Sistemas multiplicativos subcríticos foram, por muito tempo, pouco estudados, de modo que sua descrição teórica permanece com muitas questões em aberto. A presente Tese apresenta o um reatímetro subcrítico, um software desenvolvido em LabVIEWTM capaz de medir as mudanças no fluxo de nêutrons em regime subcrítico e de transformar este sinal em reatividade. A principal vantagem de um dispositivo como este é aumento da precisão das medidas de reatividade. É sabido que reatímetros convencionais não são capazes de operar em regime subcrítico nem de descrever a dinâmica de sistemas multiplicativos nessas condições, pela própria estrutura das equações de cinética pontual clássicas em que são baseados. Diversas teorias têm sido propostas para descrever a física de sistemas subcríticos, no entanto, a maior parte envolve parâmetros extremamente complexos para serem aplicados em situações práticas. A teoria de Gandini difere das outras por ser baseada em parâmetros simples, o que a torna a escolha mais conveniente para o desenvolvimento de um reatímetro subcrítico e suas aplicações. Desta maneira, o reatímetro subcrítico desenvolvido é baseado na teoria de cinética de sistemas subcríticos de Gandini e em resultados experimentais, de altíssima qualidade e relevância, alcançados no próprio IPEN/MB-01. Deve-se destacar que a aplicação de equações de cinética específicas para sistemas subcríticos é um fato inédito no desenvolvimento de reatímetros e apenas desta maneira a reatividade pode ser estimada com precisão neste regime. O presente estudo é especialmente focado na aplicação em reatores de fissão, o qual poderá se utilizado em inúmeros experimentos em reatores de pesquisa. Portanto, o presente trabalho tem relevância tanto teórica quanto prática, já que discute um ponto fundamental da física de reatores nucleares. / Multiplying subcritical systems were for a long time, poorly studied, and its theoretical description remains with plenty open questions. This Thesis presents a subcritical reactivity meter, a software developed in LabVIEWTM capable of measuring changes in neutron flux in subcritical regime and to transform this signal into reactivity. The main advantage of such device is the increase in accuracy of reactivity measurements. It is known that conventional reactivity meters cannot operate in subcritical regime nor describe the dynamics of multiplying systems under these conditions by the very structure of classical point kinetics equations. Many theories have been proposed to describe subcritical systems but most involve very complex parameters to be applied in practical situations. Gandini\'s theory differs from others by being based on simple parameters, being considered the most convenient choice to be made for the development of a reactivity meter and its applications. The developed subcritical reactivity meter was based on the Gandini\'s subcritical kinetic theory and on experimental results, of high quality and relevance, achieved at the IPEN/MB-01 reactor. It should be highlighted that the utilization of specific kinetic equations for subcritical systems is an unprecedented event in the development of reactivity meters and only by this manner the reactivity can be precisely estimated in this regime. The present study is mainly addressed to fission reactors, and it could be employed in numerous experiments in research reactors. Therefore, this work has a theoretical and practical relevance, since it discusses a fundamental point of the nuclear reactor physics.

Sistemas multiplicativos subcríticos foram, por muito tempo, pouco estudados, de modo que sua descrição teórica permanece com muitas questões em aberto. A presente Tese apresenta o um reatímetro subcrítico, um software desenvolvido em LabVIEWTM capaz de medir as mudanças no fluxo de nêutrons em regime subcrítico e de transformar este sinal em reatividade. A principal vantagem de um dispositivo como este é aumento da precisão das medidas de reatividade. É sabido que reatímetros convencionais não são capazes de operar em regime subcrítico nem de descrever a dinâmica de sistemas multiplicativos nessas condições, pela própria estrutura das equações de cinética pontual clássicas em que são baseados. Diversas teorias têm sido propostas para descrever a física de sistemas subcríticos, no entanto, a maior parte envolve parâmetros extremamente complexos para serem aplicados em situações práticas. A teoria de Gandini difere das outras por ser baseada em parâmetros simples, o que a torna a escolha mais conveniente para o desenvolvimento de um reatímetro subcrítico e suas aplicações. Desta maneira, o reatímetro subcrítico desenvolvido é baseado na teoria de cinética de sistemas subcríticos de Gandini e em resultados experimentais, de altíssima qualidade e relevância, alcançados no próprio IPEN/MB-01. Deve-se destacar que a aplicação de equações de cinética específicas para sistemas subcríticos é um fato inédito no desenvolvimento de reatímetros e apenas desta maneira a reatividade pode ser estimada com precisão neste regime. O presente estudo é especialmente focado na aplicação em reatores de fissão, o qual poderá se utilizado em inúmeros experimentos em reatores de pesquisa. Portanto, o presente trabalho tem relevância tanto teórica quanto prática, já que discute um ponto fundamental da física de reatores nucleares. / Multiplying subcritical systems were for a long time, poorly studied, and its theoretical description remains with plenty open questions. This Thesis presents a subcritical reactivity meter, a software developed in LabVIEWTM capable of measuring changes in neutron flux in subcritical regime and to transform this signal into reactivity. The main advantage of such device is the increase in accuracy of reactivity measurements. It is known that conventional reactivity meters cannot operate in subcritical regime nor describe the dynamics of multiplying systems under these conditions by the very structure of classical point kinetics equations. Many theories have been proposed to describe subcritical systems but most involve very complex parameters to be applied in practical situations. Gandini\'s theory differs from others by being based on simple parameters, being considered the most convenient choice to be made for the development of a reactivity meter and its applications. The developed subcritical reactivity meter was based on the Gandini\'s subcritical kinetic theory and on experimental results, of high quality and relevance, achieved at the IPEN/MB-01 reactor. It should be highlighted that the utilization of specific kinetic equations for subcritical systems is an unprecedented event in the development of reactivity meters and only by this manner the reactivity can be precisely estimated in this regime. The present study is mainly addressed to fission reactors, and it could be employed in numerous experiments in research reactors. Therefore, this work has a theoretical and practical relevance, since it discusses a fundamental point of the nuclear reactor physics.

Accelerator-driven systems have been proposed for incineration of transuranic elements from spent nuclear fuel. For safe operation of such facilities, a robust method for reactivity monitoring is required. Experience has shown that the performance of reactivity measurement methods in terms of accuracy and applicability is highly system dependent. Further investigations are needed to increase the knowledge data bank before applying the methods to an industrial facility and to achieve license to operate such a facility. In this thesis, two systems have been subject to investigation of various reactivity measurement methods. Conditions for successful utilization of the methods are presented, based on the experimental experience. In contrast to previous studies in this field, the reactivity has not only been determined, but also monitored based on the so called beam trip methodology which is applicable also to non-zero power systems. The results of this work constitute a part of the knowledge base for the definition of a validated online reactivity monitoring methodology for facilities currently being under development in Europe (XT-ADS and EFIT). / QC 20100621