1 Assemblages de collectrons pour réacteurs à eau légère.................................. 46

A.5.2 Assemblages typiques de collectrons pour réacteurs à eau lourde .................... 48

---------------------- Page: 6 ----------------------
61468  IEC:2000 – 5 –

A.2 Nature of SPND response .............................................................................................. 39

A.2.1 Thermal neutron interactions ............................................................................ 39

A.2.2 Gamma interactions ......................................................................................... 39

A.3 Detector burn-up life....................................................................................................... 39

A.4 Self-powered detector operating characteristics.............................................................. 41

A.4.1 Vanadium emitter characteristics...................................................................... 41

A.4.2 Cobalt emitter characteristics ........................................................................... 41

A.4.3 Rhodium emitter characteristics........................................................................ 41

A.4.4 Silver emitter characteristics............................................................................. 43

A.4.5 Platinum emitter characteristics........................................................................ 43

A.4.6 Hafnia emitter characteristics ........................................................................... 43

A.5 Self-powered detector assemblies .................................................................................. 47

A.5.1 Light water reactor self-powered detector assemblies ....................................... 47

A.5.2 Typical heavy water reactor self-powered detector assembly............................. 49

---------------------- Page: 7 ----------------------
– 6 – 61468  CEI:2000
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
CENTRALES NUCLÉAIRES DE PUISSANCE –
INSTRUMENTATION EN-COEUR –
CARACTÉRISTIQUES ET MÉTHODES D'ESSAIS
DES COLLECTRONS
AVANT-PROPOS

1) La CEI (Commission Électrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation composée

de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a pour objet de

favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de

l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes internationales.

Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le

sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en

liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation

Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.

2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure

du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés

sont représentés dans chaque comité d’études.

3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés

comme normes, spécifications techniques, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les Comités

nationaux.

4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de

façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes

nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale

correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.

5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité

n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.

6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire

l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour

responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.

La Norme internationale CEI 61468 a été établie par le sous-comité 45A: Instrumentation des

réacteurs, du comité d'études 45 de la CEI: Instrumentation nucléaire.
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
45A/369/FDIS 45A/379/RVD

Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant

abouti à l'approbation de cette norme.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 3.
L’annexe A est donnée uniquement à titre d’information

Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant 2004. A cette

date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
---------------------- Page: 8 ----------------------
61468  IEC:2000 – 7 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
NUCLEAR POWER PLANTS –
IN-CORE INSTRUMENTATION –
CHARACTERISTICS AND TEST METHODS
OF SELF-POWERED NEUTRON DETECTORS
FOREWORD

1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising

all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote

international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To

this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is

entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may

participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising

with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International Organization

for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the two

organizations.

2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an

international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation

from all interested National Committees.

3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form

of standards, technical specifications, technical reports or guides and they are accepted by the National

Committees in that sense.

4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International

Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any

divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly

indicated in the latter.

5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any

equipment declared to be in conformity with one of its standards.

6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject

of patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

International Standard IEC 61468 has been prepared by subcommittee 45A: Reactor
instrumentation, of IEC technical committee 45: Nuclear instrumentation.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
45A/369/FDIS 45A/379/RVD

Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on

voting indicated in the above table.

This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 3.

Annex A is for information only.

The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until

2004. At this date, the publication will be
• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
---------------------- Page: 9 ----------------------
– 8 – 61468  CEI:2000
CENTRALES NUCLÉAIRES DE PUISSANCE –
INSTRUMENTATION EN-COEUR –
CARACTÉRISTIQUES ET MÉTHODES D'ESSAIS
DES COLLECTRONS
1 Domaine d'application et objet

La présente Norme internationale est applicable aux détecteurs en-coeur et à l’instrumentation

associée, conçus pour des fonctions importantes pour la sûreté: la protection, le contrôle et

l’information. Elle se limite aux caractéristiques et méthodes d’essais pour les collectrons. Les

collectrons peuvent être utilisés pour mesurer un débit de fluence neutronique (flux) et la

distribution spatiale de puissance des réacteurs nucléaires. Cette norme précise les exigences

et les recommandations, et donne des conseils pour sélectionner un type de collectrons et les

caractéristiques des collectrons pour différentes applications possibles.

Concernant les principes de conception générale d’une installation et du système de contrôle

commande pour la mesure du débit de fluence neutronique, il convient de se référer aux

principes généraux des systèmes d'instrumentation nucléaire conformément aux codes et

guides de sûreté de l’AIEA, ainsi qu’à la CEI 61513.
2 Références normatives

Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence

qui y est faite, constituent des dispositions valables pour la présente Norme internationale.

Pour les références datées, les amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications

ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes aux accords fondés sur la présente

Norme internationale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les éditions les plus

récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la

dernière édition du document normatif en référence s’applique. Les membres de la CEI et de

l'ISO possèdent le registre des Normes internationales en vigueur.

CEI 60050(394):1995, Vocabulaire Electrotechnique International (VEI) – Chapitre 394:

Instrumentation nucléaire: Instruments

CEI 60515:1975, Détecteurs de rayonnement pour l’instrumentation et la protection des

réacteurs nucléaires: caractéristiques et méthodes d’essai

CEI 60568:1977, Appareillage de mesure du débit de fluence neutronique dans le coeur des

réacteurs de puissance

CEI 61226:1993, Centrales nucléaires – Systèmes d’instrumentation et de contrôle-commande

importants pour la sûreté – Classification

CEI 61513, Centrales nucléaires de puissance – Contrôle-commande des systèmes importants

pour la sûreté – Prescriptions générales pour les systèmes
___________
A publier.
---------------------- Page: 10 ----------------------
61468  IEC:2000 – 9 –
NUCLEAR POWER PLANTS –
IN-CORE INSTRUMENTATION –
CHARACTERISTICS AND TEST METHODS
OF SELF-POWERED NEUTRON DETECTORS
1 Scope and object

This International Standard applies to in-core neutron detectors and instrumentation which are

designed for purposes important to safety: protection, control and information. It is restricted to

characteristics and test methods for self-powered neutron detectors (SPNDs). Self-powered

neutron detectors can be used for neutron fluence rate (flux) measurements and spatial power

measurements in nuclear reactors. This standard gives requirements, recommendations and

guidance on selection of the type and characteristics of SPNDs for different possible

applications of SPNDs.

For the principles of overall plant and I&C system design and the purpose of neutron fluence

rate measurements, reference should be made to general principles of nuclear reactor

instrumentation according to IAEA Codes and Safety Guides and IEC 61513.
2 Normative references

The following normative documents contain provisions which, through reference in this text,

constitute provisions of this International Standard. For dated references, subsequent

amendments to, or revisions of, any of these publications do not apply. However, parties to

agreements based on this International Standard are encouraged to investigate the possibility

of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated

references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of IEC

and ISO maintain registers of currently valid International Standards.

IEC 60050(394):1995, International Electrotechnical Vocabulary (IEV) Chapter 394: Nuclear

Instrumentation: Instruments

IEC 60515:1975, Radiation detectors for the instrumentation and protection of nuclear reactors;

characteristics and test methods

IEC 60568:1977, In-core instrumentation for neutron fluence rate (flux) measurements in power

reactors

IEC 61226:1993, Nuclear power plants – Instrumentation and control systems important for

safety – Classification

IEC 61513, Nuclear power plants – Instrumentation and control for systems important to safety

– General requirements for systems
___________
To be published.
---------------------- Page: 11 ----------------------
– 10 – 61468  CEI:2000
3 Définitions et abréviations
3.1 Définitions

Pour les besoins de la présente norme, les définitions suivantes sont applicables.

3.1.1
compensation par câble de bruit de fond ou conducteur de compensation
(du signal d’un collectron)

méthode utilisée pour corriger le signal issu d’un collectron en retranchant la contribution du

bruit de fond. Cette correction est généralement obtenue en plaçant un détecteur de bruit de

fond dans l’assemblage ou en utilisant un détecteur équipé d’une deuxième âme pour la

compensation (voir figure 3)
3.1.2
désintégration bêta

processus de désintégration au cours duquel le nombre de masse A reste inchangé alors que

le numéro atomique Z est modifié. Les processus comprennent l'émission d'un électron

– +

(désintégration β ), la capture d'un électron, et l'émission d'un positron (désintégration β )

3.1.3
combustion

appauvrissement ou réduction du nombre d’atomes lorsque ceux-ci sont exposés à un débit de

fluence neutronique thermique pendant une certaine durée, à cause de leur transformation en

d'autres radio-isotopes
3.1.4
fluence de combustion (d’un détecteur de neutrons)

fluence estimée de neutrons d'une distribution énergétique donnée, pour laquelle la quantité de

matière sensible consommée est telle que les caractéristiques du détecteur se situent hors des

tolérances spécifiées pour une application déterminée [VEI 394-18-30]
3.1.5
section efficace de capture

mesure de la probabilité d'une collision ou d'un processus d'interaction, défini comme la

surface effective présentée par les particules de la cible vis à vis des particules incidentes pour

ce processus
3.1.6
effet Compton

collision élastique simple dans laquelle un photon d'une énergie E = hν entre en col

...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.