Dans les réacteurs nucléaires, la puissance thermique produite par les fissions nucléaires est proportionnelle au niveau du flux neutronique . Par conséquent, du point de vue de la sécurité du réacteur, il est de la plus haute importance de mesurer et de contrôler le flux de neutrons et la distribution spatiale du flux de neutrons dans le réacteur correctement et par une instrumentation appropriée. A cet effet, diverses instrumentations nucléaires sont installées. Ces mesures sont généralement effectuées à l’extérieur du cœur du réacteur, mais il existe également des mesures effectuées à l’intérieur du cœur. Par conséquent, les instrumentations nucléaires sont généralement classées comme:
Les deux systèmes sont basés sur la détection de neutrons . Mais il existe des centrales électriques qui mesurent la puissance thermique à l’aide de la surveillance de la puissance de l’azote 16. Une surveillance de puissance N-16 présente plusieurs avantages par rapport aux mesures de puissance ΔT et excore. Le système basé sur cette méthode surveille la puissance thermique du NSSS (Nuclear Steam Supply System) en détectant le niveau d’ azote-16 présent dans le système de refroidissement. L’azote-16 est un isotope de l’azote généré par l’ activation neutronique de l’oxygène contenu dans l’eau. Il a une courte demi-vie de 7,1 secondes et il se désintègre via la désintégration bêta . Cette décroissance s’accompagne d’une émission de rayons gamma très énergétiques(6 MeV), qui peuvent facilement pénétrer la paroi de la tuyauterie haute pression et sont donc facilement mesurables par des chambres à ions situées sur la tuyauterie de la jambe chaude de chaque boucle de liquide de refroidissement.
1 n + 16 O → 1 p + 16 N (réaction d’activation)
16 N → 16 O + β + γ (désintégration radioactive)
Les isotopes de l’azote-16 sont formés par une activation neutronique rapide de l’oxygène-16 contenu dans l’eau. L’activation résulte d’une réaction de seuil nécessitant des neutrons rapides> 10 MeV . La concentration d’azote-16 présente dans le fluide caloporteur primaire est en équilibre radioactif et elle est directement proportionnelle au taux de fission dans le cœur, donc à la puissance du réacteur. Cette activation de l’eau de refroidissement nécessite un blindage biologique supplémentaire autour de la centrale nucléaire. Ce sont les rayons gamma à haute énergie de l’azote-16 qui sont les plus préoccupants. C’est pourquoi l’eau qui a récemment pénétré dans le cœur d’un réacteur nucléaire doit être protégée jusqu’à ce que ce rayonnement disparaisse. Une à deux minutes suffisent généralement.
De même que pour le système d’instrumentation nucléaire Excore, ce système de surveillance N-16 doit également être étalonné . La puissance thermique précise du réacteur ne peut être mesurée que par des méthodes basées sur le bilan énergétique du circuit primaire ou le bilan énergétique du circuit secondaire . Ces méthodes fournissent la puissance de réacteur la plus précise.