IEC 61468:2000/AMD1:2003

Amendment 1 - Nuclear power plants - In-core instrumentation - Characteristics and test methods of self-powered neutron detectors

Amendment 1

Amendement 1 - Centrales nucléaires de puissance - Instrumentation en-coeur - Caractéristiques et méthodes d'essais des collectrons

Amendement 1

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 15-Jun-2003
• ICS: 01 - GENERALITIES. TERMINOLOGY. STANDARDIZATION. DOCUMENTATION
• ICS: 27.120.20 - Nuclear power plants. Safety
• Technical Committee: SC 45A - Instrumentation, control and electrical power systems of nuclear facilities
• Current Stage: DELPUB - Deleted Publication
• Completion Date: 26-Apr-2021

Relations

• Amends: IEC 61468:2000 - Nuclear power plants - In-core instrumentation - Characteristics and test methods of self-powered neutron detectors
• Effective Date: 05-Sep-2023
• Revised: IEC 61468:2021 - Nuclear power plants - Instrumentation systems important to safety - In-core instrumentation: Characteristics and test methods of self-powered neutron detectors
• Effective Date: 05-Sep-2023

Standards Content (Sample)

NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
INTERNATIONAL
STANDARD
AMENDEMENT 1
AMENDMENT 1
2003-06
Amendement 1
Centrales nucléaires de puissance –
Instrumentation en-coeur –
Caractéristiques et méthodes
d'essais des collectrons
Amendment 1
Nuclear power plants –
In-core instrumentation –
Characteristics and test methods
of self-powered neutron detectors
 IEC 2003 Droits de reproduction réservés  Copyright - all rights reserved
International Electrotechnical Commission, 3, rue de Varembé, PO Box 131, CH-1211 Geneva 20, Switzerland
Telephone: [phone] Telefax: [phone] E-mail: [e-mail]  Web: www.iec.ch
CODE PRIX
N
Commission Electrotechnique Internationale
PRICE CODE
International Electrotechnical Commission
Международная Электротехническая Комиссия
Pour prix, voir catalogue en vigueur
For price, see current catalogue

– 2 – 61468 Amend.1  CEI:2003
AVANT-PROPOS
Le présent amendement a été établi par le sous-comité 45A: Instrumentation des réacteurs,
du comité d'études 45 de la CEI: Instrumentation nucléaire.
Le texte de cet amendement est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
45A/485/FDIS 45A/489/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cet amendement.
Le comité a décidé que le contenu de la publication de base et de ses amendements ne sera
pas modifié avant 2004. A cette date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
_____________
Page 2
SOMMAIRE
Ajouter, à la page 4, le titre de l’Annexe B comme suit:
Etat de l’art relatif aux collectrons dans les réacteurs de conception russe (VVER et RBMK)
Page 56
Ajouter, après l’Annexe A, le texte de l’Annexe B comme suit:
Annexe B
(informative)
Etat de l’art relatif aux collectrons dans les réacteurs de conception russe
(VVER et RBMK)
B.1 Champs d’application
La présente annexe s’inspire du développement, de la fabrication et de l’utilisation des
collectrons dans les réacteurs électronucléaires russes. Le collectron est étudié en tant que
dispositif électrotechnique de mesure et de surveillance. Les exigences concernant les
caractéristiques électriques des collectrons s'entendent pour un schéma de circuit type. Cette
approche justifie l’utilisation des collectrons aux températures élevées qui caractérisent
l’environnement en-coeur d’un réacteur de puissance.

61468 Amend. 1  IEC:2003 – 3 –
FOREWORD
This amendment has been prepared by subcommittee 45A: Reactor instrumentation, of IEC
technical committee 45: Nuclear instrumentation.
The text of this amendment is based on the following documents:
FDIS Report on voting
45A/485/FDIS 45A/489/RVD
Full information on the voting for the approval of this amendment can be found in the report
on voting indicated in the above table.
The committee has decided that the contents of the base publication and its amendments will
remain unchanged until 2004. At this date the publication will be
• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
_____________
Page 3
CONTENTS
Add, on page 5, the title of Annex B as follows :
State of the art of SPNDs on Russian designed reactors (VVER and RBMK)
Page 57
Add, after Annex A, the text of Annex B as follows :
Annex B
(informative)
State of the art of SPNDs on Russian designed reactors
(VVER and RBMK)
B.1 Scope
This annex is based on the development, manufacture and use of SPNDs in Russian power
reactors. The SPND is examined as an electrotechnical device intended for measurement and
monitoring purposes. Requirements of electrical characteristics are given on the basis of a
typical SPND circuit diagram. This approach substantiates the use of SPNDs at high
temperatures typical of the in-core environment in power reactors.

– 4 – 61468 Amend.1  CEI:2003
Une équation décrivant le courant du collectron a été mise au point afin de déterminer le flux
neutronique dans les collectrons à activation, sans retard au niveau du temps de réponse.
L’utilisation de collectrons rhodium pour les mesures ou pour le contrôle automatique et la
protection permet une simplification importante du système de mesure, tout en améliorant sa
précision.
La partie traitant des caractéristiques du collectron a été enrichie. Lors du calcul de
l'épuisement, il est possible de montrer que la prise en compte de la dépression du flux
neutronique dans l’émetteur permet de réduire l'épuisement d’un facteur de 1,5 à 2. Un critère
représentant la valeur maximale d’erreur de mesure admissible a été incorporé au calcul de
durée de vie.
Figure également une partie traitant des “erreurs de mesure”. Le collectron étant un appareil
de mesure et de surveillance, il est souhaitable de réduire les erreurs de mesure au minimum.
Cette annexe comporte un ensemble de recommandations concernant la conception, les
essais, l’étalonnage et l’application, ceci afin de permettre à l’utilisateur d’optimiser les
caractéristiques métrologiques et opérationnelles du collectron. Des plans d'ensembles
collectron utilisés en Russie sont fournis pour des réacteurs de type VVER et RBMK.
B.2 Mécanismes de génération de signaux des détecteurs de collectron
R
s
i
le i
r l
R
C
l
i i
0 cl
IEC  1697/03
r   résistance d’isolement du collectron
R résistance série de l’âme du collectron et du câble de transmission du signal vers l’appareil de mesure
s
R résistance de charge (appareil de mesure)
l
С capacité totale du collectron et du câble de transmission du signal vers l’appareil de mesure
i courant primaire de l'émetteur
i courant de charge (appareil de mesure)
l
i courant du câble de transmission du signal collectron
cl
i courant de fuite
le
Figure B.1 – Représentation du circuit typique d’un détecteur collectron
Le signal utile du collectron, dont le schéma de principe est représenté par la Figure B.1, est
obtenu par l'application de l’équation suivante:
i =()i + i × r(r + R + R)
l 0 cl s l
61468 Amend. 1  IEC:2003 – 5 –
An equation of SPND current has been developed to demonstrate neutron flux monitoring for
activation type SPNDs without a delay in response time. The use of activation type rhodium
SPNDs either for measurement or for automatic control and protection can substantially
simplify the measurement system and provide improved accuracy.
The section of SPND characteristics is complemented. During determination of burn-up, it can
be shown that taking into account the depression of neutron flux in the emitter reduces the
burn-up by factors of 1,5 to 2. The criterion of maximum permissible value of measurement
error is introduced during determination of service life.
A section covering "measurement errors" is also presented as SPND detectors are used for
measurement and monitoring so that the minimization of measurement error is desirable.
Recommendations on design, tests, calibration and application are provided for the user to
optimize the metrological and operational SPND characteristics. Designs of assemblies being
used in Russia are shown for both VVER and RBMK type power reactors.
B.2 Mechanisms of signal generation by SPND detectors
R
s
i
i
le
l
r
R
C l
i i
0 cl
IEC  1697/03
r  SPND insulation resistance
R in-series resistance of SPND lead wires and signal wire from SPND to measuring device
s
R load resistance (measuring device)
l
С  total capacity of SPND detector and signal wire to measuring device
i emitter’s primary current
i  load current (measuring device)
l
i current of SPND signal wire
cl
i leak current
le
Figure B.1 – Circuit representation of a typical SPND detector
The useful signal of the SPND which diagram principle is presented in Figure B.1 is obtained
using the following equation
i = (i + i ) × r / (r + R + R )
l 0 cl s l
– 6 – 61468 Amend.1  CEI:2003
Il existe différents types de collectrons:
a) Les collectrons de type Compton
Ces collectrons exploitent la présence des électrons Compton et des photoélectrons créés
lors de l’interaction du quantum gamma de la capture radioactive avec les matériaux de
l’émetteur. Si l’on considère le processus de génération du courant, les collectrons
Compton n'entraînent pas de retard du temps de réponse par rapport à la densité du flux
neutronique.
b) Les collectrons à activation
Le processus de génération du courant dans les collectrons à activation est défini par la
capture radioactive avec formation puis désintégration d’un nucléide bêta. Le courant ainsi
généré est l’une des composantes d’activation du courant produit par un collectron à
activation (i ).
act
Les électrons Compton et les photoélectrons créent dans les collectrons à activation la
composante Compton (instantanée) du courant (i ). Typiquement, cette composante
nγ
correspond à environ 5 % à 10 % du courant bêta. L’équation définissant le courant induit
(i )créé par les neutrons dans le détecteur du collectron à rhodium est la suivante:
n
η()λ + λ η 2
 
λ + λ η
di d i
1 nγ 1 2 dϕ nγ d ϕ
1 2 n n 1а
 
i + × + × = η ϕ + + + ×
n n
2 2
λ × λ dt λ × λ λ × λ λ dt λ × λ
 
1 2 1 2 dt 1 2 2 1 2 dt
 
où
–2. –1
ϕ est la densité du flux neutronique à l’emplacement du détecteur (m s );
. 2.
η est la sensibilité aux neutrons du détecteur (A m s);
n
. 2.
η est la composante instantanée de la sensibilité aux neutrons (A m s);
nγ
η est la composante d’activation de la sensibilité aux neutrons déterminée par la
1а
. 2.
génération directe de Rh (A m s);
104 –1
λ est la constante de désintégration du nucléide Rh (s );
104 m –1
λ est la constante de désintégration du nucléide Rh (s );
λ = 0,693/T ;
1/2
T est la période ou la demi-vie du nucléide;
1/2
t est le temps.
Les équations mises au point pour les collectrons à rhodium permettent de déterminer la
densité du flux neutronique quasiment sans retard du temps de réponse. Dans les faits, on
utilise à la fois des méthodes de résolution analogiques et numériques.
B.3 Principales caractéristiques du collectron
Les principales caractéristiques du collectron sont les suivantes.
a) Réponse neutronique du collectron
Elle peut être exprimée par l'équation suivante:

η e × f × N × σ
=
où
e est la charge de l’électron;
f est un coefficient permettant d’intégrer la perturbation du flux neutronique par le
détecteur, l’absorption des β, les électrons Compton et les photoélectrons dans
les matériaux de l’émetteur et de l’isolant, l’absorption des γ provoqués par la
capture radioactive dans les matériaux de l’émetteur et de l’isolant; cette valeur
correspond à une fraction des neutrons contribuant au courant du collectron
résultant de l’interaction avec le matériau de l’émetteur;

61468 Amend. 1  IEC:2003 – 7 –
The types of SPNDs are:
a) Compton-type SPNDs
These detectors make use of Compton and photo-electrons born during interaction of
gamma-quanta of radiation capture with emitter’s material. The current of Compton-type
SPND detectors has no delay in response time in respect to the neutron flux density, if we
consider the basic current generation process.
b) Activation-type SPNDs
The basic current generation process in activation-type SPNDs is defined by radiation
capture with formation and subsequent disintegration of a beta-nuclide. The current that is
generated due to this process is an activation component of the activation-type SPND
current (i ).
act
Compton and photo-electrons create in activation SPNDs the Compton (prompt)
component of the activation SPND current (i ). Usually it represents about 5 % to 10 % of
nγ
the beta-particles current. The equation of Rh-SPND detector’s neutron induced current
(i ) is as follows:
n
 η()λ + λ  η 2
λ + λ di d i η
1 nγ 1 2 dϕ nγ d ϕ
1 2 n n 1а
 
i + × + × = η ϕ + + + ×
n n
2 2
λ × λ dt λ × λ  λ × λ λ  dt λ × λ
1 2 1 2 dt 1 2 2 1 2 dt
 
where
–2. –1
ϕ is the neutron flux density in the detector’s location place (m s );
. 2.
η is the detector’s neutron sensitivity (A m s);
n
. 2.
η is the prompt component of neutron sensitivity (A m s);
nγ
η is the activation component of neutron sensitivity determined by Rh direct
1а 104
. 2.
generation (A m s);
104 –1
λ is the Rh nuclide disintegration constant (s );
104 m –1)
λ is the Rh nuclide disintegration constant (s ;
λ = 0,693/T ;
1/2
T is the nuclide’s half-life;
1/2
t is the time
Equations developed for Rh-SPND make possible determination of neutron flux density
virtually without delay in response time. In practice, both analog and digital methods of
solving the equations are used.
B.3 SPND main characteristics
The main SPND characteristics are the following.
a) SPND neutron response
It can be represented by the following equation:
η e × f × N × σ
=
where
е is the electron charge;
f is a coefficient which takes into account perturbation of the neutron flux by the
detector, absorption of β-particles, Compton and photoelectrons in emitter’s and
insulator’s material, absorption of γ which is the quanta of radiation captured in the
emitter’s and insulator’s material; it is equal to a fraction of the neutrons contributing to
the SPND current as a result of interaction with the emitter’s material;

– 8 – 61468 Amend.1  CEI:2003
N est le nombre d’atomes de l’élément sensible aux neutrons par unité de volume
de l’émetteur;
σ est la section de capture radioactive.
b) Modification de la réponse du collectron (épuisement)
On peut exprimer le taux de réduction du nombre de noyaux de l’émetteur à la suite d’une
réaction nucléaire de la manière suivante:

dN/dt = f × N × σ × φ
n
où f est le coefficient traduisant la perturbation du flux neutronique par le détecteur.
n
La variation de réponse est fonction de la charge électrique (q) générée par le collectron:

dη/dq = f ×σ. Il est pratique d’utiliser le taux de variation de la réponse comme valeur
n
initiale de la réponse: В = dη / (η dq).
c) La reproductibilité de la réponse initiale (δ )
Elle correspond à l'écart de la réponse (∆η ) par rapport à la valeur nominale sur la valeur
nominale de réponse:
δ = ∆η / η
0 0 0
d) Réponse-gamma (η )
γ
C’est le courant généré par le collectron dans un champ gamma à un débit de dose
unitaire:
η i / P
=
γ γ
où P est le débit de dose.
e) Courant du câble de transmission
C’est le courant généré suite à l’interaction du rayonnement ionisant du réacteur avec le
câble de transmission. Les courants produits dans le câble comprennent les composantes
liées aux neutrons, aux électrons et rayonnements gamma.
f) Retard du temps de réponse
Des techniques de mesure ont été mises au point avec des collectrons à activation afin de
mesurer la densité du flux neutronique sans reta
...