On Linearity of Response (of Neutron Detection Systems)

Tato práce je zaměřena na hodnocení kvality a věrohodnosti neutronových detekčních systémů používaných pro reaktorové experimenty a měření. Práce shrnuje výsledky dlouhodobého sledování různých neutronových detekčních systémů (NDS) při experimentech na školním reaktoru VR-1 (ČVUT v Praze). Přímé hodnocení linearity odezvy NDS je založeno na dvou experimentálních metodách, které využívají jaderný reaktor jako v širokém rozsahu výkonu regulovatelný zdroj neutronů. Protože reaktor je provozován v ručním režimu tak nejsou získané údaje ovlivněny vlastnostmi řídícího systému reaktoru, kterému však nadále zůstává bezpečnostní funkce. Metoda srovnávací vychází ze vzájemného porovnání odezvy dvou, resp. více NDS v různých statických a dynamických podmínkách provozu reaktoru. Druhá metoda je založena na vyhodnocení reaktivity stanovené reaktimetrem z odezvy vlastního NDS a využívá poznatků o chování jaderného reaktoru malého výkonu. Tato metoda vedla k nalezení měřitelné zpětné vazby reaktoru VR-1. Metody byly i aplikovány pro stanovení parametrů neutronové instrumentace řídícího systému reaktoru. Umožnily stanovit i reakční dobu řídícího systému. Pro hodnocení odezvy ultralineárních NDS byly rozvinuty nepřímé metody založené na jednogrupové bodové kinetice jaderného reaktoru a poruchové teorii. Dosažená přesnost měření integrální kalibrační křivky regulační tyče Dynamickou metodou pak umožnila studium vzájemných interferencí různých prvků v AZ reaktoru nebo stanovení průběhu rychlosti při jejím pádu. Ukázalo se, že jednogrupová bodová kinetika jaderného reaktoru a poruchová teorie je vhodným modelem popisujícím chování reaktoru VR-1 při měření s běžnými NDS. Použití ultralineárního NDS s reaktimetrem pak přineslo možnost posouzení platnosti teoretických předpokladů a míry jejich narušení. Vyvinuté postupy byly ověřovány i na výzkumných reaktorech LR-0 (Centrum výzkumu Řež) a TRIGA Mark-II (TU Wien). KlíčováThis work is focused on the quality and reliability assessment of neutron detection systems (NDS´s) used for reactor experiments and measurements. The work summarizes the results of long-term monitoring of different NDS's in experiments at the training VR-1 reactor (CTU in Prague). Direct evaluation of the linearity response of the NDS is based on two methods utilizing the nuclear reactor as a regulated wide range neutron source. However, both methods are independent of a reactor control system running merely as a safety system. The first comparative method is based on a mutual comparison of two or more NDS's in multifarious static and dynamic conditions during the operation of the reactor. The second method is based on the evaluation of the reactivity by a reactimeter from the NDS response. It is derived from knowledge of low power reactor behaviour. This method led to finding of measurable a VR-1 reactor negative feedback. Both methods were applied for the determination of the parameters of a neutron instrumentation of the reactor control system. It allowed to determine the response time of the control system. For evaluation of ultra-linear NDS´s response, was developed an indirect method based on one group point kinetics of nuclear reactor and disturbance theory. The achieved accuracy of rod drop measurement and integral reactivity worth of the control rod by Drive-Insertion method then allowed to, e.g., an analysis of mutual interference of different elements in the reactor core, or the velocity course determination of the control rod during its drop. It appeared that the one group point kinetics and disturbance theory has been the appropriate model describing the reactor VR-1 behaviour in case of conventional NDS´s application. The use of the ultra-linear NDS with the reactimeter offers validation of theoretical assumptions and determination of their disruption extent. Additionally, the developing procedures were tested on the research reactors LR-0 (Research Centre Rez) and TRIGA Mark-II (TU Wien).katedra jaderných reaktor