RU2652521C2 - Laser system for measuring a steam containment in the heater of nuclear energy reactor - Google Patents
Laser system for measuring a steam containment in the heater of nuclear energy reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2652521C2 RU2652521C2 RU2017109128A RU2017109128A RU2652521C2 RU 2652521 C2 RU2652521 C2 RU 2652521C2 RU 2017109128 A RU2017109128 A RU 2017109128A RU 2017109128 A RU2017109128 A RU 2017109128A RU 2652521 C2 RU2652521 C2 RU 2652521C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- coolant
- laser
- input
- reactor
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 583
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 220
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 93
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 75
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 124
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims description 37
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 54
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 89
- 238000000034 method Methods 0.000 description 60
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 32
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 24
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 24
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 21
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 15
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 15
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 11
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 11
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 10
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 7
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 5
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 4
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 4
- 244000309464 bull Species 0.000 description 4
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 4
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 4
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 3
- 241000046053 Betta Species 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 239000004606 Fillers/Extenders Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000012223 aqueous fraction Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 208000035051 Malignant migrating focal seizures of infancy Diseases 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-NJFSPNSNSA-N Strontium-90 Chemical compound [90Sr] CIOAGBVUUVVLOB-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 241000656145 Thyrsites atun Species 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-OUBTZVSYSA-N Yttrium-90 Chemical compound [90Y] VWQVUPCCIRVNHF-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- WZECUPJJEIXUKY-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[U+6] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[U+6] WZECUPJJEIXUKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000005255 beta decay Effects 0.000 description 1
- 150000001639 boron compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000009365 direct transmission Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 208000012054 malignant migrating partial seizures of infancy Diseases 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000011824 nuclear material Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 230000005258 radioactive decay Effects 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000013558 reference substance Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 229910000439 uranium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21G—CONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
- G21G1/00—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes
- G21G1/02—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes in nuclear reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к атомной энергетике и измерительной лазерной технике и предназначено для оперативного измерения физических характеристик теплоносителя, в частности, измерения паросодержания в теплоносителе в активной зоне ядерных реакторов РБМК и ВВЭР. РБМК - реактор большой мощности канальный (кипящий). ВВЭР - водо-водяной энергетический реактор. Лазерная система осуществляет непрерывное измерение плотности теплоносителя и уровня парообразования в толще теплоносителя в активной зоне ядерного реактора с водным теплоносителем. Это обеспечивает непрерывный контроль уровня парового коэффициента реактивности ядерного реактора с целью предотвращения возможности тепловой перегрузки ядерного реактора и теплового взрыва, аналогичного Чернобыльской аварии.The invention relates to nuclear energy and measuring laser technology and is intended for the operational measurement of the physical characteristics of the coolant, in particular, the measurement of the vapor content in the coolant in the core of RBMK and VVER nuclear reactors. RBMK is a high-power channel (boiling) reactor. VVER - water-water power reactor. The laser system continuously measures the density of the coolant and the level of vaporization in the thickness of the coolant in the core of a nuclear reactor with an aqueous coolant. This provides continuous monitoring of the level of the steam reactivity coefficient of a nuclear reactor in order to prevent the possibility of thermal overload of a nuclear reactor and a thermal explosion similar to the Chernobyl accident.
В водных реакторах типа ВВЭР и РБМК вода, являющаяся теплоносителем, одновременно выполняет функции поглотителя и замедлителя нейтронов. Поэтому физические и химические характеристики теплоносителя определяют режим работы ядерного реактора и являются важным фактором управления ядерным реактором. В реакторе РБМК вода кипит внутри реактора и частично превращается в пар, который имеет меньшую плотность и является худшим замедлителем и поглотителем нейтронов, по сравнению с водой. Поэтому уровень парообразования в теплоносителе в активной зоне ядерного реактора определяет уровень паровой реактивности реактора - так называемый паровой коэффициент реактивности, который является составной частью общей реактивности ядерного реактора. Для эффективного управления ядерным реактором и обеспечения его безопасной работы необходим постоянный контроль паровой реактивности реактора, который может быть обеспечен непрерывным измерением плотности теплоносителя и уровня паросодержания в различных отдельных точках активной зоны ядерного реактора. До настоящего времени такая задача в полной мере не решена. Обеспечивается лишь контроль параметров пара на выходе реакторной установки, что недостаточно, так как характеризует интегральный уровень парообразования в ядерном реакторе. При этом в отдельных областях активной зоны реактора уровень парообразования может превысить допустимые значения, что может привести к положительному паровому коэффициенту реактивности, возникновению положительной обратной связи в реактивности, при которой рост мощности реактора вызывает повышение парообразования и приводит к дальнейшей еще большей мощности реактора. Это приводит к быстрой тепловой перегрузке реактора и может явиться причиной теплового взрыва реактора, как это произошло в Чернобыльской аварии. В ядерных реакторах типа ВВЭР кипение воды в теплоносителе и образование пузырьков пара является недопустимым и свидетельствует об аварийном режиме работы реактора. Поэтому в реакторах ВВЭР предлагаемая система может быть использована в качестве предохранительного устройства, осуществляющего непрерывный мониторинг плотности теплоносителя и оперативно сигнализирующего о возникновении аварийного режима работы ядерного реактора. Таким образом, измерение плотности теплоносителя и уровня парообразования в толще теплоносителя в отдельных областях активной зоны ядерного реактора с высокой точностью и оперативностью является актуальной проблемой и важным фактором управления работой и обеспечения безопасности ядерного реактора.In water reactors of the WWER and RBMK type, water, which is a coolant, simultaneously serves as an absorber and moderator of neutrons. Therefore, the physical and chemical characteristics of the coolant determine the operating mode of a nuclear reactor and are an important factor in controlling a nuclear reactor. In the RBMK reactor, water boils inside the reactor and partially turns into steam, which has a lower density and is the worst moderator and neutron absorber compared to water. Therefore, the level of vaporization in the coolant in the core of a nuclear reactor determines the level of steam reactivity of the reactor - the so-called steam reactivity coefficient, which is an integral part of the total reactivity of a nuclear reactor. For effective control of a nuclear reactor and ensuring its safe operation, constant monitoring of the steam reactivity of the reactor is necessary, which can be ensured by continuous measurement of the density of the coolant and the level of vapor content at various individual points in the core of the nuclear reactor. To date, this problem has not been fully resolved. It provides only control of the parameters of the steam at the outlet of the reactor installation, which is not enough, since it characterizes the integral level of vaporization in a nuclear reactor. Moreover, in certain areas of the reactor core, the level of vaporization can exceed acceptable values, which can lead to a positive steam reactivity coefficient, the appearance of positive feedback in reactivity, in which an increase in reactor power causes an increase in vaporization and leads to further even greater reactor power. This leads to rapid thermal overload of the reactor and can cause a thermal explosion of the reactor, as happened in the Chernobyl accident. In VVER-type nuclear reactors, boiling water in the coolant and the formation of vapor bubbles is unacceptable and indicates an emergency operation of the reactor. Therefore, the proposed system in VVER reactors can be used as a safety device that continuously monitors the density of the coolant and quickly signals the occurrence of an emergency operation of a nuclear reactor. Thus, measuring the density of the coolant and the level of vaporization in the thickness of the coolant in certain areas of the active zone of a nuclear reactor with high accuracy and efficiency is an urgent problem and an important factor in controlling the operation and ensuring the safety of a nuclear reactor.
В настоящее время существует несколько методов определения уровня парообразования при кипении жидкостей и воды. Известен способ и устройство для определения закипания жидкости по патенту РФ №2065604 от 20.08.1996 г. [1]. Способ основан на осуществлении измерения уровня шума в жидкости с использованием ультразвуковых датчиков, а момент закипания и пузырькового кипения определяют по максимальному уровню шума. К недостаткам способа и устройства следует отнести низкую точность и низкую помехозащищенность. Главным недостатком является невозможность использования данных способа и устройства для работы в ядерном реакторе. Известен способ определения пузырькового кипения по патенту РФ №2238547 от 20.10.2004 г. [2]. Способ основан на контроле физической величины, например, проводимости или диэлектрической проницаемости в жидкости, и определении момента закипания по резкому изменению переменной составляющей измеряемой величины посредством датчиков проводимости и датчиков диэлектрической проницаемости, размещаемых в жидкости. К недостаткам данного способа следует отнести невозможность точного определения уровня парообразования и, соответственно, плотности жидкости, а также невозможность использования устройств, реализующих данный способ, в активной зоне ядерного реактора. Известен способ безынерционного контроля паросодержания в теплоносителе ядерного реактора по патенту РФ №2167457 [3]. Способ основан на размещении в теплоносителе коллектора и эмиттера бетта-электронов. Эмиттер выполнен на основе Стронция-90, переходящего при радиоактивном распаде в короткоживущий радиоактивный изотоп Иттрий-90, испускающий при бетта-распаде бетта-электроны. Последние проходят через слой теплоносителя и собираются на коллекторе. Ток с коллектора поступает на предварительный преобразователь и далее на измерительное устройство. По величине тока определяется уровень паросодержания в данном участке теплоносителя. К недостаткам данного способа и реализующего устройства следует отнести низкую точность определения уровня паросодержания вследствие отсутствия информации о точной величине эмиттируемых из эмиттера бетта-электронов в условиях высокого уровня радиации в активной зоне ядерного реактора. Большую сложность также представляет определение (измерение) величины постоянного электрического тока с коллектора и передача этой информации на значительное расстояние в жестких температурных и радиационных условиях, характерных для активной зоны ядерного реактора, при которых невозможно обеспечить непрерывную работу современных электронных измерительных средств. Известны способ и канал обнаружения кипения теплоносителя в активной зоне реактора ВВЭР по патенту РФ №2437176 [4]. Способ включает оценку флуктуаций нейтронного потока, выделение, обработку и оценку сигналов от детекторов нейтронов по всей высоте сборки ТВС, компенсацию помеховых и паразитных сигналов, присутствующих в активной зоне ВВЭР. Канал обнаружения включает детекторы нейтронов, являющихся датчиками прямой зарядки, распределенными по всей высоте контролируемой ТВС, а также содержит располагаемые в активной зоне реактора полосовые фильтры, блоки обработки сигналов. Согласно способу осуществляют регистрацию флуктуаций нейтронного потока на фоне шумов и помех активной зоны реактора, а наличие кипения в теплоносителе определяют по превышению уровня флуктуаций выше некоторого заданного предела. К недостаткам данного способа и реализующего устройства следует отнести низкую точность определения паросодержания теплоносителя, а также низкую достоверность получаемых результатов. Уровень паросодержания определяется косвенным путем по превышению флуктуаций нейтронного потока выше некоторого установленного расчетным путем предела. В то же время определение уровня паросодержания необходимо для того, чтобы своевременно предотвратить именно это недопустимое увеличение флуктуаций мощности реактора, характерное для аварийного режима работы реактора. Можно утверждать, что получаемая в данном способе информация является запоздалой и не обеспечивает в полной мере безопасность работы ядерного реактора. Недостатком устройства, реализующего способ, является размещение измерительных блоков в активной зоне реактора, что существенно снижает точность и достоверность проводимых измерений.Currently, there are several methods for determining the level of vaporization during the boiling of liquids and water. A known method and device for determining the boiling of a liquid according to the patent of the Russian Federation No. 2065604 from 08.20.1996, [1]. The method is based on measuring the noise level in a liquid using ultrasonic sensors, and the moment of boiling and bubble boiling is determined by the maximum noise level. The disadvantages of the method and device include low accuracy and low noise immunity. The main disadvantage is the inability to use the data of the method and device for operation in a nuclear reactor. A known method for determining bubble boiling according to the patent of the Russian Federation No. 2238547 from 10.20.2004, [2]. The method is based on monitoring a physical quantity, for example, conductivity or dielectric constant in a liquid, and determining the moment of boiling by a sharp change in the variable component of the measured value by means of conductivity sensors and dielectric permittivity sensors placed in the liquid. The disadvantages of this method include the inability to accurately determine the level of vaporization and, accordingly, the density of the liquid, as well as the inability to use devices that implement this method in the active zone of a nuclear reactor. A known method of inertialess control of the vapor content in the coolant of a nuclear reactor according to the patent of the Russian Federation No. 2167457 [3]. The method is based on the placement in the coolant of the collector and emitter of betta electrons. The emitter is based on Strontium-90, which, during radioactive decay, transforms into the short-lived radioactive isotope Yttrium-90, which emits beta-electrons during beta decay. The latter pass through the coolant layer and are collected on the collector. The current from the collector is fed to the pre-converter and then to the measuring device. The magnitude of the current determines the level of vapor content in this section of the coolant. The disadvantages of this method and the implementing device include low accuracy in determining the level of vapor content due to the lack of information on the exact value of betta electrons emitted from the emitter under conditions of a high level of radiation in the core of a nuclear reactor. Of great complexity is also the determination (measurement) of the magnitude of the direct electric current from the collector and the transmission of this information to a considerable distance in the harsh temperature and radiation conditions characteristic of the active zone of a nuclear reactor, in which it is impossible to ensure the continuous operation of modern electronic measuring instruments. The known method and channel for detecting the boiling of the coolant in the core of the WWER reactor according to the patent of the Russian Federation No. 2437176 [4]. The method includes evaluating neutron flux fluctuations, isolating, processing, and evaluating signals from neutron detectors over the entire assembly height of the fuel assembly, compensating for interference and spurious signals present in the VVER core. The detection channel includes neutron detectors, which are direct charge sensors distributed over the entire height of the controlled fuel assembly, and also contains bandpass filters located in the reactor core, and signal processing units. According to the method, the neutron flux fluctuations are recorded against the background of noise and interference of the reactor core, and the presence of boiling in the coolant is determined by exceeding the fluctuation level above a certain predetermined limit. The disadvantages of this method and the implementing device include the low accuracy of determining the vapor content of the coolant, as well as the low reliability of the results. The vapor content level is determined indirectly by exceeding the fluctuations of the neutron flux above a certain limit established by calculation. At the same time, the determination of the vapor content level is necessary in order to prevent precisely this unacceptable increase in reactor power fluctuations characteristic of emergency reactor operation in a timely manner. It can be argued that the information obtained in this method is belated and does not fully ensure the safety of a nuclear reactor. The disadvantage of the device that implements the method is the placement of the measuring units in the reactor core, which significantly reduces the accuracy and reliability of the measurements.
Известен способ определения парового коэффициента реактивности на АЭС с реакторными установками типа РБМК по патенту РФ №2136062 [5]. Способ включает контроль процессов изменения нейтронно-физических параметров реакторной установки при изменении расходов питательной воды, при этом отбирают процессы с естественным изменением расходов питательной воды, обусловленные работой автоматических регуляторов уровня воды, и удовлетворяющие условиям стабилизации в течение не менее 2 мин., отсутствие перемещения стержней СУЗ в течение 2 мин., а паровой коэффициент реактивности определяют из отношения возмущения расходов питательной воды к изменению среднего объемного изменения текущего расхода питательной воды. К недостаткам данного способа следует отнести низкую оперативность получения конечной информации о параметрах режима работы реакторной установки, низкую точность и низкую достоверность получаемой оценки паровой реактивности реакторной установки, что обусловлено косвенной оценкой текущего паросодержания, наличием ряда случайных и неконтролируемых факторов, влияющих на процесс измерения расходов и флуктуаций питательной воды и оценки на этой основе изменения паросодержания в реакторной установке. Вследствие этого данный способ не обеспечивает необходимого уровня безопасности работы АЭС с данным типом реакторной установки.A known method of determining the steam reactivity coefficient at nuclear power plants with reactor plants of the RBMK type according to the patent of the Russian Federation No. 2136062 [5]. The method includes monitoring the processes of changing the neutron-physical parameters of the reactor installation when the feed water flow changes, while processes with a natural change in feed water flow due to the operation of automatic water level controllers and satisfying the stabilization conditions for at least 2 minutes, the absence of rod movement are selected CPS for 2 minutes, and the steam reactivity coefficient is determined from the ratio of the perturbation of the feedwater flow to the change in the average volumetric change I current feedwater flow. The disadvantages of this method include the low efficiency of obtaining final information about the parameters of the operating mode of the reactor installation, low accuracy and low reliability of the resulting estimate of the steam reactivity of the reactor installation, which is due to an indirect assessment of the current steam content, the presence of a number of random and uncontrolled factors affecting the flow measurement process and fluctuations in feedwater and estimates based on this change in the vapor content in the reactor installation. As a result of this, this method does not provide the necessary level of safety for the operation of nuclear power plants with this type of reactor installation.
Таким образом, известные методы и устройства не решают задачи точного определения уровня парообразования в жидкости и не пригодны к использованию в ядерном реакторе. Известен способ и система для контроля качества пара по патентам США [6] и РФ [7]. Способ включает излучение оптическим датчиком ряда длин волн, пропускание их через влажный пар внутри турбины и измерение оптическим датчиком интенсивности пара, соответствующей каждой из длин волн, на основании чего осуществляют расчет отношения интенсивностей влажного и сухого пара, по которым судят о параметрах качества пара внутри паровой турбины. Система, реализующая способ, содержит паровую турбину, причем оптический излучатель и оптический детектор расположены внутри турбины. К недостаткам данной системы следует отнести низкую точность и низкую достоверность получаемых результатов измерений параметров пара, что обусловлено отсутствием контроля параметров оптического излучения, генерируемого оптическим излучателем, находящимся внутри паровой турбины, а также отсутствием контроля чувствительности оптического детектора на различных длинах волн, также находящегося внутри паровой турбины. Физические условия внутри паровой турбины не позволяют обеспечить и гарантировать эффективность, точность и надежность работы современной электронной аппаратуры. Следует отметить невозможность использования данной системы для работы в составе ядерного реактора.Thus, the known methods and devices do not solve the problem of accurately determining the level of vaporization in a liquid and are not suitable for use in a nuclear reactor. A known method and system for controlling steam quality according to US patents [6] and the Russian Federation [7]. The method includes emitting an optical sensor with a number of wavelengths, passing them through wet steam inside the turbine and measuring with an optical sensor the steam intensity corresponding to each of the wavelengths, based on which the ratio of the intensities of wet and dry steam is calculated based on which the quality parameters of the steam inside the steam are judged turbines. The system implementing the method comprises a steam turbine, the optical emitter and the optical detector being located inside the turbine. The disadvantages of this system include the low accuracy and low reliability of the obtained results of measuring the parameters of the steam, which is due to the lack of control of the parameters of the optical radiation generated by the optical emitter inside the steam turbine, as well as the lack of sensitivity control of the optical detector at various wavelengths, also located inside the steam turbines. The physical conditions inside the steam turbine do not allow to ensure and guarantee the efficiency, accuracy and reliability of modern electronic equipment. It should be noted the impossibility of using this system to operate as part of a nuclear reactor.
Наиболее адекватным методом решения проблемы измерения параметров жидкости в условиях теплоносителя ядерного реактора является оптический метод измерения характеристик теплоносителя, предложенный авторами в работах [8], [9] и реализованный в системах измерения по патентам РФ №2594364 от 14.05.2015 г. [10] и №2606369 от 16.05.2015 г. [11]. В указанных системах осуществляется просвечивание теплоносителя лазерным излучением и измерение характеристик излучения, прошедшего через слой теплоносителя. Измеренные параметры прошедшего через теплоноситель лазерного излучения позволяют оценить уровень парообразования и плотность теплоносителя, а также обеспечивают оперативное измерение концентрации борной кислоты в составе теплоносителя. Указанные системы измерения предназначены для работы в условиях ядерного реактора при наличии радиоактивности, высоких температур и давления. Возможность работы в условиях ядерного реактора обеспечивается выносом измерительной аппаратуры из зоны реактора, в которой размещен лишь оптический измерительный блок, соединенный волоконной линией с измерительной аппаратурой. В качестве прототипа выбрана наиболее близкая по технической реализации система измерения по патенту РФ №2606369 [11]. Система измерений содержит первый и второй лазерные генераторы, две оптических кюветы, фотоприемный блока, измерители лазерного излучения на основе фотоприемных блоков, оптический модулятор, выполняющий функцию управляемого оптического фильтра, адаптеры волокна, волоконно-оптические линии, блоки обработки информации и управления, два оптических переключателя на основе выносных зеркал, уголковые оптические отражатели, полупрозрачные и отражательные зеркала, оптические ослабители. К недостаткам данной измерительной системы следует отнести ограниченную точность измерения уровня паросодержания теплоносителя вследствие отсутствия эталонного объекта с известным уровнем содержания пара, с которым осуществляется сравнение измеренных оптических параметров теплоносителя в ядерном реакторе. В данной известной измерительной системе определение паросодержания осуществлялось на основе использования специальных таблиц, связывающих уровень паросодержания с оптическим поглощением излучения, прошедшего через исследуемую жидкую среду, например, водную среду на различных длинах волн оптического излучения. Такой метод позволяет измерить уровень паросодержания при использовании, например, двух различающихся длин волн оптического диапазона, однако точность и достоверность такого измерения недостаточны для использования при ответственных измерениях параметров теплоносителя в ядерном реакторе.The most appropriate method for solving the problem of measuring fluid parameters under the conditions of a coolant in a nuclear reactor is the optical method for measuring the characteristics of a coolant, proposed by the authors in [8], [9] and implemented in measurement systems according to RF patents No. 2594364 dated 05/14/2015 [10] and No. 2606369 dated May 16, 2015 [11]. In these systems, the coolant is exposed to laser radiation and the characteristics of the radiation transmitted through the coolant layer are measured. The measured parameters of the laser radiation transmitted through the coolant allow us to estimate the level of vaporization and the density of the coolant, as well as provide an operational measurement of the concentration of boric acid in the coolant. These measurement systems are designed to operate in a nuclear reactor in the presence of radioactivity, high temperatures and pressure. The ability to work in a nuclear reactor is provided by the removal of measuring equipment from the reactor zone, in which only an optical measuring unit is placed, connected by a fiber line to the measuring equipment. As a prototype, the measurement system closest in technical implementation to the patent of the Russian Federation No. 26066369 [11] was selected. The measurement system contains the first and second laser generators, two optical cuvettes, a photodetector unit, laser radiation meters based on photodetector units, an optical modulator that functions as a controlled optical filter, fiber adapters, fiber optic lines, information processing and control units, two optical switches based on remote mirrors, corner optical reflectors, translucent and reflective mirrors, optical attenuators. The disadvantages of this measuring system include the limited accuracy of measuring the level of vapor content of the coolant due to the lack of a reference object with a known level of vapor content, with which the measured optical parameters of the coolant are compared in a nuclear reactor. In this known measuring system, the determination of vapor content was carried out based on the use of special tables linking the vapor content level with the optical absorption of radiation transmitted through the studied liquid medium, for example, an aqueous medium at different wavelengths of optical radiation. This method allows you to measure the vapor content when using, for example, two different wavelengths of the optical range, however, the accuracy and reliability of such a measurement are insufficient for use in critical measurements of the coolant in a nuclear reactor.
Целью данного изобретения является преодоление указанных недостатков известных измерительных систем, увеличение точности измерения паросодержания в теплоносителе в активной зоне ядерного реактора в условиях высокого уровня радиации, температуры и давления, увеличение надежности работы измерительной аппаратуры в условиях ядерного реактора и обеспечение высокой достоверности получаемых результатов, предотвращение тепловой перегрузки ядерного реактора и исключение возможности теплового взрыва. Поставленная цель достигается путем осуществления измерения оптических параметров теплоносителя с помощью нескольких оптических датчиков, размещенных по отдельности или компактно в виде триады в одном или нескольких точках теплоносителя, а также на основе использования специальной модели-аналога ядерного реактора, оптические параметры которой измеряются одновременно с измерением оптических параметров теплоносителя ядерного реактора и с помощью тех же оптических измерительных блоков и элементов.The aim of this invention is to overcome these drawbacks of known measuring systems, increase the accuracy of measuring the vapor content in the coolant in the core of a nuclear reactor under conditions of high radiation, temperature and pressure, increase the reliability of the measuring equipment in a nuclear reactor and ensure high reliability of the results, preventing thermal overloading a nuclear reactor and eliminating the possibility of thermal explosion. The goal is achieved by measuring the optical parameters of the coolant with the help of several optical sensors placed individually or compactly in the form of a triad at one or more points of the coolant, as well as using a special analog model of a nuclear reactor, the optical parameters of which are measured simultaneously with the measurement of optical parameters of the coolant of a nuclear reactor and using the same optical measuring units and elements.
Достигаемым новым техническим результатом является увеличение точности измерения паросодержания в теплоносителе ядерного энергетического реактора в различных точках контура теплоносителя и в активной зоне ядерного реактора, увеличение надежности и достоверности получаемых результатов измерения параметров теплоносителя.Achievable new technical result is an increase in the accuracy of measuring the vapor content in the coolant of a nuclear power reactor at various points in the coolant circuit and in the core of a nuclear reactor, an increase in the reliability and reliability of the results of measuring the parameters of the coolant.
Новый технический результат достигается следующим.A new technical result is achieved as follows.
1. В лазерной системе измерения паросодержания в теплоносителе ядерного энергетического реактора, содержащей первый и второй лазерные генераторы, первый и второй измерители лазерного излучения, первый и второй оптические переключатели, первый адаптер волокна, соединенный с первой волоконно-оптической линией, первый оптический датчик, размещенный в трубопроводе теплоносителя ядерного энергетического реактора и содержащий последовательно установленные на фиксированном расстоянии первый расширитель пучка и первый оптический отражатель, а также содержащая пять полупрозрачных и одно отражательное зеркало, блок управления, подключенный к блоку обработки информации, первый фотоприемный блок, оптически связанный с первым управляемым оптическим фильтром, оптический вход которого посредством полупрозрачного зеркала связан с первым входом первого оптического переключателя, выходы лазерных генераторов посредством первого отражательного и полупрозрачного зеркал связаны оптически с первым входом первого оптического переключателя, оптический выход первого оптического переключателя посредством первого адаптера волокна и первой волоконной оптической линии связан с оптическим входом первого расширителя пучка в первом оптическом датчике, управляющие входы первого и второго оптических переключателей, первого и второго лазерных генераторов подключены к блоку управления, первый и второй измерители лазерного излучения подключены к блоку обработки информации, выход первого фотоприемного блока подключен к блоку обработки информации, выходы первого и второго лазерных генераторов посредством полупрозрачных зеркал связаны соответственно со входами первого и второго измерителей лазерного излучения, введены второй и третий оптические датчики, три оптических затвора, второй и третий, фотоприемные блоки, второй и третий управляемые оптические фильтры, третий и четвертый оптические переключатели, блок быстрого преобразования Фурье (БПФ), семь волоконно-оптических линий, семь адаптеров волокна, оптический осветитель, телевизионная камера, второе отражательное и два полупрозрачных зеркала, а также введена модель-аналог ядерного реактора, содержащая контейнер, заполненный водой, с размещенными в нем четвертым, пятым и шестым оптическими датчиками, нагревательным элементом, датчиком температуры, двумя ультразвуковыми возбудителями и вентилятором, при этом модель-аналог снабжена входным и выходным оптическими иллюминаторами, второй, четвертый и пятый оптические датчики аналогичны первому оптическому датчику и содержат расширитель пучка и оптический отражатель, третий и шестой оптические датчики содержат расположенные на одной оптической оси на фиксированном расстоянии друг от друга расширители пучка, соединенные с волоконно-оптическими линиями, второй и третий оптические датчики расположены совместно с первым оптическим датчиком в трубопроводе теплоносителя ядерного реактора, оптический вход второго фотоприемного блока через второй управляемый оптический фильтр и вновь введенное полупрозрачное зеркало связан с оптическим входом третьего оптического переключателя, первый оптический затвор установлен на оптической оси между оптическим выходом первого лазерного генератора и оптическим входом первого оптического переключателя и оптически связывает выходы лазерных генераторов с оптическим входом первого оптического переключателя, оптический вход второго оптического затвора посредством трех полупрозрачных зеркал и первого отражательного зеркала связан одновременно с оптическими выходами первого и второго лазерных генераторов, оптический выход второго оптического затвора оптически связан с оптическим входом третьего оптического переключателя, оптический вход третьего оптического затвора посредством второго отражательного зеркала, трех полупрозрачных зеркал и первого отражательного зеркала оптически связан одновременно с оптическими выходами первого и второго лазерных генераторов, оптический выход третьего оптического затвора оптически связан с оптическим входом четвертого оптического переключателя, оптический выход третьего оптического переключателя посредством второго адаптера волокна и волоконно-оптической линии связан с оптическим входом второго расширителя пучка второго оптического датчика, оптический выход четвертого оптического переключателя посредством третьего адаптера волокна и волоконно-оптической линии оптически связан с оптическим входом третьего расширителя пучка в третьем оптическом датчике, а второй оптический выход четвертого оптического переключателя посредством шестого адаптера волокна и волоконно-оптической линии оптически связан с седьмым расширителем пучка шестого оптического датчика, размещенного в модели-аналоге ядерного реактора, второй оптический выход первого оптического переключателя оптически связан посредством четвертого адаптера волокна и волоконно-оптической линии с оптическим входом пятого расширителя пучка в четвертом оптическом датчике, размещенном в модели-аналоге ядерного реактора, второй оптический выход третьего оптического переключателя посредством пятого адаптера волокна и волоконно-оптической линии оптически связан с оптическим входом шестого расширителя пучка в пятом оптическом датчике, размещенном в модели-аналоге ядерного реактора, оптический выход четвертого расширителя пучка в третьем оптическом датчике посредством волоконно-оптической линии и восьмого адаптера волокна оптически связан с первым оптическим входом второго оптического переключателя, оптический выход восьмого расширителя пучка шестого оптического датчика оптически связан посредством волоконно-оптической линии и седьмого адаптера волокна со вторым оптическим входом второго оптического переключателя, оптический выход второго оптического переключателя связан с оптическим входом третьего управляемого оптического фильтра, выход которого оптически связан с оптическим входом третьего фотоприемного блока, выходы второго и третьего фотоприемных блоков подключены ко входам блока обработки информации, выход третьего фотоприемного блока дополнительно подключен ко входу блока быстрого преобразования Фурье, выход которого подключен к блоку обработки информации, управляющие входы третьего и четвертого оптических переключателей подключены к блоку управления, управляющие входы второго и третьего управляемых оптических фильтров подключены к блоку управления, управляющие входы трех оптических затворов подключены к блоку управления, телевизионная камера и оптический осветитель расположены на одной оптической оси, проходящей через объем контейнера модели-аналога ядерного реактора, причем, оптический вход телевизионной камеры оптически связан с первым оптическим иллюминатором модели-аналога, а оптический выход оптического осветителя связан со вторым оптическим иллюминатором модели-аналога, выход телевизионной камеры подключен к блоку обработки информации, оптический осветитель подсоединен к блоку управления, первый и второй ультразвуковые возбудители подключены к управляющему генератору, вход которого подключен к блоку управления, нагревательный элемент и вентилятор подключены к блоку управления, датчик температуры подсоединен к блоку обработки информации.1. In a laser system for measuring the vapor content in the coolant of a nuclear power reactor containing the first and second laser generators, the first and second laser radiation meters, the first and second optical switches, the first fiber adapter connected to the first fiber-optic line, the first optical sensor, located in the coolant pipe of a nuclear power reactor and comprising a first beam expander and a first optical reflector sequentially installed at a fixed distance It also contains five translucent and one reflective mirrors, a control unit connected to an information processing unit, a first photodetector unit optically coupled to a first controlled optical filter, the optical input of which is connected via a semitransparent mirror to the first input of the first optical switch, and the outputs of laser generators through the first reflective and translucent mirrors are connected optically to the first input of the first optical switch, the optical output of the first optical the switch by means of the first fiber adapter and the first fiber optical line is connected to the optical input of the first beam expander in the first optical sensor, the control inputs of the first and second optical switches, the first and second laser generators are connected to the control unit, the first and second laser radiation meters are connected to the processing unit information, the output of the first photodetector unit is connected to the information processing unit, the outputs of the first and second laser generators by means of a translucent of the mirrors are connected respectively to the inputs of the first and second laser radiation meters, the second and third optical sensors, three optical shutters, the second and third, photodetector blocks, the second and third controlled optical filters, the third and fourth optical switches, and the fast Fourier transform (FFT) are introduced ), seven fiber-optic lines, seven fiber adapters, an optical illuminator, a television camera, a second reflective and two translucent mirrors, as well as an analog model of a nuclear reactor, introduced neighing container filled with water, with the fourth, fifth and sixth optical sensors placed in it, a heating element, a temperature sensor, two ultrasonic exciters and a fan, while the analog model is equipped with input and output optical windows, the second, fourth and fifth optical sensors are similar the first optical sensor and contain a beam expander and an optical reflector, the third and sixth optical sensors contain located on the same optical axis at a fixed distance dr d from each other beam expanders connected to fiber optic lines, the second and third optical sensors are located together with the first optical sensor in the coolant pipe of the nuclear reactor, the optical input of the second photodetector through a second controlled optical filter and a newly introduced translucent mirror is connected to the optical input of the third optical switch, the first optical shutter is mounted on the optical axis between the optical output of the first laser generator and the optical input of the first about the optical switch and optically connects the outputs of the laser generators with the optical input of the first optical switch, the optical input of the second optical shutter by means of three translucent mirrors and the first reflective mirror is connected simultaneously with the optical outputs of the first and second laser generators, the optical output of the second optical shutter is optically connected to the optical input a third optical switch, an optical input of a third optical shutter by a second reflective A mirror, three translucent mirrors and a first reflective mirror are optically coupled simultaneously with the optical outputs of the first and second laser generators, the optical output of the third optical shutter is optically connected to the optical input of the fourth optical switch, the optical output of the third optical switch is connected via the second fiber adapter and fiber-optic line with the optical input of the second beam expander of the second optical sensor, the optical output of the fourth optical switch through the third fiber adapter and the fiber optic line is optically connected to the optical input of the third beam expander in the third optical sensor, and the second optical output of the fourth optical switch is optically connected via the sixth fiber adapter and the fiber optic line to the seventh beam expander of the sixth optical sensor, in the analog model of a nuclear reactor, the second optical output of the first optical switch is optically coupled through a fourth fiber adapter and a fiber optic line with an optical input of a fifth beam expander in a fourth optical sensor housed in an analog model of a nuclear reactor, a second optical output of a third optical switch by means of a fifth fiber adapter and a fiber optic line is optically coupled to an optical input of a sixth beam expander in a fifth optical the sensor placed in the analog model of a nuclear reactor, the optical output of the fourth beam expander in the third optical sensor through a fiber optic line and in of the eightth fiber adapter is optically coupled to the first optical input of the second optical switch, the optical output of the eighth beam extender of the sixth optical sensor is optically coupled through the fiber optic line and the seventh fiber adapter to the second optical input of the second optical switch, the optical output of the second optical switch is connected to the optical input of the third controlled optical filter, the output of which is optically coupled to the optical input of the third photodetector, outputs the second and third photodetector units are connected to the inputs of the information processing unit, the output of the third photodetector unit is additionally connected to the input of the fast Fourier transform unit, the output of which is connected to the information processing unit, the control inputs of the third and fourth optical switches are connected to the control unit, the control inputs of the second and third controlled optical filters are connected to the control unit, the control inputs of three optical shutters are connected to the control unit, television the amer and the optical illuminator are located on the same optical axis passing through the volume of the container of the analog model of a nuclear reactor, moreover, the optical input of the television camera is optically connected to the first optical illuminator of the analog model, and the optical output of the optical illuminator is connected to the second optical illuminator of the analog model, the output of the television camera is connected to the information processing unit, the optical illuminator is connected to the control unit, the first and second ultrasonic exciters are connected to the control the generator, the input of which is connected to the control unit, the heating element and the fan are connected to the control unit, the temperature sensor is connected to the information processing unit.
2. В системе по пункту 1 оптические отражатели выполнены на основе многоэлементной матрицы уголковых оптических отражателей.2. In the system according to
3. В системе по пункту 1 расширитель пучка помещен в водонепроницаемый бокс, снабженный оптическим иллюминатором.3. In the system according to
4. В системе по пункту 1 оптический датчик содержит последовательно оптически связанные расширитель пучка, поворотное отражательное зеркало и оптический отражатель, причем поворотное оптическое зеркало и оптический отражатель снабжены обтекателями.4. In the system of
5. В системе по пункту 1 второй лазерный генератор выполнен с возможностью перестройки длины волны генерируемого лазерного излучения в пределах видимого диапазона длин волн.5. In the system of
6. В системе по пункту 1 управляемый оптический фильтр выполнен на основе акустооптической ячейки, работающей в видимом диапазоне длин волн.6. In the system of
7. В системе по пункту 1 оптический датчик содержит последовательно оптически связанные входной расширитель пучка, первое оптическое отражательное зеркало, второе оптическое отражательное зеркало и выходной расширитель пучка.7. In the system of
В представленной формуле изобретения лазерной измерительной системы в ограничительной части формулы содержится один фотоприемный блок, так как остальные фотоприемники в прототипе выполняют функции измерителей лазерного излучения и представлены под этим названием в упомянутой ограничительной части.In the presented claims of the laser measuring system in the restrictive part of the formula contains one photodetector, since the remaining photodetectors in the prototype serve as laser radiation meters and are presented under this name in the aforementioned restrictive part.
На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой лазерной системы измерения паросодержания в теплоносителе ядерного энергетического реактора. Цифрами обозначены следующие элементы.In FIG. 1 shows a block diagram of the proposed laser system for measuring the vapor content in the coolant of a nuclear power reactor. Numbers denote the following elements.
1 Первый лазерный генератор.1 The first laser generator.
2 Второй лазерный генератор.2 Second laser generator.
3 Первый измеритель лазерного излучения (ЛИ).3 The first laser radiation meter (LI).
4 Второй измеритель лазерного излучения.4 Second laser radiation meter.
5 Первое полупрозрачное зеркало.5 The first translucent mirror.
6 Второе полупрозрачное зеркало.6 Second translucent mirror.
7, 8, 9 - Полупрозрачные зеркала (третье, четвертое и пятое полупрозрачные зеркала).7, 8, 9 - Translucent mirrors (third, fourth and fifth translucent mirrors).
10. Первое отражательное зеркало.10. The first reflective mirror.
11. Первый оптический переключатель.11. The first optical switch.
12. Первый адаптер волокна.12. The first fiber adapter.
13. Первая волоконно-оптическая линия.13. The first fiber optic line.
14. Первый расширитель пучка.14. The first beam expander.
15. Первый оптический отражатель (элементы поз. 14 и 15 составляют первый оптический датчик).15. The first optical reflector (elements pos. 14 and 15 comprise the first optical sensor).
16. Первый фотоприемный блок (ФПБ).16. The first photodetector unit (FPB).
17. Первый управляемый оптический фильтр.17. The first controlled optical filter.
18. Второй оптический переключатель.18. The second optical switch.
Лазерная измерительная система содержит также следующие элементы:The laser measuring system also contains the following elements:
70. Блок управления.70. The control unit.
71. Блок обработки информации.71. Information processing unit.
Далее цифрами обозначены вновь введенные элементы:Next, the numbers indicate the newly entered elements:
19. Первый оптический затвор.19. The first optical shutter.
20. Второй расширитель пучка.20. The second beam expander.
21. Второй оптический отражатель (элементы поз. 20 и 21 составляют второй оптический датчик).21. The second optical reflector (elements pos. 20 and 21 constitute the second optical sensor).
22. Третий расширитель щучка.22. Third extender pike.
23. Четвертый расширитель пучка (элементы поз. 22 и 23 составляют третий оптический датчик).23. The fourth beam expander (elements pos. 22 and 23 make up the third optical sensor).
Первый, второй и третий оптические датчики расположены в трубопроводе теплоносителя поз. 66.The first, second and third optical sensors are located in the coolant pipe pos. 66.
24. Вторая волоконно-оптическая линия.24. The second fiber optic line.
25. Третья волоконно-оптическая линия.25. Third fiber optic line.
26. Второй адаптер волокна.26. The second fiber adapter.
27. Третий адаптер волокна.27. Third fiber adapter.
28. Четвертая волоконно-оптическая линия.28. Fourth fiber optic line.
29. Третий оптический переключатель.29. The third optical switch.
30. Четвертый оптический переключатель.30. Fourth optical switch.
31. Второй оптический затвор.31. The second optical shutter.
32. Третий оптический затвор.32. The third optical shutter.
33. Второй управляемый оптический фильтр.33. The second controlled optical filter.
34. Второй фотоприемный блок.34. The second photodetector unit.
35. Третий фотоприемный блок.35. The third photodetector unit.
36. Третий управляемый оптический фильтр.36. The third controlled optical filter.
37. Четвертый адаптер волокна.37. Fourth fiber adapter.
38. Пятый адаптер волокна.38. Fifth fiber adapter.
39. Шестой адаптер волокна.39. Sixth fiber adapter.
40. Модель-аналог ядерного энергетического реактора.40. An analogue model of a nuclear power reactor.
152. Контейнер модели-аналога ядерного реактора, заполненный водой.152. A container filled with water, an analog model of a nuclear reactor.
В состав модели-аналога входят следующие элементы, обозначенные позициями 41-49 и 55, 56 и размещенными в заполненном водой контейнере поз. 152.The analogue model consists of the following elements, indicated by positions 41-49 and 55, 56 and placed in a container filled with water, pos. 152.
41. Пятый расширитель пучка.41. Fifth beam expander.
42. Третий оптический отражатель (элементы поз. 41 и 42 составляют четвертый оптический датчик).42. The third optical reflector (elements pos. 41 and 42 make up the fourth optical sensor).
43. Шестой расширитель пучка.43. Sixth beam expander.
44. Четвертый оптический отражатель (элементы поз. 43 и 44 составляют пятый оптический датчик).44. Fourth optical reflector (elements pos. 43 and 44 make up the fifth optical sensor).
45. Седьмой расширитель пучка.45. Seventh beam expander.
46. Восьмой расширитель пучка (элементы поз. 45 и 46 составляют шестой оптический датчик).46. The eighth beam expander (elements pos. 45 and 46 make up the sixth optical sensor).
47. Нагревательный элемент.47. Heating element.
48. 49 - Ультразвуковые возбудители.48. 49 - Ultrasonic pathogens.
50. Управляющий генератор.50. Control generator.
51. Оптический осветитель.51. Optical illuminator.
52. Телевизионная камера.52. A television camera.
53. 54 - Оптические иллюминаторы.53. 54 - Optical portholes.
55. Вентилятор.55. The fan.
56. Датчик температуры.56. Temperature sensor.
Далее лазерная система содержит следующие элементы.Further, the laser system contains the following elements.
57. Пятая волоконно-оптическая линия.57. Fifth fiber optic line.
58. Шестая волоконно-оптическая линия.58. Sixth fiber optic line.
59. Седьмая волоконно-оптическая линия.59. Seventh fiber optic line.
60. Седьмой адаптер волокна.60. Seventh fiber adapter.
61. Восьмой адаптер волокна.61. The eighth fiber adapter.
62. Восьмая волоконно-оптическая линия.62. The eighth fiber optic line.
63. Шестое полупрозрачное зеркало.63. Sixth translucent mirror.
64. Седьмое полупрозрачное зеркало.64. Seventh translucent mirror.
65. Второе отражательное зеркало.65. The second reflective mirror.
66. Трубопровод теплоносителя, в котором размещены первый, второй и третий оптические датчики (показано условно). Крепления оптических датчиков в данном трубопроводе не показаны, а также не показаны элементы вывода волоконно-оптических линий из трубопровода (проходные втулки).66. The coolant pipe in which the first, second and third optical sensors are placed (shown conditionally). Fastenings of optical sensors in this pipeline are not shown, and also elements of an output of fiber-optic lines from the pipeline (bushings) are not shown.
67. Блок быстрого Фурье-преобразования (БПФ).67. Block fast Fourier transform (FFT).
68. 69 - стрелки, показывающие направление движения теплоносителя и паровых пузырьков.68. 69 - arrows showing the direction of movement of the coolant and vapor bubbles.
70. Блок управления.70. The control unit.
71. Блок обработки информации.71. Information processing unit.
152. Контейнер, заполненный водой, в котором размещены элементы модели-аналога 40 ядерного реактора.152. A container filled with water, in which elements of the
На фиг. 1 оптические оси оптических датчиков параллельны плоскости чертежа. Направление трубопровода 66 и направление движения теплоносителя 68 в трубопроводе параллельны плоскости чертежа. Оптические оси оптических датчиков перпендикулярны направлению трубопровода.In FIG. 1, the optical axes of the optical sensors are parallel to the plane of the drawing. The direction of the
На фиг. 2 отдельно представлена конструкция оптического датчика первого (отражательного) типа, содержащего расширитель пучка 14 и оптический отражатель 15. Здесь цифрами обозначены элементы:In FIG. 2 separately presents the design of the optical sensor of the first (reflective) type, containing the
72. Несущая рама.72. The supporting frame.
73. Оптическая ось оптического датчика; d - толщина рамы, «а» - направление движения теплоносителя.73. The optical axis of the optical sensor; d is the thickness of the frame, "a" is the direction of movement of the coolant.
На фиг. 3 отдельно представлена конструкция оптического датчика второго (проходного) типа, содержащего два расширителя пучка 22 и 23.In FIG. 3, the construction of an optical sensor of the second (pass-through) type, comprising two
74. Несущая рама.74. Bearing frame.
75. Оптическая ось оптического датчика.75. The optical axis of the optical sensor.
Одинаковые элементы с фиг. 1 отмечены одинаковыми цифрами.Identical elements of FIG. 1 are marked with the same numbers.
На фиг.4 представлен вид сбоку на оптический датчик фиг. 2 вид по стрелке «а».FIG. 4 is a side view of the optical sensor of FIG. 2 view along arrow "a".
На фиг. 5 показано условно взаимное расположение трех оптических датчиков в трубопроводе теплоносителя (поз. 66 на фиг. 1). Вид сбоку параллельно оптическим осям оптических датчиков (вид вдоль оптических осей оптических датчиков). Нумерация соответствует фиг. 1.In FIG. 5 shows the relative positioning of three optical sensors in the coolant pipe (pos. 66 in Fig. 1). Side view parallel to the optical axes of the optical sensors (view along the optical axes of the optical sensors). The numbering corresponds to FIG. one.
Представлен вариант, когда оптические оси оптических датчиков параллельны, но не находятся в одной плоскости. Элементы крепления оптических датчиков не показаны.An option is presented when the optical axes of the optical sensors are parallel, but not in the same plane. Fasteners for optical sensors are not shown.
66. Трубопровод теплоносителя, в котором размещены оптические датчики.66. The coolant pipe in which the optical sensors are located.
Направление трубопровода параллельно плоскости чертежа. Выходы волоконно-оптических линий из трубопровода 66 показаны условно. Оптические оси оптических датчиков перпендикулярны направлению трубопровода и перпендикулярны плоскости чертежа.The direction of the pipeline parallel to the plane of the drawing. The outputs of the fiber optic lines from the
76. Данной позицией отмечены показанные условно проходные втулки, обеспечивающие выход волоконно-оптических линий из трубопровода 66, в котором размещены оптические датчики. Поз. 68 - направление трубопровода 66 и направление движения теплоносителя.76. This position marks the conditionally shown bushings that ensure the exit of fiber optic lines from the
В качестве трубопровода теплоносителя 66, в котором размещаются оптические датчики, может быть использован главный суммарный трубопровод технологических каналов ядерного реактора или байпас этого трубопровода (обходной трубопровод) см. ниже.As the
На фиг. 6 представлена блок-схема функционирования первого оптического датчика. Нумерация позиций соответствует фиг. 1.In FIG. 6 shows a block diagram of the operation of the first optical sensor. The numbering of the positions corresponds to FIG. one.
На фиг. 7 представлена блок-схема функционирования третьего оптического датчика. Нумерация позиций соответствует фиг. 1.In FIG. 7 is a flowchart of a third optical sensor. The numbering of the positions corresponds to FIG. one.
На фиг. 8 представлена схема конструкции расширителя пучка, помещенного в водонепроницаемый бокс. Цифрами обозначены элементы:In FIG. 8 is a design diagram of a beam expander placed in a waterproof box. The numbers denote the elements:
77. Линза.77. The lens.
78. Волоконно-оптическая линия.78. Fiber optic line.
79. Корпус водонепроницаемого бокса.79. The case of a waterproof box.
80. Защитное стекло.80. Protective glass.
На фиг. 9 представлена схема энергоблока атомной электростанции с ядерным реактором типа РБМК. Цифрами обозначены следующие элементы реактора и энергоблока.In FIG. 9 is a diagram of a power unit of a nuclear power plant with a RBMK type nuclear reactor. The numbers denote the following elements of the reactor and power unit.
81. Технологические (топливные) каналы РБМК.81. Technological (fuel) channels of RBMK.
82. Каналы системы управления и защиты (СУЗ).82. Channels of the control and protection system (CPS).
83. Главный суммарный трубопровод технологических каналов ядерного реактора, далее главный суммарный трубопровод (ГСТ).83. The main total pipeline of the technological channels of a nuclear reactor, then the main total pipeline (GTS).
84. Графитовый замедлитель.84. Graphite moderator.
85. Паросепаратор с выходами пара 86 и водной фракции 87. Поз. 86 - выходной трубопровод паросепаратора.85. A steam separator with steam exits 86 and an
88. Циркуляционные насосы.88. Circulation pumps.
89. Охлаждающая вода.89. Cooling water.
90. Главный трубопровод подачи воды (теплоносителя) на входы технологических каналов реактора.90. The main pipeline for supplying water (coolant) to the inputs of the technological channels of the reactor.
91. Направление движения теплоносителя в технологических каналах.91. The direction of movement of the coolant in the technological channels.
92. Турбины высокого давления.92. High pressure turbines.
93. Турбины низкого давления.93. Low pressure turbines.
94. Электрический генератор.94. Electric generator.
149. Вспомогательный водяной контур.149. Auxiliary water circuit.
Места расположения оптических датчиков предлагаемой лазерной системы измерения обозначены следующими цифрами:The locations of the optical sensors of the proposed laser measurement system are indicated by the following numbers:
95. В байпасе главного суммарного трубопровода, или непосредственно в главном суммарном трубопроводе 83.95. In the bypass of the main total pipeline, or directly in the main
96. В технологических каналах 81 в активной зоне реактора.96. In the
97. В канале системы управления и защиты (СУЗ 82).97. In the channel of the control and protection system (CPS 82).
98. На выходе паросепаратора 85.98. At the outlet of the
99. В главном трубопроводе подачи теплоносителя на входы технологических каналов 90, или на байпасе этого трубопровода.99. In the main pipeline for supplying coolant to the inputs of the
На фиг. 10 представлена схема размещения триады оптических датчиков (фиг. 5) в байпасе главного суммарного трубопровода технологических каналов. Цифрами обозначены следующие элементы.In FIG. 10 shows the layout of the triad of optical sensors (Fig. 5) in the bypass of the main total pipeline of technological channels. Numbers denote the following elements.
100. Выходы технологических (топливных) каналов ядерного реактора.100. The outputs of the technological (fuel) channels of a nuclear reactor.
101. Главный суммарный трубопровод.101. The main total pipeline.
102. Байпас главного суммарного трубопровода.102. Bypass of the main total pipeline.
103. Место расположения триады оптических датчиков, аналогичных показанному на фиг. 5.103. The location of the triad of optical sensors similar to that shown in FIG. 5.
104. Паросепаратор.104. Steam separator.
105. Выход пара к паровым турбинам.105. Steam output to steam turbines.
106. Выход водной фракции к циркуляционным насосам.106. The output of the aqueous fraction to the circulation pumps.
На фиг. 11 представлена схема верхней части тепловыделяющей сборки (ТВС) реактора РБМК с размещенным в верхней части ТВС оптическим датчиком проходного типа.In FIG. 11 is a diagram of the upper part of the fuel assembly (FA) of the RBMK reactor with an optical sensor of a through type located in the upper part of the fuel assembly.
На фиг. 12 представлен вид сечения представленной на фиг. 11 верхней части ТВС с размещенным в верхней части ТВС оптическим датчиком. Представлен вид вниз от плоскости сечения А-А. Цифрами на фиг. 11 и фиг. 12 обозначены следующие элементы.In FIG. 12 is a sectional view of FIG. 11 of the upper part of the fuel assembly with an optical sensor located in the upper part of the fuel assembly. A view is presented down from the plane of section AA. The numbers in FIG. 11 and FIG. 12, the following elements are indicated.
107. Расширитель пучка (входной).107. The beam expander (input).
108, 109 - оптические отражательные зеркала.108, 109 - optical reflective mirrors.
110. Расширитель пучка (выходной).110. The beam expander (output).
111. Обод и дистанцирующие выступы.111. Rim and spacing protrusions.
112. Конструктивные элементы ТВС.112. Structural elements of fuel assemblies.
113. Центральная труба ТВС.113. The central pipe of the fuel assembly.
114. Выходные каналы ТВС, заполненные движущимся теплоносителем.114. Output channels of fuel assemblies filled with moving coolant.
115. Пучок лазерного зондирующего излучения, пересекающий выходные каналы ТВС.115. A beam of laser probe radiation crossing the output channels of a fuel assembly.
116. Волоконно-оптическая линия.116. Fiber optic line.
119. Несущий стержень, расположенный в центральной трубе (поз. 113).119. A support rod located in the central pipe (key 113).
120. Волоконно-оптическая линия.120. Fiber optic line.
Оптический датчик содержит элементы, обозначенные позициями 107-110.The optical sensor contains the elements indicated by the positions 107-110.
151. Переходник ТВС - верхняя часть ТВС, за которую осуществляется крепление ТВС в технологическом канале реактора.151. A fuel assembly adapter is the upper part of a fuel assembly, for which a fuel assembly is mounted in the technological channel of the reactor.
На фиг. 13 представлена схема сечения верхней части ТВС реактора РБМК с размещенными тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ). Цифрами обозначены следующие элементы.In FIG. 13 is a sectional diagram of the upper part of a fuel assembly of the RBMK reactor with fuel elements (TVEL) placed. Numbers denote the following elements.
111. Обод и дистанцирующие выступы (соответствует поз. 111 на фиг. 11 и фиг. 12).111. The rim and the spacers (corresponding to pos. 111 in Fig. 11 and Fig. 12).
117. Промежуточная ячейка (элементы конструкции ТВС, обеспечивающие фиксацию ТВЭЛов).117. Intermediate cell (structural elements of the fuel assembly ensuring the fixation of fuel elements).
118. Тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ), представляющие собой металлические водонепроницаемые цилиндры (гильзы), заполненные ядерным горючим - таблетки окиси урана.118. Fuel elements (fuel elements), which are metal waterproof cylinders (sleeves) filled with nuclear fuel, are uranium oxide tablets.
119. Несущий стержень.119. Bearing rod.
113. Центральная труба ТВС (соответствует поз. 113 на фиг. 12)113. The central pipe of the fuel assembly (corresponds to pos. 113 in Fig. 12)
150. Каналы сквозного прохождения теплоносителя через ТВС (заполнены водой).150. Channels for the through passage of the coolant through the fuel assembly (filled with water).
На фиг. 14 представлена схема средней части ТВС с размещенным в этой части оптическим датчиком, аналогичным оптическому датчику на фиг. 11 - фиг. 12. Цифрами обозначены следующие элементы.In FIG. 14 is a diagram of the middle part of a fuel assembly with an optical sensor located in this part, similar to the optical sensor in FIG. 11 - FIG. 12. The numbers indicate the following elements.
121. Верхняя секция ТВС реактора РБМК.121. The upper section of the fuel assemblies of the RBMK reactor.
122. Нижняя секция ТВС.122. The lower section of the fuel assembly.
118. Тепловыделяющие элементы, соответствующие поз. 118 на фиг. 13.118. The fuel elements corresponding to pos. 118 in FIG. 13.
Оптический датчик (поз. 108, 107) размещен в межсекционном пространстве в плоскости А-А. Элементы крепления оптического датчика не показаны.The optical sensor (pos. 108, 107) is located in the intersection space in the plane AA. The optical sensor mounts are not shown.
Одинаковые с фиг. 11 - фиг. 13 элементы обозначены одинаковыми цифрами.The same as in FIG. 11 - FIG. 13 elements are marked with the same numbers.
На фиг. 15 представлен вид сечения средней части ТВС с размещенным оптическим датчиком. Представлен вид вниз от плоскости сечения А-А. Данная схема соответствует схеме на фиг. 14. На данной схеме видны ТВЭЛы с ядерным горючим поз. 118, элементы конструкции ТВС и элементы оптического датчика. Обозначения элементов соответствуют фиг. 11 - фиг. 14.In FIG. 15 shows a sectional view of the middle part of a fuel assembly with an optical sensor placed. A view is presented down from the plane of section AA. This circuit corresponds to the circuit of FIG. 14. In this diagram, fuel elements with a nuclear fuel pos. 118, design elements of fuel assemblies and optical sensor elements. The designations of the elements correspond to FIG. 11 - FIG. fourteen.
На представленных схемах не показаны элементы крепления оптических датчиков к конструктивным элементам ТВС.The presented diagrams do not show the elements for attaching optical sensors to the structural elements of a fuel assembly.
На фиг. 16 представлена схема расположения оптического датчика в канале системы управления и защиты (СУЗ). Цифрами обозначены следующие элементы.In FIG. 16 shows the location of the optical sensor in the channel of the control and protection system (CPS). Numbers denote the following elements.
124. Корпус канала СУЗ.124. The body of the channel CPS.
125. Сливной клапан.125. The drain valve.
123. Сливной трубопровод.123. Drain pipe.
126. Стержень СУЗ, состоящий из нижней части 127 - вытеснителя, и верхней части 128 - поглотителя.126. The core of the CPS, consisting of the lower part 127 - the displacer, and the upper part 128 - the absorber.
129. Штанга канала СУЗ (обеспечивает перемещение стержней СУЗ).129. The rod of the channel CPS (provides movement of the rods CPS).
130. Активная зона реактора.130. The reactor core.
131. Оптический отражатель.131. Optical reflector.
132. Расширитель пучка.132. The beam expander.
133. Волоконно-оптическая линия.133. Fiber optic line.
134 Упор канала СУЗ.134 Channel emphasis CPS.
На фиг. 17 представлена схема расположения оптического датчика отражательного типа в активной зоне реактора ВВЭР. Цифрами обозначены следующие элементы.In FIG. 17 shows a location scheme of an optical sensor of a reflective type in the core of a VVER reactor. Numbers denote the following elements.
135. Тепловыделяющая сборка (ТВС реактора ВВЭР).135. Fuel assembly (fuel assembly of the WWER reactor).
136. Расширитель пучка.136. The beam expander.
137. Оптический отражатель.137. Optical reflector.
138. Несущая штанга.138. Supporting rod.
139. Обтекатель.139. Fairing.
140. Волоконно-оптическая линия.140. Fiber optic line.
На фиг. 18 представлена схема второго варианта размещения оптического датчика отражательного типа в активной зоне реактора ВВЭР. Цифрами обозначены следующие элементы.In FIG. 18 is a diagram of a second embodiment of a reflective type optical sensor in the core of a VVER reactor. Numbers denote the following elements.
141. Несущая штанга.141. Supporting bar.
142. Расширитель пучка.142. The beam expander.
143. Оптический отражатель.143. Optical reflector.
144. Отражательное зеркало.144. Reflective mirror.
145, 146 - обтекатели.145, 146 - fairings.
147. Волоконно-оптическая линия.147. Fiber optic line.
148. Тепловыделяющая сборка.148. The fuel assembly.
Представленные на фиг. 17 и фиг. 18 оптические датчики с элементами их крепления и несущей штангой образуют измерительный канал, размещаемый в активной зоне реактора ВВЭР.Presented in FIG. 17 and FIG. 18 optical sensors with their mounting elements and a supporting rod form a measuring channel located in the core of the WWER reactor.
На фиг. 19 представлена схема расположения оптического датчика отражательного типа вне трубопровода теплоносителя. Цифрами обозначены следующие элементы (элементы, соответствующие фиг. 1, обозначены одинаковыми с фиг. 1 цифрами).In FIG. 19 shows a layout of an optical sensor of a reflective type outside the coolant pipe. The following elements are indicated by numbers (the elements corresponding to Fig. 1 are denoted by the same figures as in Fig. 1).
66. Трубопровод теплоносителя.66. Heat transfer pipe.
20. Расширитель пучка оптического датчика.20. The beam expander of the optical sensor.
21. Оптический отражатель оптического датчика.21. The optical reflector of the optical sensor.
24. Волоконно-оптическая линия.24. Fiber optic line.
153, 154 - Оптические иллюминаторы, встроенные в трубопровод теплоносителя 66.153, 154 - Optical portholes built into the
На фиг. 20 представлен график зависимости расходного (1) и истинного паросодержания в технологическом канале максимальной мощности (2) и в технологическом канале 50% мощности от максимальной (3) в зависимости от сухости пара.In FIG. Figure 20 shows a graph of the flow rate (1) and the true steam content in the technological channel of maximum power (2) and in the
На фиг. 21 представлен график сухости (1, 2) и влажности (3, 4) пара в технологическом канале при максимальной мощности (1, 3), при мощности 50% от максимальной (2, 4) в зависимости от измеренного истинного паросодержания.In FIG. 21 is a graph of dryness (1, 2) and humidity (3, 4) of steam in the process channel at maximum power (1, 3), at a power of 50% of maximum (2, 4) depending on the measured true steam content.
Принцип действия лазерной системы измерения паросодержания в теплоносителе ядерного реактора заключается в следующем.The principle of operation of the laser system for measuring the vapor content in the coolant of a nuclear reactor is as follows.
В предлагаемой лазерной системе осуществляется непрерывный мониторинг уровня паросодержания в точках контура теплоносителя, в которых расположены оптические датчики. В представленной на фиг. 1 блок-схеме лазерной измерительной системы показаны три оптических датчика, размещенных в трубопроводе теплоносителя ядерного реактора: первый оптический датчик, элементы которого обозначены позициями 14 и 15, второй оптический датчик, обозначенный позициями 20 и 21, и третий оптический датчик, элементы которого обозначены позициями 22 и 23. Указанные оптические датчики образуют триаду и расположены внутри трубопровода теплоносителя поз. 66, по которому протекает водный теплоноситель с выхода технологических каналов ядерного реактора. Оптические датчики расположены в непосредственной близости один от другого. При этом оптические оси датчиков параллельны друг другу и могут находиться в одной плоскости, как показано на фиг. 1, а также могут находиться в разных плоскостях, как это показано на фиг. 5. С помощью оптического датчика осуществляется просвечивание теплоносителя пучком лазерного зондирующего излучения, который формируется посредством соответствующего расширителя пучка поз. 14, 20 и 22. При прохождении лазерного зондирующего излучения через слой теплоносителя параметры лазерного излучения (ЛИ) изменяются в зависимости от оптических характеристик теплоносителя в данном месте его движения по технологическому трубопроводу. При наличии пара в составе теплоносителя происходит рассеяние лазерного излучения на паровых пузырьках или других местах в теплоносителе, в которых плотность его меньше, чем плотность однородной воды при отсутствии элементов пара. Уровень рассеяния лазерного излучения обусловлен уровнем содержания пара в пароводяной смеси, которую представляет собой теплоноситель на выходе из технологического канала ядерного реактора. С помощью оптического датчика осуществляется измерение величины рассеянного лазерного излучения, при его прохождении через слой теплоносителя, что обеспечивает измерение уровня содержания пара в пароводяной смеси в соответствующей точке теплоносителя в ядерном реакторе. На основании информации о параметрах рассеянного лазерного излучения, поступающей от трех указанных оптических датчиков, в блоке обработки информации 71 формируется оценка уровня содержания пара в теплоносителе в месте расположения данных оптических датчиков. В предлагаемой лазерной системе используются оптические датчики двух типов: первый оптический датчик отражательного типа поз. 14, 15, второй датчик отражательного типа 20, 21 и оптический датчик проходящего излучения поз. 20, 21 (третий оптический датчик - оптический датчик проходного типа). Данные типы датчиков несколько отличаются по своим характеристикам и хорошо дополняют друг друга. Конструкция оптического датчика первого типа представлена на фиг. 2. Оптический датчик содержит несущую раму поз. 72, на которой укреплены расширитель пучка 14 и оптический отражатель 15. На фиг. 4 представлен вид сбоку на оптический датчик первого типа - вид по стрелке «а» на фиг. 2. Оптический датчик в рабочем состоянии помещается непосредственно в поток теплоносителя, который проходит через контролируемый объем датчика либо по стрелке «а», либо перпендикулярно плоскости чертежа. Расширитель пучка 14 и оптический отражатель 15 расположены на оптической оси датчика 73. Волоконно-оптическая линия 13 обеспечивает подвод зондирующего лазерного излучения к расширителю пучка 14 и одновременно отвод лазерного излучения, прошедшего через контролируемый объем теплоносителя и отразившегося от оптического отражателя 15. Оптический отражатель выполнен на основе многоэлементной матрицы уголковых отражателей. Возможно также использование обычного отражательного зеркала, выполненного на основе металлической полированной пластины. На фиг. 3 представлена конструкция оптического датчика второго типа - датчика проходящего излучения. Данный датчик содержит несущую раму 74, на которой укреплены расширители пучка: входной расширитель пучка 22 и выходной расширитель пучка 23. Указанные расширители пучка расположены на оптической оси датчика поз. 75. Таким образом, второй оптический датчик проходного типа отличается от оптического датчика первого типа тем, что в датчике второго типа оптический отражатель 15 заменен на расширитель пучка 23. При этом подвод лазерного излучения осуществляется по волоконно-оптической линии 25, а отвод излучения, прошедшего через теплоноситель в контролируемом объеме датчика, осуществляется по волоконно-оптической линии 28. Контролируемый объем в обоих датчиках имеет вид цилиндра, ось которого совпадает с оптической осью датчиков, а основание цилиндра образует окружность выходной апертуры расширителя пучка поз. 14 и 22. Несущая рама поз. 72 и 74 имеет небольшую толщину «d» (фиг. 2) и не влияет на движение теплоносителя по трубопроводу. Расширители пучка и оптический отражатель также имеют ограниченные габариты и не оказывают существенного влияния на движение теплоносителя. Оптические датчики в рабочем состоянии могут располагаться в одной плоскости в трубопроводе теплоносителя 66, как это показано на фиг. 1, а также могут располагаться не в одной плоскости, как это показано на фиг. 5. На последнем оптические оси оптических датчиков перпендикулярны направлению оси трубопровода 66 теплоносителя. Здесь показан вид сбоку на оптические датчики, находящиеся в трубопроводе 66 (вид вдоль направления оптических осей датчиков). На фиг. 5 позицией 76 показаны проходные втулки, обеспечивающие вывод волоконно-оптических линий из трубопровода теплоносителя.The proposed laser system continuously monitors the level of vapor content at the points of the coolant circuit in which the optical sensors are located. In the embodiment of FIG. 1 a block diagram of a laser measuring system shows three optical sensors located in the coolant pipe of a nuclear reactor: the first optical sensor, the elements of which are indicated by
Оптические датчики работают по отдельности последовательно по времени. При работе, например, первого оптического датчика поз. 14 и 15 открывается соответствующий этому датчику первый оптический затвор 19 и запускается один из лазерных генераторов поз. 1 или 2. Остальные оптические затворы поз. 31 и 32 являются закрытыми и измерений оптическими датчиками 20, 21 и 22, 23 в этот момент времени не производится. Аналогичным образом осуществляется индивидуальная работа - измерение уровня прошедшего через теплоноситель зондирующего лазерного излучения - другими оптическими датчиками при открывании соответствующих оптических затворов 31 или 32. Собственно процесс одного цикла измерения одним оптическим датчиком составляет короткое время порядка нескольких микросекунд. Следует отметить возможность одновременной работы двух или всех трех оптических датчиков, но на разных длинах волн. Для этого второй лазерный генератор поз. 2 осуществляет генерацию зондирующего лазерного излучения на другой длине волны, отличающейся от длины волны первого лазерного генератора 1. Возможно использование специального лазерного генератора поз. 2, генерирующего две или несколько длин волн. В этом случае управляемые оптические фильтры 17, 33 и 36 осуществляют выделение соответствующих длин волн зондирующих лазерных излучений, поступающих после прохождения через теплоноситель на входы фотоприемных блоков поз. 16, 34 и 35.Optical sensors operate individually sequentially over time. When working, for example, the first optical sensor pos. 14 and 15, the first
Работа оптических датчиков поясняется на фиг. 6 и фиг. 7.The operation of the optical sensors is illustrated in FIG. 6 and FIG. 7.
На фиг. 6 представлена блок-схема функционирования первого оптического датчика поз. 14 и 15, выделенная из общей блок-схемы лазерной системы измерения паросодержания на фиг. 1. На блок-схеме фиг. 6 представлены только те элементы общей блок-схемы, которые функционируют в момент работы первого оптического датчика поз. 14, 15. Нумерация позиций на фиг. 6 соответствует фиг. 1. Работа первого оптического датчика осуществляется следующим образом. По команде от блока управления 70 лазерный генератор 1 генерирует импульс лазерного зондирующего излучения, который через первый оптический затвор 19 и первый оптический переключатель 11 поступает на оптический вход первого адаптера волокна 12 и далее по волоконно-оптической линии 13 поступает в расширитель пучка 14. При этом по командам с блока управления первый оптический затвор переводится в открытое состояние для проходящего излучения, а первый оптический переключатель 11 переводится в состояние переключения на прохождение излучения в сторону первого адаптера волокна 12. С оптического выхода расширителя пучка 14 импульс лазерного излучения распространяется вдоль оптической оси 73 датчика через теплоноситель, отражается в обратном направлении от оптического отражателя 15, вторично проходит через теплоноситель и далее вновь поступает в расширитель пучка 14 и в волоконно-оптическую линию 13. Далее с выхода адаптера волокна 12 импульс лазерного излучения проходит через первый оптический переключатель 11 и после отражения от полупрозрачного зеркала 9 поступает на оптический вход первого управляемого оптического фильтра 17. Последний настроен на пропускание лазерного излучения с длиной волны, соответствующей длине волны излучения, генерируемого первым лазерным генератором 1. Управляемый оптический фильтр 17 осуществляет спектральную фильтрацию лазерного излучения и подавление посторонних помех. С выхода управляемого оптического фильтра 17 отфильтрованный импульс лазерного излучения поступает на вход первого фотоприемного блока 16, который осуществляет прием, регистрацию и оцифровку импульса лазерного излучения. Далее импульс лазерного излучения в цифровой форме поступает с выхода фотоприемного блока 16 в блок обработки информации 71. В последнем осуществляется обработка полученной информации и определение величины паросодержания в теплоносителе по измеренным параметрам импульса лазерного излучения, прошедшего через теплоноситель в пределах места расположения оптического датчика 14, 15. Уровень паросодержания оценивается по величине уменьшения амплитуды импульса лазерного излучения, прошедшего через теплоноситель. Опорной величиной при такой оценке является величина интенсивности импульса лазерного излучения, генерируемого первым лазерным генератором 1. Эта величина измеряется первым измерителем лазерного излучения 3, на вход которого поступает часть импульса лазерного излучения с выхода лазерного генератора 1 посредством полупрозрачного зеркала 5. Информация о параметрах генерируемых лазерных излучений поступает с выходов измерителей лазерного излучения 3 и 4 в блок обработки информации 71. При увеличении содержания пара в теплоносителе, через который проходит импульс зондирующего лазерного излучения, происходит уменьшение интенсивности лазерного излучения, которое регистрируется в блоке обработки информации 71. На этом один цикл измерения паросодержания в теплоносителе в соответствующем оптическом датчике завершается. В одном цикле измерения одному импульсу лазерного излучения соответствует получение величины одной оценки (отсчета) уровня содержания пара в теплоносителе в конкретном месте расположения оптического датчика и в момент времени прохождения импульса зондирующего лазерного излучения через теплоноситель. Аналогичным образом осуществляется работа второго оптического датчика поз. 20 и 21. При этом оптический затвор 31 переводится в открытое состояние, а оптические затворы 19 и 32 находятся в закрытом состоянии.In FIG. 6 shows a block diagram of the operation of the first optical sensor pos. 14 and 15, separated from the general block diagram of the laser system for measuring the vapor content in FIG. 1. In the block diagram of FIG. 6 only those elements of the general block diagram are shown which function at the time of operation of the first optical sensor pos. 14, 15. The numbering of the positions in FIG. 6 corresponds to FIG. 1. The operation of the first optical sensor is as follows. At the command of the
На фиг. 7 представлена блок-схема функционирования третьего оптического датчика поз. 22 и 23. В данной схеме представлены только элементы общей блок-схемы фиг. 1, задействованные при работе этого оптического датчика. Нумерация позиций фиг. 7 соответствует фиг. 1. Как было отмечено, третий оптический датчик работает по схеме регистрации проходящего через теплоноситель лазерного излучения. В этом случае в открытом состоянии находится третий оптический затвор 32, а четвертый оптический переключатель 30 устанавливается на прямое прохождение зондирующего лазерного излучения на вход третьего адаптера волокна 27. При работе третьего оптического датчика в рабочем режиме генерации зондирующего лазерного излучения находятся по отдельности первый, или второй лазерные генераторы. При этом лазерное излучение с выхода расширителя пучка 22 проходит вдоль оптической оси 75 и поступает на оптический вход расширителя пучка 23, который аналогичен расширителю пучка 22. Далее лазерное излучение с выхода расширителя пучка 23 поступает в волоконно-оптическую линию 28 и далее в адаптер волокна 61, с выхода которого лазерное излучение поступает на вход второго оптического переключателя 18. С выхода последнего лазерное излучение поступает на вход третьего управляемого оптического фильтра 36. С выхода управляемого оптического фильтра 36 лазерное излучение поступает на оптический вход третьего фотоприемного блока 35, в котором осуществляется регистрация и оцифровка лазерного излучения. С выхода фотоприемного блока 35 информация поступает в блок обработки информации 71. Таким образом, в блоке обработки информации 71 накапливается информация о параметрах зондирующего лазерного излучения, получаемая от трех оптических датчиков, и, соответственно, информация о параметрах паросодержания теплоносителя в местах расположения этих датчиков.In FIG. 7 shows a block diagram of the operation of the third optical sensor pos. 22 and 23. In this diagram, only elements of the general block diagram of FIG. 1 involved in the operation of this optical sensor. The numbering of the positions of FIG. 7 corresponds to FIG. 1. As noted, the third optical sensor operates according to the registration scheme of laser radiation passing through the coolant. In this case, the third optical shutter 32 is in the open state, and the fourth optical switch 30 is mounted on the direct passage of the probing laser radiation to the input of the
Наличие в предлагаемой лазерной измерительной системе трех оптических датчиков двух различных типов позволяет реализовать различные алгоритмы измерения параметров зондирующего лазерного излучения, прошедшего через теплоноситель ядерного реактора, что обеспечивает более высокую точность измерения паросодержания и повышение надежности и достоверности получаемой информации. Один из таких алгоритмов измерения осуществляется с помощью третьего оптического датчика поз.22, 23, и состоит в использовании непрерывного лазерного излучения, генерируемого вторым лазерным генератором 2. При этом первый лазерный генератор находится в выключенном состоянии. При работе третьего оптического датчика в открытом состоянии находится третий оптический затвор 32. Четвертый оптический переключатель 30 открыт в направлении прямой передачи лазерного излучения с выхода оптического затвора 32 на вход адаптера волокна 27. Использование непрерывного лазерного излучения позволяет не только получить оценку паросодержания в фиксированный момент времени, но и получить информацию о динамике изменения уровня содержания пара во времени. Для измерения спектральных временных характеристик изменения паросодержания предлагаемая лазерная система содержит блок быстрого преобразования Фурье (БПФ) 67 фиг. 1. На вход последнего непрерывно поступает в цифровой форме сигнал с выхода третьего фотоприемного блока 35. Блок 67 представляет собой специализированный процессор, осуществляющий алгоритм быстрого преобразования Фурье поступающего оцифрованного сигнала с выхода третьего фотоприемного блока 35 в реальном масштабе времени. Сформированный одномерный Фурье-спектр в цифровой форме поступает с выхода блока БПФ 67 в блок обработки информации 71. В последнем накапливается информация о величине уровня лазерного излучения, прошедшего через теплоноситель в месте расположения третьего оптического датчика 22, 23, а также о динамике изменения лазерного излучения и его спектральных временных характеристиках. Это позволяет получить дополнительную важную информацию о характере флуктуаций во времени плотности теплоносителя и режиме парообразования в теплоносителе ядерного реактора. Так, например, при высоком уровне паросодержания уровень флуктуаций прошедшего через теплоноситель лазерного излучения увеличивается, а спектр флуктуаций сдвигается в высокочастотную область и содержит более высокие частоты. Таким образом, триада оптических датчиков осуществляет измерение содержания пара в теплоносителе в трех рядом расположенных точках теплоносителя, а третий оптический датчик дополнительно дает информацию о временных флуктуациях и спектральных временных характеристиках прошедшего через теплоноситель лазерного излучения. Оптические датчики могут работать одновременно или последовательно во времени. Управление работой оптических датчиков осуществляется посредством блока управления 70 путем включения или выключения первого или второго лазерных генераторов и открыванием и закрыванием соответствующих оптических затворов поз. 19, 31 и 32. Одновременно могут работать на одной длине волны первый и второй оптические датчики. При этом третий оптический датчик является выключенным путем закрытия оптического затвора 32. Одновременная с указанными двумя работа третьего оптического датчика возможна при использовании другой рабочей длины волны во втором лазерном генераторе 2. Осуществление работы третьего оптического датчика на другой длине волны обеспечивается с помощью управляемого оптического фильтра 36, который за счет узкой оптической спектральной полосы пропускания исключает влияние импульсных лазерных излучений от первых двух датчиков на работу третьего оптического датчика. Для этого возможно использование второго лазерного генератора с перестройкой длины волны лазерного излучения. Суммирование излучений двух лазерных генераторов поз. 1 и 2 на одном направлении с помощью полупрозрачного зеркала 7 осуществлено для реализации возможности использования в каждом датчике различных видов излучений и различных длин волн, генерируемых каждым лазерным генератором. Это особенно важно при расположении оптических датчиков в различных точках контура теплоносителя ядерного реактора. При совместном расположении оптических датчиков возможен режим работы, при котором оптические датчики регистрируют не только уменьшение уровня прошедшего лазерного излучения (ЛИ), но и уровень рассеянного лазерного излучения, что позволяет 'повысить точность измерения паросодержания в теплоносителе. Такой режим работы оптических датчиков осуществляется следующим образом. При работе с лазерным зондирующим излучением только первого оптического датчика 14, 15 в открытом состоянии устанавливается только первый оптический затвор 19, а остальные оптические затворы 31 и 32 находятся в закрытом состоянии. При прохождении зондирующего лазерного излучения (импульса) через теплоноситель от расширителя пучка 14 происходит рассеяние лазерного излучения как вперед по направлению распространения ЛИ, так и рассеивание назад в боковом направлении. При этом ЛИ, рассеянное назад, попадает на вход расширителя пучка 20 второго оптического датчика (поз. 20, 21) и далее по волоконно-оптической линии 24 и через третий оптический переключатель 29, открытый на прямое прохождение, ЛИ посредством полупрозрачного зеркала 64 поступает на оптический вход второго управляемого оптического фильтра 33. С выхода последнего ЛИ поступает на оптический вход второго фотоприемного блока 34 и далее, в цифровой форме, информация о параметрах рассеянного ЛИ поступает в блок обработки информации 71. Рассеянное по направлению распространения исходного зондирующего импульса ЛИ (рассеяние вперед) поступает на оптический вход четвертого расширителя пучка 23 в третьем оптическом датчике. Далее данное ЛИ аналогичным образом по волоконно-оптической линии 28 и через второй оптический переключатель 18 поступает на вход управляемого оптического фильтра 36 и на вход третьего фотоприемного блока 35, и далее в цифровой форме в блок обработки информации 71. Аналогично при отражении зондирующего импульса ЛИ от оптического отражателя 15 и его распространении в обратном направлении по оптической оси расширители пучка 20 и 23 регистрируют рассеянное в боковом направлении лазерное излучение, обусловленное наличием пузырьков пара в теплоносителе в зоне распространения зондирующего ЛИ в прямом и обратном направлении вдоль оптической оси 73 (фиг. 6) первого оптического датчика. Таким образом, в блоке обработки информации 71 образуется информация о величине уменьшения уровня прошедшего через теплоноситель зондирующего лазерного излучения, а также информация о величине рассеянного лазерного излучения, обусловленного этим импульсом зондирующего ЛИ. Уровни этих двух видов лазерных излучений обусловлены одним и тем же фактором - наличием пузырьков пара в теплоносителе. Поэтому получение указанной информации позволяет более точно определить уровень паросодержания в теплоносителе ядерного реактора. Аналогично при работе с зондирующим лазерным излучением только одного второго оптического датчика 20, 21 возможна регистрация уровней рассеянного лазерного излучения в соседних первом и третьем оптических датчиках. Таким образом, осуществление измерения параметров зондирующего лазерного излучения с помощью трех рядом расположенных оптических датчиков (триады), содержащих датчики двух различных типов, позволяет повысить объем получаемой информации (информативность) и обеспечить более высокую точность определения паросодержания в теплоносителе ядерного реактора. Наличие трех оптических датчиков позволяет реализовать различные алгоритмы измерения паросодержания и повысить точность измерений и достоверность получаемых оценок паросодержания в теплоносителе ядерного реактора.The presence in the proposed laser measuring system of three optical sensors of two different types allows implementing various algorithms for measuring the parameters of probe laser radiation transmitted through the coolant of a nuclear reactor, which provides higher accuracy in measuring the vapor content and increasing the reliability and reliability of the information received. One of these measurement algorithms is carried out using the third optical sensor pos.22, 23, and consists in the use of continuous laser radiation generated by the
Для обеспечения высокой достоверности и точности измерения параметров теплоносителя в предлагаемую лазерную систему измерений введена модель-аналог ядерного реактора 40. Данная модель-аналог обеспечивает создание эталонной измерительной базы для осуществления более точных измерений параметров зондирующих лазерных излучений и интерпретации полученных результатов измерений. Модель-аналог ядерного реактора 40 осуществляет натурное аналоговое моделирование оптических параметров теплоносителя в ядерном энергетическом реакторе. Модель-аналог представляет собой контейнер поз. 152 (фиг. 1) (резервуар), заполненный водой, в который помещены три оптических датчика поз. 41-46, аналогичные первым трем оптическим датчикам, работа которых рассмотрена выше. Внутри контейнера 152 размещены также элементы, обеспечивающие создание в водной среде, заполняющей контейнер, физических условий парообразования, аналогичных условиям в теплоносителе измеряемого ядерного реактора в отношении оптических свойств теплоносителя. Создание такой модели-аналога в отношении оптических свойств теплоносителя возможно без использования полного совпадения всех физических параметров теплоносителя в ядерном реакторе и в модели-аналоге в отношении давления и температуры теплоносителя. Это обусловлено явлением несжимаемости жидкости (воды) и зависимостью температуры кипения воды от давления. Поэтому один и тот же уровень интенсивности парообразования можно обеспечить при различных уровнях температуры и давления воды. В используемой модели-аналоге уровень давления соответствует обычному атмосферному давлению, а величина парообразования обеспечивается необходимой интенсивностью подогрева воды в контейнере 152, что осуществляется нагревательным элементом 47. Уровень интенсивности подогрева последнего задается блоком управления 70, к которому подключен данный нагревательный элемент. В результате постоянного нагрева в контейнере 152 устанавливается режим кипения воды с определенной величиной парообразования. Образующиеся паровые пузырьки поднимаются вверх и попадают в зону действия оптических датчиков поз. 41, 42, 43, 44 и 45, 46. Внутри контейнера в зоне действия нагревательного элемента 47 расположены два ультразвуковых возбудителя 48 и 49. Последние осуществляют возбуждение в водной среде ультразвуковых волн достаточно большой интенсивности. Это обеспечивает в определенных пределах управление процессом парообразования. При этом ультразвуковые (УЗ) волны разбивают наиболее крупные пузыри пара, способствуют увеличению парообразования при падении УЗ волны на поверхность нагревательного элемента и отражения от него за счет быстрого удаления уже образовавшегося пара. Используется импульсно-периодическое возбуждение УЗ волн определенной амплитуды и частоты повторения импульсов. Ультразвуковые возбудители 48, 49 выполнены на основе пъезоэлементов, подключенных к управляющему генератору 50 специальных электрических колебаний, режим работы которого определяется блоком управления 70. Для более полного перемешивания содержимого контейнера, 152 и создания более равномерной пароводяной смеси предусмотрено наличие вентилятора 55, режим работы которого управляется блоком управления 70. Для контроля температуры внутри контейнера используется датчик температуры 56 с цифровым представлением результатов измерения, подключенный к блоку обработки информации 71. При определенном высоком уровне возбуждения УЗ волн возможно образование так называемых кавитационных пузырьков пара, которые в зависимости от частоты возбуждения и интенсивности УЗ волн могут иметь различные размеры и плотность (количество пузырьков) на единицу объема воды. Таким образом, в модели-аналоге используется два способа (вида) создания паровых пузырьков: с помощью интенсивного нагрева жидкости и с помощью УЗ возбуждения кавитационных пузырьков. Для измерения уровня паросодержания в контейнере 152 модели-аналога 40 используется телевизионная камера 52 и оптический осветитель 51 - источник подсвечивающего оптического излучения. Осветитель 51 и телевизионная камера 52 установлены на одной оптической оси, параллельной оптическим осям оптических датчиков поз. 41-46. Пучок света, сформированный осветителем 51, проходит через водную среду в контейнере 152. Для прохождения светового пучка в контейнере 152 предусмотрены оптические иллюминаторы 53, 54. Телевизионная камера 52 снабжена объективом, который строит на фоточувствительной площадке приемной матрицы телекамеры изображение всей трассы прохождения светового пучка вдоль оптической оси. При этом телекамера регистрирует изображения всех паровых пузырьков, находящихся в этот момент времени в пределах светового пучка. Изображение этой сцены в цифровой форме поступает в блок обработки информации 71. В последнем по специальной программе осуществляется обработка по отдельности каждого кадра изображения, поступающего от телевизионной камеры 52. При этом осуществляется оконтуривание изображений отдельных паровых пузырьков и подсчет их количества в одном текущем телевизионном кадре. Далее рассчитывается средняя величина N1 количества паровых пузырьков путем усреднения количества пузырьков в нескольких кадрах за некоторый фиксированный промежуток времени. Полученная величина принимается за оценку уровня паросодержания в модели-аналоге ядерного реактора 40. Далее в режиме тестирования лазерной измерительной системы осуществляется измерение уровня паросодержания в модели-аналоге 40 посредством четвертого, пятого и шестого оптических датчиков (поз. 41-46), размещенных внутри контейнера 152 фиг. 1. Для осуществления этого процесса измерения оптические переключатели 11, 29, 30, а также оптический переключатель 18 переключаются в направление передачи оптических (лазерных) излучений на оптические входы адаптеров волокна 37, 38, 39, а также в направлении адаптера волокна 60 в оптическом переключателе 18. Измерение осуществляется с помощью тех же фотоприемных блоков 16, 34, 35 аналогичным образом, как это изложено выше для процесса измерения с помощью первых трех оптических датчиков. В блоке обработки информации 71 образуется информация о параметрах уровней лазерного излучения, зафиксированных оптическими датчиками 41-46 в модели-аналоге 40 и соответствующая этим параметрам оценка величины паросодержания N1, измеренная с помощью телевизионной камеры 52 в модели-аналоге 40. Далее в блоке обработки информации 71 осуществляют сравнение параметров ЛИ, измеренного оптическими датчиками в модели-аналоге 40, и параметров лазерного излучения, измеренного первыми тремя оптическими датчиками в теплоносителе ядерного реактора. На основании этого сравнения выносят суждение об уровне паросодержания в теплоносителе ядерного реактора в месте расположения указанных первых трех оптических датчиков. При небольшом различии параметров ЛИ, зарегистрированных датчиками в теплоносителе и датчиками в модели-аналоге 40 (менее 15%), принимается решение о принятии для уровня оценки паросодержания в теплоносителе величины, равной величине N1 измеренного уровня паросодержания в модели-аналоге 40. При большем различии измеренных параметров лазерного излучения осуществляют изменение уровня парообразования в модели-аналоге 40, путем изменения уровня нагрева нагревательным элементом 47 и изменением уровня возбуждения ультразвуковых волн с помощью УЗ возбудителей 48,49 и осуществляют повторное измерения паросодержания в модели-аналоге 40. На этом цикл измерения паросодержания в теплоносителе ядерного реактора и в модели-аналоге ядерного реактора 40 завершается. В дальнейшем циклы измерения паросодержания в теплоносителе и в модели-аналоге периодически и непрерывно повторяются в процессе работы ядерного реактора. Следует отметить, что процесс моделирования оптических свойств теплоносителя в модели-аналоге 40 осуществляется при нормальном атмосферном давлении в контейнере 152. При этом волоконно-оптические линии (поз. 57, 58, 59 и 62), подключенные к расширителям пучка (поз. 41-46), размещенным внутри контейнера 152, проходят через верхние открытые люки контейнера. В этом случае нет необходимости в использовании проходных втулок (поз. 76 на фиг. 5) для вывода волоконно-оптических линий из контейнера 152.To ensure high reliability and accuracy of measuring the parameters of the coolant, an analog model of a
Важным вопросом, возникающим при использовании предлагаемой лазерной измерительной системы, является вопрос установки оптических датчиков в различных точках ядерного реактора и контура теплоносителя ядерного реактора. Лазерная измерительная система предназначена для использования в водных ядерных энергетических реакторах двух типов: РБМК и ВВЭР. РБМК является реактором с кипящим теплоносителем и здесь применение предлагаемой лазерной системы измерения паросодержания является наиболее важным. Основной вариант использования лазерной системы измерения паросодержания в реакторе РБМК связан с измерением параметров теплоносителя на выходе технологических (топливных) каналов. Здесь целесообразно установление триады оптических датчиков (фиг. 5) - совместное расположение оптических датчиков на малом расстоянии друг от друга. В отдельных точках активной зоны реактора и контура теплоносителя реактора целесообразно устанавливать по одному оптическому датчику, показания которых совместно отражают параметры рабочего режима ядерного реактора в целом.An important issue that arises when using the proposed laser measuring system is the issue of installing optical sensors at various points of the nuclear reactor and the coolant circuit of the nuclear reactor. The laser measuring system is designed for use in two types of aqueous nuclear power reactors: RBMK and VVER. RBMK is a reactor with a boiling coolant and here the application of the proposed laser system for measuring steam content is the most important. The main use of the laser system for measuring the steam content in the RBMK reactor is associated with measuring the parameters of the coolant at the outlet of the technological (fuel) channels. It is advisable to establish a triad of optical sensors (Fig. 5) - the joint location of the optical sensors at a small distance from each other. It is advisable to install one optical sensor at separate points of the reactor core and reactor coolant loop, the readings of which together reflect the parameters of the operating mode of the nuclear reactor as a whole.
На фиг. 9 представлена схема энергоблока атомной электростанции с ядерным реактором типа РБМК. Представленные на фиг. 9 и последующих фигурах схемы разработаны с использованием материалов монографий [15], [16], [17], [21]. (терминология и названия отдельных элементов соответствуют указанным монографиям).In FIG. 9 is a diagram of a power unit of a nuclear power plant with a RBMK type nuclear reactor. Presented in FIG. 9 and the following figures, schemes are developed using materials from monographs [15], [16], [17], [21]. (terminology and names of individual elements correspond to the indicated monographs).
На фиг. 9 специальными позициями отмечены элементы и точки схемы РБМК, в которых могут быть установлены оптические датчики предлагаемой лазерной измерительной системы (поз. 95-99). Оптические датчики могут устанавливаться в технологических каналах поз. 96 и в каналах СУЗ 97, а также в главном суммарном трубопроводе 95 на выходе технологических каналов ядерного реактора. Оптический датчик поз.98 установлен на выходном трубопроводе 86 паросепаратора 85 для контроля качества пара, поступающего с выхода паросепаратора на паровые турбины. Оптический датчик целесообразно установить в главном трубопроводе 90 подачи воды на входы технологических каналов поз. 99.In FIG. 9, the special positions mark the elements and points of the RBMK circuit, in which optical sensors of the proposed laser measuring system can be installed (pos. 95-99). Optical sensors can be installed in the technological channels pos. 96 and in the channels of
На фиг. 10 представлена схема размещения триады оптических датчиков в трубопроводе байпаса главного суммарного трубопровода, в котором объединены выходы всех технологических каналов контура теплоносителя реактора РБМК. Здесь цифрами обозначены следующие элементы. Выходные трубопроводы технологических каналов поз. 100 объединены в главный суммарный трубопровод поз. 101. Байпас главного суммарного трубопровода обозначен поз. 102. Место расположения триады оптических датчиков обозначено поз. 103. Далее выход главного суммарного трубопровода 101 подсоединен к паровому сепаратору 104, в котором осуществляется отделение пара от воды. Паровая составляющая направляется по трубопроводу 105 в паровую турбину. Водная составляющая по трубопроводу 106 направляется в циркуляционные насосы и вновь поступает в рабочую зону ядерного реактора на входы технологических каналов. Схема расположения триады оптических датчиков в трубопроводе теплоносителя приведена на фиг. 5. Расположение оптических датчиков в главном суммарном трубопроводе позволяет оперативно измерять среднее паросодержание в теплоносителе на выходе ядерного реактора. В соответствии с регламентом работы ядерного реактора эта величина должна составлять 14,5%. Важным параметром является также величина паросодержания в теплоносителе на выходе одного технологического канала. Данная величина составляет согласно регламенту работы ядерного реактора 19,7% [17]. Измерение паросодержания в теплоносителе на выходе технологического канала можно осуществить с помощью оптического датчика, установленного в выходном трубопроводе одного технологического канала поз. 100 на фиг. 10, или в байпасе этого трубопровода. Возможно также установление оптических датчиков непосредственно на тепловыделяющей сборке (ТВС) ядерного реактора.In FIG. 10 shows the layout of the triad of optical sensors in the bypass pipeline of the main total pipeline, in which the outputs of all technological channels of the RBMK reactor coolant circuit are combined. Here, the numbers indicate the following elements. Output pipelines of technological channels pos. 100 are combined in the main total pipeline pos. 101. The bypass of the main total pipeline is indicated by pos. 102. The location of the triad of optical sensors is indicated by pos. 103. Next, the output of the main
Как известно, технологический канал РБМК представляет собой вертикальную металлическую трубу из специального сплава, в которой размещена одна тепловыделяющая сборка. Поэтому размещение оптических датчиков на ТВС собственно и является установлением датчиков в технологическом канале ядерного реактора РБМК. Варианты расположения оптических датчиков на тепловыделяющей сборке реактора РБМК представлены на фиг. 11-15. На фиг. 11 представлена схема верхней части ТВС с расположенным в этой части оптическим датчиком проходного типа (поз. 107, 108), а также показаны волоконно-оптические линии 116, 120. На фиг. 12 представлен вид сечения верхней части ТВС, соответствующий фиг. 11. Представлен вид от плоскости сечения А-А вниз. Здесь на фоне сечения верхней части ТВС показано расположение оптического датчика проходного типа. Данный оптический датчик содержит первый расширитель пучка 107, два оптических отражательных зеркала 108, 109 и второй расширитель пучка 110. Первый расширитель пучка 107 является входным расширителем, излучающим пучок зондирующего лазерного излучения. Второй расширитель пучка 110 является выходным расширителем, принимающим пучок лазерного излучения, прошедшего через теплоноситель и направляющим его в волоконно-оптическую линию 116. Элементы оптического датчика укреплены на элементах конструкции 112 ТВС и расположены по окружности. При этом элементы, обеспечивающие закрепление оптического датчика на конструктивных элементах ТВС, не показаны. На фиг. 12 не показаны тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ) с целью упрощения чертежа. В результате представленного варианта расположения оптического датчика зондирующий лазерный пучок 115 проходит через три выходных потока распространения теплоносителя (поз. 114) на выходе его прохождения через ТВС в верхней части последнего. При этом обеспечивается измерение паросодержания в теплоносителе непосредственно на выходе ТВС. На фиг. 13 представлена схема сечения верхней части ТВС с размещенными в этой части тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ), обозначенными поз. 118, аналогично обозначению на фиг. 11. Здесь схематично показаны различные конструктивные элементы ТВС, обеспечивающие крепление ТВЭЛов, как например, центральная труба 113 и промежуточная решетка 117. В результате такого расположения и крепления ТВЭЛов в ТВС образуются сквозные каналы поз. 150 для прохождения теплоносителя через всю конструкцию ТВС. По этим каналам осуществляется основной теплоотвод тепловой энергии от ТВЭЛов 118.As you know, the RBMK technological channel is a vertical metal pipe made of a special alloy, in which one fuel assembly is placed. Therefore, the placement of optical sensors on a fuel assembly is actually the installation of sensors in the technological channel of the RBMK nuclear reactor. Variants of the arrangement of optical sensors on the RBMK reactor fuel assembly are presented in FIG. 11-15. In FIG. 11 is a diagram of the upper part of a fuel assembly with an optical sensor of a through type located at this part (
Как известно, в реакторе РБМК ТВС состоит из двух частей-секций, закрепленных на едином несущем центральном стержне 119. Между этими секциями имеется пространственный промежуток, в котором целесообразно установить оптический датчик. Такое расположение оптического датчика в междусекционном пространстве ТВС показано на фиг. 14, где представлена схема средней части ТВС с оптическим датчиком проходного типа. На следующей фиг. 15 представлено сечение средней части ТВС и вид вниз от плоскости сечения А-А. Здесь одновременно показаны и тепловыделяющие элементы поз.118, размещенные в нижней части ТВС. Нумерация одинаковых элементов является единой на фиг. 11 - фиг. 15. Полное обозначение всех элементов на фиг. 11 - фиг. 15 представлено выше вместе с перечнем иллюстраций фиг. 1 - фиг. 18. Расположение оптических датчиков в средней части ТВС, как это показано на фиг. 14-15, позволяет осуществить измерение паросодержания в самом центре ТВС, что обеспечивает ценной информацией о параметрах теплоносителя и паросодержания в центре активной зоны ядерного реактора. Элементы крепления оптических датчиков к элементам конструкции ТВС не показаны. Следует отметить, что в указанных точках ТВС на фиг. 11-15 могут быть также расположены оптические датчики отражательного типа, рассмотренные выше. В этом случае вместо отражательных зеркал поз. 108, 109 на фиг 11-15 устанавливаются оптические отражатели, аналогичные отражателям поз. 15 и 21 на фиг. 1, выполненные на основе матриц уголковых отражателей. Расширители пучка поз. 107, 110 в этом случае обеспечивают излучение зондирующих лазерных импульсов и прием лазерных импульсов, отраженных от соответствующих оптических отражателей.As you know, in a RBMK reactor, a fuel assembly consists of two parts-sections fixed to a single supporting
В реакторе типа РБМК целесообразно установить оптический датчик для контроля состояниям воды, заполняющей каналы в системе управления и защиты (СУЗ). Расположение оптического датчика в канале СУЗ показано на фиг. 16. Здесь изображены корпус канала СУЗ поз. 124, снабженный сливным клапаном 123. В верхней части канала СУЗ расположен стержень СУЗ 126, показанный в первом рабочем состоянии в полностью выдвинутом положении. Стержень СУЗ состоит из двух частей: вытеснителя 127, содержащего графит, и поглотителя нейтронов на основе соединений бора 128. Для обеспечения охлаждения канал СУЗ заполняется водой. Во втором рабочем состоянии стержень СУЗ вдвигается в активную зону реактора на длину вытеснителя 126. В режиме останова реактора стержень СУЗ вдвигается до нижней отметки - до упора 134. При этом нижнем положении стержня СУЗ в активной зоне реактора размещается поглощающая часть 128. Расширитель пучка 132 оптического датчика расположен в нижней части канала СУЗ ниже отметки 134, до которой опускается стержень СУЗ. В нижней части стержня СУЗ расположен оптический отражатель 131 оптического датчика. Это позволяет осуществлять контроль состояния всего столба воды (теплоносителя), заполняющего канал СУЗ в первом рабочем состоянии, и своевременно получать информацию о наступлении тепловой перегрузки данного канала реактора при наличии излишне высокого паросодержания. Как известно на чернобыльской АЭС отсутствовали датчики паросодержания теплоносителя. Вследствие этого при тепловой перегрузке реактора уровень паросодержания в теплоносителе достиг недопустимо высокой величины, при которой в канале СУЗ возникли трудности с опусканием стержня СУЗ для заглушения реактора из-за высокого давления пара.It is advisable to install an optical sensor in the RBMK type reactor to monitor the conditions of the water filling the channels in the control and protection system (CPS). The location of the optical sensor in the CPS channel is shown in FIG. 16. Here are shown the body of the CPS channel pos. 124, equipped with a
Таким образом, как показано выше оптические датчики лазерной измерительной системы могут быть установлены в различных технологических зонах ядерного энергетического реактора РБМК и обеспечивать непрерывный оперативный мониторинг режима работы данного реактора в реальном масштабе времени. Оптические датчики могут быть установлены в любом месте нахождения и движения теплоносителя, включая активную зону реактора, при наличии небольшого места для их расположения. Так, например, оптические датчики могут быть установлены в сквозных каналах ТВС поз. 150 фиг. 15. Следует отметить целесообразность установления оптического датчика поз. 98 на выходе паросепаратора 95 для контроля качества пара, поступающего на паровые турбины фиг. 9.Thus, as shown above, the optical sensors of the laser measuring system can be installed in various technological zones of the RBMK nuclear power reactor and provide continuous operational monitoring of the operating mode of this reactor in real time. Optical sensors can be installed at any location and movement of the coolant, including the reactor core, if there is a small space for their location. So, for example, optical sensors can be installed in the through channels of the fuel assembly pos. 150 FIG. 15. It should be noted the feasibility of installing an optical sensor pos. 98 at the outlet of the
Лазерная система измерения паросодержания в теплоносителе предлагается для использования в составе водного реактора типа ВВЭР. Реакторы типа ВВЭР являются водными корпусными реакторами, в которых тепловыделяющие сборки расположены в едином высокопрочном корпусе и охлаждаются общим потоком водного теплоносителя.The laser system for measuring the vapor content in the coolant is proposed for use as part of a VVER-type water reactor. VVER-type reactors are water-based vessel reactors in which fuel assemblies are located in a single high-strength housing and are cooled by a common stream of water coolant.
В реакторе ВВЭР тепловыделяющие сборки (ТВС) расположены в активной зоне вместе с несколькими штатными измерительными каналами. При этом в промежутках между ТВС имеется возможность установки дополнительных измерительных каналов, включающих оптические датчики. На фиг. 17 показан такой дополнительный измерительный канал в активной зоне ВВЭР, расположенный вблизи от тепловыделяющей сборки, обозначенной поз. 135. Данный измерительный канал включает оптический датчик отражательного типа на основе расширителя пучка 136 и оптического отражателя 137, укрепленных на несущей штанге поз. 138. Оптический отражатель 137 снабжен обтекателем поз. 139. Несущая штанга 138 установлена таким образом, что зондирующий лазерный пучок проходит в прямом и обратном направлениях непосредственно вблизи поверхности ТВС 135. Оптический датчик на фиг. 17 контролирует всю зону теплоносителя вдоль поверхности ТВС 135. Волоконно-оптическая линия 140 выводится из активной зоны реактора в верхней его части через главный разъем реактора. Несущая штанга, как и ТВС, установлены и закреплены в нижней части активной зоны реактора. Стрелками показано направление движения теплоносителя в активной зоне ВВЭР. Преимуществом такого расположения оптического датчика вблизи поверхности ТВС является возможность контролирования парообразования вблизи поверхности ТВС, что особенно важно для предотвращения разрушения поверхности ТВС, вызываемого наличием поверхностной паровой пленки. Оптический датчик поз. 136, 137 эквивалентен оптическому датчику поз. 20, 21 на фиг. 1. На фиг. 18 показан вариант оптического датчика, обеспечивающего измерение параметров теплоносителя при перпендикулярных направлениях движения теплоносителя и зондирующего лазерного пучка. На несущей штанге поз. 141 здесь закреплены расширитель пучка 142, оптический отражатель 143 и дополнительное отражательное зеркало 144, обеспечивающее поворот оптической оси на 90 градусов. При этом проходящий в прямом и обратном направлениях зондирующий лазерный пучок проходит через более широкую часть распространяющегося снизу потока теплоносителя. Оптический датчик снабжен обтекателями поз. 145 и 146. Волоконно-оптическая линия 147 выводится из активной зоны реактора через его верхнюю часть. Данный оптический датчик устанавливается в активной зоне реактора на некотором фиксированном расстоянии от ТВС поз. 148 и на любой высоте от основания реактора. Таким образом, оптические датчики могут быть установлены в различных точках активной зоны ВВЭР в том числе непосредственно вблизи рабочей поверхности ТВС и обеспечивают непрерывный мониторинг в реальном времени состояния паросодержания теплоносителя. Оптические датчики могут быть установлены также в любой точке первого контура теплоносителя ВВЭР для контроля как паросодержания, так и определения концентрации борной кислоты, входящей в состав теплоносителя в водных реакторах типа ВВЭР. Следует отметить, что расположение оптических датчиков непосредственно в потоке теплоносителя является более простым техническим вариантом осуществления лазерной измерительной системы, нежели использование специальной измерительной кюветы с оптическими окнами-иллюминаторами, аналогично используемым в прототипе [11]. Тем не менее, в некоторых случаях возникает необходимость установления оптических датчиков вне трубопровода теплоносителя, например, в различных вспомогательных трубопроводных линиях. Такой вариант установки оптического датчика вне трубопровода теплоносителя представлен на фиг. 19. В этом варианте для осуществления контроля параметров теплоносителя с помощью оптического датчика трубопровод теплоносителя 66 снабжен оптическими иллюминаторами поз. 153 и 154. В этом варианте могут быть использованы датчики, как отражательного типа, так и проходного типа, а также возможно совместное расположение нескольких оптических датчиков, аналогичное представленному на фиг. 1 и фиг. 5.In the VVER reactor, fuel assemblies (FAs) are located in the core along with several standard measuring channels. Moreover, in the intervals between the fuel assemblies, it is possible to install additional measuring channels, including optical sensors. In FIG. 17 shows such an additional measuring channel in the VVER core, located close to the fuel assembly, indicated by pos. 135. This measuring channel includes an optical sensor of a reflective type based on a
Далее приведен анализ метода определения паросодержания на основе просвечивания теплоносителя зондирующим лазерным излучением. При просвечивании пароводяной смеси импульсом зондирующего лазерного излучения фотоприемник (фотоприемный блок) регистрирует уменьшение интенсивности импульса ЛИ вследствие рассеяния на пузырьках пара, присутствующих в теплоносителе.The following is an analysis of the method for determining the vapor content based on the transmission of the coolant by probing laser radiation. When a steam-water mixture is illuminated by a probe laser pulse, the photodetector (photodetector unit) detects a decrease in the LI pulse intensity due to scattering on the vapor bubbles present in the coolant.
Оценим толщину слоя пароводяной смеси, которую можно просветить пучком лазерного излучения. Для данной оценки достаточно рассмотреть пароводяную смесь с пузырьками пара одинакового размера, так называемую монодисперсную смесь. Для этого представим величину, называемую сухостью пара [16] и обозначаемую как х в видеLet us estimate the thickness of the layer of the steam-water mixture, which can be illuminated by a laser beam. For this assessment, it is sufficient to consider a steam-water mixture with vapor bubbles of the same size, the so-called monodisperse mixture. For this, we present a quantity called dry steam [16] and denoted as x in the form
где ρs - плотность сухого пара на линии насыщения (кг/м3), ρw - плотность воды на линии насыщения (кг/м3), Vb - объем пузырька пара (м3), Сb - концентрация пузырьков (м-3).where ρ s is the density of dry steam on the saturation line (kg / m 3 ), ρ w is the density of water on the saturation line (kg / m 3 ), V b is the volume of the vapor bubble (m 3 ), C b is the concentration of bubbles (m -3 ).
Из представленного выражения для сухости пара можно выразить произведение VbCb:From the presented expression for dry steam, we can express the product V b C b :
где β(х) - объемное паросодержание [17, С. 69], или как его еще называют расходное паросодержание [18, С. 89].where β (x) is the volumetric steam content [17, p. 69], or as it is also called expendable steam content [18, p. 89].
Как известно в случае монодисперсной среды оптическая толща среды τ определяется как [19, С. 25, 26]As is known, in the case of a monodisperse medium, the optical thickness of the medium τ is defined as [19, P. 25, 26]
где Db - диаметр пузырьков пара, Q - фактор эффективности ослабления зондирующего лазерного излучения, [19, С. 21], - толщина слоя пароводяной смеси. Данная величина равна удвоенному расстоянию между элементами поз. 14 и 15 в первом оптическом датчике на фиг. 1 и соответствует расстоянию между элементами поз. 22 и 23 в третьем оптическом датчике на фиг. 1.where D b is the diameter of the vapor bubbles, Q is the efficiency factor of attenuation of the probe laser radiation, [19, C. 21], - the thickness of the layer of steam-water mixture. This value is equal to twice the distance between the elements of pos. 14 and 15 in the first optical sensor of FIG. 1 and corresponds to the distance between the elements of pos. 22 and 23 in the third optical sensor of FIG. one.
Фактор эффективности ослабления зависит от параметра дифракции α=πDb/λ, где λ - длина волны зондирующего лазерного излучения. При α>30 фактор эффективности ослабления практически постоянен: Q=const=2 [19, С. 24]. При длине волны лазерного излучения λ=0,5×10-6 м фактор эффективности выходит на свое асимптотическое значение, равное 2, при размере рассеивающих частиц ~5 мкм. В пароводяном потоке в зависимости от паросодержания перемещаются пузырьки пара разного размера диаметром от нескольких микрометров до нескольких миллиметров [18, С. 83]. Следовательно, при рассеянии на пузырьках пара следует положить Q=2. Подставляя это значение в формулу (3), получаемThe attenuation efficiency factor depends on the diffraction parameter α = πD b / λ, where λ is the wavelength of the probe laser radiation. For α> 30, the attenuation efficiency factor is almost constant: Q = const = 2 [19, P. 24]. When the wavelength of laser radiation λ = 0.5 × 10 -6 m, the efficiency factor reaches its asymptotic value of 2, with a size of scattering particles of ~ 5 μm. Depending on the vapor content, steam bubbles of various sizes with diameters from a few micrometers to several millimeters move in a steam-water stream [18, p. 83]. Therefore, when scattering from vapor bubbles, Q = 2 should be set. Substituting this value into formula (3), we obtain
Если на слой пароводяной смеси падает лазерный импульс с энергией Е0, то на выходе из слоя, энергия импульса станет равнойIf a laser pulse with energy E 0 is incident on the layer of the steam-water mixture, then at the output of the layer, the pulse energy will become equal
Эта энергия регистрируется фотоприемником. Фотоприемник входит в состав фотоприемных блоков поз. 16, 34 и 35 на фиг. 1.This energy is recorded by a photodetector. The photodetector is part of the photodetector blocks pos. 16, 34 and 35 in FIG. one.
Из соотношения (5) следует соотношение для числа фотонов на входе и выходе пароводяного слояFrom relation (5) follows the relation for the number of photons at the input and output of the steam-water layer
где - число фотонов на входе, а - число фотонов на выходе пароводяного слоя, - энергия кванта лазерного излучения. Из (6) следует, чтоWhere is the number of photons at the input, and - the number of photons at the output of the steam-water layer, - energy of a quantum of laser radiation. It follows from (6) that
Из (7) видно, что чем чувствительнее фотоприемное устройство, тем более толстый слой пароводяной смеси может быть просвечен. Современные фотоприемные устройства способны регистрировать отдельные фотоны. Полагая отношение сигнал/шум равным 25, а энергию лазерных импульсов Е0=100 мДж, получим при длине волны лазерного излучения λ=0,5×10-6 мFrom (7) it is seen that the more sensitive the photodetector, the thicker the layer of the steam-water mixture can be illuminated. Modern photodetectors are capable of detecting individual photons. Putting the signal-to-noise ratio equal to 25, and the energy of the laser pulses E 0 = 100 mJ, we obtain at a wavelength of laser radiation λ = 0.5 × 10 -6 m
На фиг. 20 показана зависимость β(х), рассчитанная для пароводяной смеси реактора РБМК. Для ее расчета использовались значения плотности воды и пара на линии насыщения, приведенные в таблицах [20, С. 102], и взятые при среднем по длине технологического канала (ТК) значении давления. Как известно [21, С. 12] на входе ТК и на выходе ТК температура воды составляет 270 и 284,5°С, соответственно давление 79,6 и 75,3 кг/см2. Т.к. в таблицах [20, С. 102] давление выражено в барах, а 1 кг/см2=0,980665 бар, то пересчитав давление в бары, получим на входе ТК и на выходе ТК 78,06 и 73,84 бар. Среднее значение давления равно 75,95 бар. При этом давлении плотность воды на линии насыщения ρw=729,7 кг/м3, а плотность сухого пара ρs=40,09 кг/м3.In FIG. Figure 20 shows the dependence β (x) calculated for the steam-water mixture of the RBMK reactor. For its calculation, we used the values of the density of water and steam on the saturation line given in the tables [20, p. 102] and taken at an average pressure value along the length of the technological channel (TC). As it is known [21, p. 12], at the inlet of the HK and at the exit of the HK, the water temperature is 270 and 284.5 ° C, respectively, the pressure is 79.6 and 75.3 kg / cm 2 . Because in the tables [20, p. 102], the pressure is expressed in bars, and 1 kg / cm 2 = 0.980665 bar, then recalculating the pressure in bars, we get 78.06 and 73.84 bar at the input of the TC and at the output of the TC. The average pressure is 75.95 bar. At this pressure, the density of water on the saturation line ρ w = 729.7 kg / m 3 and the density of dry steam ρ s = 40.09 kg / m 3 .
Из рисунка на фиг. 20 видим, что при всех значениях х β≤1. Поэтому толщина пароводяного слоя, как следует из формулы (8), не меньше, чем 12Db. В экспериментах, моделирующих процесс парообразования в технологическом канале с помощью воздушноводяной смеси, диаметр пузырьков воздуха составлял от 2 до 15 мм [18, С. 87]. В пароводяном потоке, как отмечалось выше, в зависимости от паросодержания имеются пузырьки пара разного размера диаметром от нескольких микрометров до нескольких миллиметров.From the figure in FIG. 20 we see that for all values of x β≤1. Therefore, the thickness of the water-vapor layer, as follows from formula (8), is not less than 12D b . In experiments simulating the process of vaporization in a technological channel using an air-water mixture, the diameter of air bubbles ranged from 2 to 15 mm [18, p. 87]. In the steam-water flow, as noted above, depending on the vapor content, there are vapor bubbles of different sizes with diameters from a few micrometers to several millimeters.
Следует отметить, что из-за движения воды истинное объемное паросодержание, обозначаемое как правило буквой ϕ, отличается от β из-за уноса пузырьков восходящим потоком воды [18, С. 83]. Для определения ϕ существует много теоретических зависимостей для определения истинного паросодержания ϕ при восходящем пароводяном адиабатном потоке [18, С. 89; 7; 8]. Для расчета истинного паросодержания в ТК реактора РБМК используется формула [18, С. 91; 17, С. 69]It should be noted that, due to the movement of water, the true volumetric vapor content, usually denoted by the letter ϕ, differs from β due to the ablation of bubbles by an upward flow of water [18, p. 83]. To determine ϕ, there are many theoretical dependences for determining the true vapor content ϕ in an ascending steam-water adiabatic flow [18, P. 89; 7; 8]. To calculate the true steam content in the fuel cell of the RBMK reactor, the formula is used [18, P. 91; 17, p. 69]
где K - коэффициент проскальзывания фаз:where K is the phase slip coefficient:
dг=4S/П и S - гидравлический диаметр сечения и его площадь для прохода теплоносителя, П - смоченный периметр сечения, g=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения, w0=G/(ρwS) - скорость циркулирующего теплоносителя, G - массовый расход теплоносителя, Р - давление пароводяной смеси, Ркр=225 кг/см2=220,65 бар.d g = 4S / P and S is the hydraulic diameter of the section and its area for the passage of the coolant, P is the wetted perimeter of the section, g = 9.81 m / s 2 is the acceleration of gravity, w 0 = G / (ρ w S) - the velocity of the circulating coolant, G is the mass flow rate of the coolant, P is the pressure of the steam-water mixture, P cr = 225 kg / cm 2 = 220.65 bar.
Как известно [18, С. 15] параметры технологического канала (ТК) следующие: внутренний диаметр ТК dТК=80 мм; диаметр ТВЭЛ dТВЭЛ=13,6 мм; диаметр центральной трубы dЦТ=14,5 мм; максимальный массовый расход теплоносителя G=7,764 кг/с [17, С. 50]. Используя приведенные параметры, находим:As is known [18, p. 15], the parameters of the technological channel (TC) are as follows: inner diameter of the TC d TC = 80 mm; the diameter of the fuel rod d fuel rod = 13.6 mm; the diameter of the central pipe d CT = 14.5 mm; the maximum mass flow rate of the coolant G = 7.764 kg / s [17, p. 50]. Using the above parameters, we find:
П=π(dТК+18dТВЭЛ+dЦТ)=1,06×103 мм;P = π (d TK + 18d fuel rod + d CT ) = 1.06 × 10 3 mm;
dг=8,44 мм; w0=4,74 м/с.d g = 8.44 mm; w 0 = 4.74 m / s.
Рассчитанное при этих параметрах истинное паросодержание ϕ показано на фиг. 20: кривая 2 в технологическом канале максимальной мощности, кривая 3 в канале 50% мощности от максимальной.The true vapor content ϕ calculated with these parameters is shown in FIG. 20:
Из фиг. 20 видно, что истинное паросодержание может существенно отличаться от расходного. Формулу (8) при этом следует записать в видеFrom FIG. 20 shows that the true steam content can significantly differ from the consumption. In this case, formula (8) should be written as
Т.к. ϕ≤1, то полагая Db ~5 мм, получим, что не менее 60 мм, что вполне достаточно для просвечивания ТК.Because
Далее на основе изложенного можно решить задачу измерения сухости пара, а, следовательно, и его влажности, обозначаемой как у=1-х, по ослаблению интенсивности или энергии импульсов зондирующего лазерного излучения, проходящего через пароводяную смесь (теплоноситель). Используя формулы (5) и (4), в которой вместо β теперь будет фигурировать ϕ, получаемFurther, on the basis of the foregoing, it is possible to solve the problem of measuring the dryness of steam, and therefore its moisture, denoted as y = 1, by attenuating the intensity or energy of the pulses of the probe laser radiation passing through the steam-water mixture (coolant). Using formulas (5) and (4), in which ϕ will now appear instead of β, we obtain
откуда можем найти сухость пара, построив функцию обратную к (12):where can we find the dryness of steam by constructing the function inverse to (12):
На фиг. 21 в качестве примера показана эта функция для случая мощности, равной 50% от канала максимальной мощности (кривая 1). Кроме того для этого же случая показана зависимость влажности пара у=1-х от истинного паросодержания .In FIG. 21, this function is shown as an example for the case of power equal to 50% of the maximum power channel (curve 1). In addition, for the same case, the dependence of steam humidity y = 1 on the true steam content is shown .
Функцию, описывающую сухость (влажность) пара пароводяной смеси ядерного реактора в зависимости от измеренного истинного значения паросодержания можно получить аналитически, что важно для обработки результатов измерения с помощью ЭВМ. Для этого заметим, что формула (9) может быть представлена в виде [18, С. 89]A function that describes the dryness (humidity) of steam in a steam-water mixture of a nuclear reactor depending on the measured true value of the steam content can be obtained analytically, which is important for processing the measurement results using a computer. For this, we note that formula (9) can be represented in the form [18, P. 89]
Вводя в формуле (10) для упрощения выкладок обозначениеIntroducing in the formula (10) to simplify the calculations, the notation
представим K в виде represent K in the form
и подставим в (14). В результате получим относительно β алгебраическое уравнение третьей степени видаand substitute in (14). As a result, we obtain with respect to β an algebraic equation of the third degree of the form
Как известно [24, С. 43], алгебраические уравнения третьей степени разрешимы в радикалах. Используя теперь формулу (2), сухость пара можно выразить через β в видеAs is known [24, p. 43], algebraic equations of the third degree are solvable in radicals. Using now formula (2), the dryness of steam can be expressed through β in the form
и подставив сюда решение для β получим аналитическую зависимость сухости либо влажности у=1-х пара от измеренного значения ϕ.and substituting here the solution for β, we obtain the analytical dependence of dryness or humidity y = 1 pair on the measured value ϕ.
В случае полидисперсной среды (12) будет иметь видIn the case of a polydisperse medium (12) will have the form
где - средний объемно-поверхностный диаметр пузырька (диаметр Соттера) [19, С. 16], ƒ(Db) - дифференциальная функция счетного распределения пузырьков пара по размерам, которая определена таким образом, чтоWhere is the average volume-surface diameter of the bubble (Sotter diameter) [19, C. 16], ƒ (D b ) is the differential function of the countable size distribution of vapor bubbles, which is defined in such a way that
где - вероятность того, что диаметр пузырьков лежит в интервале , [19, С. 13].Where - the probability that the diameter of the bubbles lies in the range , [19, p. 13].
Таким образом, влажность пароводяной смеси в любом месте реактора, где расположены оптические датчики, можно определить на основании представленных формул и графиков по измеренному ослаблению энергии лазерного излучения Е, регистрируемого фотоприемным блоком.Thus, the humidity of the steam-water mixture anywhere in the reactor where the optical sensors are located can be determined on the basis of the presented formulas and graphs of the measured attenuation of the energy of the laser radiation E detected by the photodetector unit.
Для обработки полученных результатов измерения с помощью ЭВМ решение алгебраического уравнения третьей степени, составленного для соответствующей мощности технологического канала и измеренного ослабления энергии лазерного излучения,To process the obtained measurement results using a computer, the solution of the algebraic equation of the third degree, compiled for the corresponding power of the technological channel and the measured attenuation of the laser radiation energy,
записывается в виде радикалов и подставляется в выражениеwritten in the form of radicals and substituted in the expression
в результате чего ЭВМ выдает значение влажности у пароводяной смеси.as a result, the computer gives the value of humidity in the steam-water mixture.
Таким образом, в блоке обработки информации поз. 71 на фиг. 1 реализуется следующий алгоритм обработки информации, поступающей от фотоприемных блоков 16, 34 и 35. Для каждого из оптических датчиков обработка информации осуществляется индивидуально. От соответствующего фотоприемного блока в блок 71 поступает информация о величине энергии Е импульса ЛИ, прошедшего через слой теплоносителя. Одновременно от соответствующего измерителя лазерного излучения (поз. 3 или 4) поступает информация об исходном уровне энергии импульса зондирующего лазерного излучения E0. Далее на основании этой информации по приведенным выше формулам и параметрам режима работы ядерного реактора (давление, температура и т.п.) определяются следующие параметры паросодержания теплоносителя:Thus, in the information processing unit pos. 71 in FIG. 1, the following algorithm for processing information from
β - объемное паросодержаниеβ - volumetric steam content
ϕ - истинное объемное паросодержание.ϕ is the true volumetric vapor content.
х - сухость пара.x - dry steam.
у=1-х - влажность пара.y = 1 - steam humidity.
Следует отметить, что основным измеряемым параметром теплоносителя ядерного реактора здесь является последний параметр у - так называемая влажность пара, представляющая собой массовую долю водяных капель в единице массы теплоносителя. Величина у является основным контролируемым параметром паросодержания и составляет (согласно регламенту) на выходе активной зоны ядерного реактора ~ 14%. Указанные измеренные параметры паросодержания от блока обработки информации 71 поступают на центральный пульт управления ядерным реактором. Аналогичным образом в блоке обработки информации осуществляется измерение паросодержания в контейнере модели-аналога ядерного реактора 40 фиг. 1. При этом учитываются параметры температуры, давления и скорости перемещения пароводяной смеси, задаваемое вентилятором и ультразвуковым возбудителем. Величина давления может соответствовать атмосферному давлению при открытых верхних люках контейнера 152. Возможно использование специального контейнера модели-аналога, в котором реализуется специальный заданный уровень давления, соответствующий реальному давлению в ядерном реакторе. При этом осуществляется контроль паросодержания оптическим методом с помощью телевизионной камеры и оптического осветителя. Этим реализуется дополнительный контроль паросодержания в модели-аналоге ядерного реактора. В блоке обработки информации 71 осуществляется непрерывное сравнение параметров паросодержания, измеренных одинаковыми оптическими датчиками в теплоносителе ядерного реактора и в модели-аналоге ядерного реактора. Это позволяет повысить точность и достоверность получаемых результатов измерения параметров теплоносителя ядерного реактора. Дополнительным фактором повышения точности измерения паросодержания и надежности получаемых результатов является одновременное использование рядом расположенных трех оптических датчиков и одновременное измерение этими датчиками бокового рассеянного излучения наряду с измерением ослабления прямого проходящего зондирующего лазерного излучения.It should be noted that the main measured parameter of the coolant of a nuclear reactor here is the last parameter y — the so-called steam humidity, which is the mass fraction of water droplets per unit mass of the coolant. The value of γ is the main controlled parameter of the vapor content and is (according to the regulation) at the output of the core of a nuclear reactor ~ 14%. These measured parameters of the vapor content from the
Лазерная измерительная система разработана на основе средств современной лазерной техники и оптоэлектроники и имеет в своем составе элементы и изделия, освоенные и выпускаемые промышленностью. В измерительной системе использованы лазерные генераторы видимого диапазона длин волн и ультрафиолетового диапазона длин волн, генерирующие импульсное лазерное излучение, непрерывное лазерное излучение, а также обеспечивающие перестройку генерируемого лазерного излучения в пределах всего видимого диапазона длин волн (лазерный генератор поз. 2) в различных вариантах выполнения и построения лазерной измерительной системы. Изменение параметров генерируемого лазерного излучения, а также включение и выключение лазерных генераторов осуществляется по командам от блока управления. В качестве фотоприемных блоков использованы высокочувствительные фотоприемные устройства видимого диапазона на основе, например, фотоэлектронных умножителей, или полупроводниковых диодов. Фотоприемные блоки содержат фотоприемники, усилители и блоки оцифровки принимаемых сигналов. Управляемые оптические фильтры выполнены на основе акустооптических кристаллов, в которых с помощью пьезоэлементов возбуждаются ультразвуковые акустические волны. Возбуждение акустических волн осуществляется с помощью электрического генератора высокой частоты, входящего в состав управляемого оптического фильтра. Взаимодействие проходящего через акустооптический кристалл лазерного излучения с возбужденной ультразвуковой волной обеспечивает фильтрацию лазерного излучения на фиксированной длине волны, определяемой длиной волны ультразвука. Этим обеспечивается пропускание принимаемого лазерного излучения с длиной волны, генерируемой лазерным генератором, и фильтрация помеховых оптических излучений, возникающих при работе ядерного реактора. Управляемые оптические фильтры, имеющие также название спектральных перестраиваемых фильтров, выпускаются промышленностью [13], [14]. Оптические затворы и оптические переключатели выполняются на основе оптических диафрагм и выносных зеркал, перекрывающих световой поток или вносимых в световой поток с помощью управляемых шаговых электродвигателей. Возможно также использование акустооптических ячеек на основе акустооптических кристаллов, работающих в режиме перекрывания или переключения проходящего светового потока. Важными элементами предлагаемой лазерной системы измерений являются волоконно-оптические линии, сопряженные с адаптерами волокна и расширителями пучка. В настоящее время промышленностью выпускается широкий ассортимент волоконно-оптических линий и сопутствующих элементов - адаптеров волокна, обеспечивающих сопряжение волокна с распространяющимся лазерным пучком. Расширитель пучка является адаптером волокна, обеспечивающим формирование более широкого по сечению пучка лазерного излучения. Адаптеры волокна и расширители пучка имеют одинаковый состав. Схема расширителя пучка, помещенного в специальный водонепроницаемый бокс, приведена на фиг. 8. Собственно расширитель пучка представляет собой линзу поз. 77, в фокусе которой размещен выходной торец волоконно-оптической линии 78. Корпус 79 водонепроницаемого бокса заканчивается плоским выходным защитным стеклом 80, вплотную с которым размещена линза 77 расширителя пучка. Возможно выполнение расширителя пучка без защитного стекла, функции которого выполняет сама линза. Внутренний объем бокса заполняется инертным газом. Промышленностью выпускаются волоконно-оптические линии, работающие в условиях высокого уровня радиации, а также высоких температур и давлений окружающей среды. Промышленностью также освоены оптические элементы - линзы и объективы, работающие в условиях радиации и повышенных давлений и температуры. Таким образом, в настоящее время не представляет проблем создание оптических датчиков, пригодных для работы в условиях активной зоны ядерного реактора. Не представляет также проблем создание элементов вывода волоконно-оптической линии из трубопровода теплоносителя, или из корпуса ядерного реактора (выводная втулка поз. 76 на фиг. 5). Модель-аналог 40 ядерного реактора выполнена на основе заполненного водой контейнера (поз. 152 на фиг. 1), расположенного вне зоны действия радиации и работающего в условиях обычного атмосферного давления. Вследствие работы модели-аналога в обычном атмосферном давлении волоконно-оптические линии, связывающие оптические датчики с оптическими измерительными блоками, выводятся из контейнера 152 через его верхние открытые люки без использования проходных втулок. Необходимый уровень парообразования в контейнере достигается за счет электрического нагревателя. Возможно использование специального контейнера, адаптированного для работы в условиях высокого давления и температуры и полностью воспроизводящего параметры теплоносителя в ядерном реакторе, кроме наличия радиации. Ультразвуковые возбудители 48, 49 выполнены на основе пъезоэлементов, спроектированных и предназначенных для работы в водной среде с повышенной рабочей температурой. Оптический осветитель 51 содержит источник света и конденсор, формирующий параллельный световой поток. Возможно использование в качестве осветителя лазерного генератора, снабженного расширителем пучка.Телевизионная камера 52 содержит объектив, многоэлементную фотоприемную матрицу и блок оцифровки сигналов с выхода матрицы. В качестве блока обработки информации использован высокопроизводительный компьютер, снабженный специальной программой обработки телевизионных изображений, выделения контуров изображений и подсчета обработанных элементов - изображений отдельных локализованных пузырьков пара. Такие методы и программы обработки изображений известны и применяются, например, в лазерной локации [12]. В качестве блока управления использован стандартный компьютер, снабженный блоками сопряжения для связи с набором управляемых элементов и устройств лазерной системы измерений. В качестве блока быстрого преобразования Фурье (БПФ) 67 использован специализированный высокопроизводительный процессор, снабженный специальной программой выполнения цифрового быстрого Фурье-преобразования временных сигналов с выхода фотоприемного блока. Блок обработки информации снабжен дисплеем, на котором отображаются результаты обработки поступающей информации и параметры паросодержания теплоносителя в различных точках реактора, в которых установлены оптические датчики лазерной системы измерений. Результаты измерений от блока обработки информации передаются также на центральный пульт управления ядерного реактора.The laser measuring system is developed on the basis of modern laser technology and optoelectronics and incorporates elements and products mastered and manufactured by the industry. In the measuring system, laser generators of the visible wavelength range and the ultraviolet wavelength range are used, which generate pulsed laser radiation, continuous laser radiation, and also provide tuning of the generated laser radiation within the entire visible wavelength range (laser generator pos. 2) in various embodiments and building a laser measuring system. Changing the parameters of the generated laser radiation, as well as turning on and off the laser generators, is carried out by commands from the control unit. As photodetector blocks, highly sensitive visible photodetector devices based on, for example, photoelectronic multipliers or semiconductor diodes are used. Photodetector blocks contain photodetectors, amplifiers, and blocks for digitizing received signals. Controlled optical filters are based on acousto-optic crystals, in which ultrasonic acoustic waves are excited using piezoelectric elements. Acoustic waves are excited using a high-frequency electric generator, which is part of a controlled optical filter. The interaction of laser radiation passing through an acousto-optic crystal with an excited ultrasonic wave provides filtering of laser radiation at a fixed wavelength determined by the wavelength of the ultrasound. This ensures the transmission of the received laser radiation with a wavelength generated by the laser generator, and filtering interference optical radiation arising from the operation of a nuclear reactor. Controlled optical filters, also called spectral tunable filters, are manufactured by industry [13], [14]. Optical shutters and optical switches are made on the basis of optical diaphragms and remote mirrors that block the luminous flux or introduced into the luminous flux using controlled stepper motors. It is also possible to use acousto-optic cells based on acousto-optic crystals operating in the mode of overlapping or switching the transmitted light flux. Important elements of the proposed laser measurement system are fiber optic lines paired with fiber adapters and beam expanders. Currently, the industry produces a wide range of fiber-optic lines and related elements - fiber adapters, which provide the interface of the fiber with the propagating laser beam. The beam expander is a fiber adapter that provides the formation of a wider laser beam cross section. Fiber adapters and beam expanders have the same composition. A diagram of a beam expander placed in a special waterproof box is shown in FIG. 8. The beam expander itself is a lens pos. 77, in the focus of which the output end of the
Предлагаемая лазерная система измерения паросодержания предназначена для использования в водных ядерных реакторах двух типов: РБМК и ВВЭР. В обоих ядерных реакторах в качестве теплоносителя используется вода. Конструкция и режимы работы реакторов имеют существенные различия. Это обусловливает особенности в установке оптических датчиков лазерной измерительной системы в рабочих зонах ядерных реакторов. РБМК является одноконтурным реактором с кипящим теплоносителем, в котором пар образуется непосредственно в активной зоне реактора. РБМК состоит из множества технологических (топливных) каналов, в каждом из которых установлена одна тепловыделяющая сборка (ТВС), через которую проходит вода теплоносителя под воздействием мощных циркуляционных насосов. Выходы всех технологических каналов объединяются в главном суммарном трубопроводе и поступают на паровой сепаратор, отделяющий образованный в технологических каналах пар от воды. Далее пар из паросепаратора поступает в паровые турбины, вращающие электрогенераторы, а вода с выхода паросепаратора поступает в циркуляционные насосы, из которых вода поступает вновь на входы технологических каналов. Таким образом, начало парообразования в данных типах реакторов осуществляется в технологических каналах реактора. Такая схема работы РБМК (фиг. 9) определяет особую важность измерения уровня паросодержания во всех точках циркуляции теплоносителя в активной зоне ядерного реактора - в местах образования пара в технологических каналах РБМК. В предлагаемой лазерной системе оптические датчики могут быть установлены во всех указанных ответственных местах активной зоны ядерного реактора и его контура теплоносителя. При этом оптические датчики могут быть установлены в нескольких выбранных технологических каналах ядерного реактора, например, в ряде центральных каналов, и в ряде периферийных каналов в активной зоне ядерного реактора. Это позволит получать достаточно достоверную картину о режиме работы и парообразования в целом в технологических каналах ядерного реактора. Возможна установка оптических датчиков лазерной системы в каждом из имеющихся технологических каналов ядерного реактора. Это позволит получать наиболее полную картину парообразования и режимов работы каждого из имеющихся технологических каналов и оперативно реагировать на какие-либо отклонения от стандартного режима работы каждого отдельного технологического канала. Установка оптических датчиков в главном суммарном выходном трубопроводе технологических каналов (или байпасе главного суммарного трубопровода) позволяет получать важную информацию о режиме работы всего ядерного реактора. Следует отметить возможность установки оптических датчиков на выходе паросепаратора для оценки параметров пара, поступающего на паровые турбины, а также на втором водном выходе паросепаратора для оценки параметров паросодержания в обратном потоке теплоносителя на входах в технологические каналы. Данная оценка может служить опорным уровнем для измерения паросодержания в технологических каналах. Для обеспечения работы дополнительно нескольких оптических датчиков в лазерную систему следует дополнительно включить соответствующее количество оптических переключателей и оптических затворов, соответствующим образом соединенных с вновь дополнительно введенными оптическими датчиками. При этом лазерные генераторы и фотоприемные блоки остаются в прежнем количестве.The proposed laser system for measuring vapor content is intended for use in two types of aqueous nuclear reactors: RBMK and VVER. In both nuclear reactors, water is used as a coolant. The design and operating modes of the reactors have significant differences. This causes features in the installation of optical sensors of the laser measuring system in the working areas of nuclear reactors. RBMK is a single-circuit reactor with a boiling coolant, in which steam is formed directly in the reactor core. RBMK consists of many technological (fuel) channels, in each of which one fuel assembly (FA) is installed, through which coolant water passes under the influence of powerful circulation pumps. The outputs of all technological channels are combined in the main total pipeline and fed to a steam separator that separates the steam formed in the technological channels from water. Next, the steam from the steam separator enters the steam turbines rotating electric generators, and the water from the output of the steam separator enters the circulation pumps, from which the water again enters the entrances of the technological channels. Thus, the beginning of vaporization in these types of reactors is carried out in the technological channels of the reactor. Such a RBMK operation scheme (Fig. 9) determines the particular importance of measuring the vapor content at all points of the coolant circulation in the core of a nuclear reactor — in the places of steam formation in the RBMK technological channels. In the proposed laser system, optical sensors can be installed in all these critical places in the core of the nuclear reactor and its coolant circuit. Optical sensors can be installed in several selected technological channels of a nuclear reactor, for example, in a number of central channels, and in a number of peripheral channels in the core of a nuclear reactor. This will allow you to get a fairly reliable picture of the operating mode and vaporization in general in the technological channels of a nuclear reactor. It is possible to install optical sensors of the laser system in each of the available technological channels of a nuclear reactor. This will allow you to get the most complete picture of the vaporization and operating modes of each of the available technological channels and to quickly respond to any deviations from the standard operating mode of each individual technological channel. The installation of optical sensors in the main total output pipeline of technological channels (or the bypass of the main total pipeline) allows you to obtain important information about the operating mode of the entire nuclear reactor. It should be noted that it is possible to install optical sensors at the outlet of the steam separator to evaluate the parameters of the steam entering the steam turbines, as well as at the second water outlet of the steam separator to estimate the parameters of the vapor content in the return coolant at the entrances to the technological channels. This assessment can serve as a reference level for measuring vapor content in technological channels. To ensure the operation of additionally several optical sensors in the laser system, it is necessary to additionally include the appropriate number of optical switches and optical shutters, appropriately connected to the newly added optical sensors. In this case, laser generators and photodetector blocks remain in the same amount.
Таким образом, использование предлагаемой лазерной системы измерения паросодержания в системе РБМК в различных точках контура теплоносителя реактора, а также в активной зоне реактора при установке оптических датчиков в технологических каналах и в каналах СУЗ позволяет существенно повысить объем информации о режиме работы и параметрах состояния теплоносителя и активной зоны РБМК и, на основании этого, повысить безопасность работы ядерного реактора данного типа.Thus, the use of the proposed laser system for measuring the vapor content in the RBMK system at various points in the reactor coolant circuit, as well as in the reactor core when installing optical sensors in the technological channels and in the control and monitoring channels, can significantly increase the amount of information about the operating mode and parameters of the coolant and active RBMK zones and, on the basis of this, increase the safety of this type of nuclear reactor.
Использование предлагаемой лазерной системы измерений в реакторах типа ВВЭР также позволяет повысить эффективность работы и безопасность эксплуатации данных реакторов. Как известно, ВВЭР являются корпусными двухконтурными реакторами, в которых парообразование осуществляется парогенераторами, связанными со вторым контуром теплоносителя. В первом контуре теплоносителя образование пара недопустимо, так как это приводит к снижению эффективности работы реактора, ухудшению теплосъема с ТВС, разрушению поверхностного слоя ТВС и снижению сроков службы ТВС. Поэтому установка оптических датчиков в активной зоне ВВЭР непосредственно вблизи поверхности ТВС позволяет получить важную информацию о режиме работы реактора в его активной зоне и своевременно предупредить о появлении даже небольших количеств пара в поверхностном слое ТВС. Оптические датчики целесообразно установить во втором контуре ВВЭР, а также на выходе парогенератора для получения информации о параметрах и качестве пара, поступающего далее на паровые турбины. В настоящее время осуществляется проектирование корпусных реакторов ВВЭР с кипящим теплоносителем в активной зоне реактора. Такие реакторы совмещают преимущества реакторов РБМК и ВВЭР двухконтурного типа, в частности для работы АЭС с такими реакторами не требуется использование парогенераторов. Однако для обеспечения эффективности и безопасности работы реакторов данного типа весьма важное значение имеет получение точной и достоверной информации о параметрах паросодержания в различных точках активной зоны реактора и теплоносителя. Для решения этой задачи целесообразно использовать предлагаемую лазерную систему измерений, которая обеспечивает получение данной информации путем размещения оптических датчиков в различных точках активной зоны ядерных реакторов данного типа.The use of the proposed laser measurement system in VVER-type reactors also makes it possible to increase the operational efficiency and operational safety of these reactors. It is well known that VVER are double-loop case reactors in which steam generation is carried out by steam generators connected with the second coolant circuit. In the first coolant circuit, steam formation is unacceptable, since this leads to a decrease in the reactor operation efficiency, deterioration of heat removal from fuel assemblies, destruction of the surface layer of fuel assemblies and reduction of fuel assembly service life. Therefore, the installation of optical sensors in the VVER core directly near the surface of a fuel assembly provides important information on the operating mode of the reactor in its core and timely warning of the appearance of even small amounts of steam in the surface layer of a fuel assembly. It is advisable to install optical sensors in the second VVER circuit, as well as at the output of the steam generator, to obtain information on the parameters and quality of the steam coming further to the steam turbines. At present, the design of VVER hull reactors with boiling coolant in the reactor core is being carried out. Such reactors combine the advantages of RBMK and VVER double-loop reactors, in particular, steam generators are not required to operate nuclear power plants with such reactors. However, to ensure the efficiency and safety of operation of reactors of this type, it is very important to obtain accurate and reliable information on the parameters of the vapor content at various points in the reactor core and coolant. To solve this problem, it is advisable to use the proposed laser measurement system, which provides this information by placing optical sensors at various points in the active zone of nuclear reactors of this type.
Следует отметить возможность и перспективность использования предлагаемой лазерной системы измерений для контроля качества пара, поступающего с выхода паросепаратора на паровые турбины. Для реализации измерения качества пара оптические датчики лазерной системы измерений могут быть установлены в паропроводе на входе в паровые турбины, а также в точках технологического контроля внутри паровой турбины.It should be noted the possibility and prospects of using the proposed laser measurement system to control the quality of the steam coming from the steam separator to steam turbines. To implement the measurement of steam quality, optical sensors of the laser measurement system can be installed in the steam line at the entrance to the steam turbines, as well as at points of technological control inside the steam turbine.
По материалам данной заявки проведены теоретический анализ и математическое моделирование процесса прохождения зондирующего лазерного излучения через пароводяную смесь теплоносителя и измерения на этой основе паросодержания в теплоносителе с параметрами, соответствующими действующему ядерному реактору. Проведены натурные экспериментальные исследования модели-аналога ядерного реактора. Проведенные исследования подтвердили обеспечение высокой точности измерения паросодержания в теплоносителе на основе метода зондирования теплоносителя лазерным излучением, реализованного в предлагаемой лазерной измерительной системе.Based on the materials of this application, a theoretical analysis and mathematical modeling of the process of probing laser radiation passing through the steam-water mixture of the coolant and measurements on this basis of the vapor content in the coolant with parameters corresponding to the current nuclear reactor are carried out. Field experimental studies of the analog model of a nuclear reactor were carried out. The conducted studies have confirmed the high accuracy of measuring the vapor content in the coolant based on the method of probing the coolant with laser radiation, implemented in the proposed laser measuring system.
В представленной заявке на изобретение следует отметить следующие два фактора новизны изобретения. Во-первых, в качестве новизны следует отметить реализацию оперативного измерения паросодержания теплоносителя методом просвечивания теплоносителя зондирующим лазерным излучением в любой точке контура теплоносителя в том числе в активной зоне реактора типа РБМК, а также типа ВВЭР. При этом важным фактором является вынос измерительной аппаратуры из технической зоны ядерного реактора посредством волоконно-оптических линий. Во-вторых, в качестве новизны следует отметить существенное увеличение информативности при измерении характеристик теплоносителя ядерного энергетического реактора. В предлагаемой лазерной измерительной системе реализована возможность использования нескольких оптических датчиков, размещаемых в различных точках теплоносителя и активной зоны ядерного реактора. Указанные оптические датчики осуществляют непрерывный и постоянный мониторинг оптических параметров теплоносителя в различных режимах работы ядерного реактора на протяжении всего времени его работы от начала загрузки ТВС до завершения выгорания ядерных материалов. При этом накапливается большое количество информации об оптических параметрах теплоносителя ядерного реактора на протяжении всего времени его функционирования. Образуется информационный портрет состояния оптических параметров теплоносителя в различных стадиях и циклах работы ядерного энергетического реактора. Данная информация представляет значительный интерес и позволяет повысить эффективность управления ядерным реактором, увеличить безопасность его работы.In the submitted application for the invention, the following two factors of novelty of the invention should be noted. Firstly, it should be noted as a novelty the implementation of the on-line measurement of the coolant vapor content by the method of transmission of the coolant by probe laser radiation at any point of the coolant circuit, including in the reactor core of the RBMK type and also of the WWER type. An important factor is the removal of measuring equipment from the technical zone of a nuclear reactor through fiber optic lines. Secondly, as a novelty, a significant increase in information content should be noted when measuring the characteristics of the coolant of a nuclear power reactor. The proposed laser measuring system implements the possibility of using several optical sensors located at different points of the coolant and the core of a nuclear reactor. These optical sensors carry out continuous and constant monitoring of the optical parameters of the coolant in various operating modes of a nuclear reactor throughout its entire life from the start of fuel assembly loading to the completion of burning of nuclear materials. At the same time, a large amount of information is accumulated about the optical parameters of the coolant of a nuclear reactor throughout its entire operation. An information portrait of the state of the optical parameters of the coolant is formed in various stages and cycles of a nuclear power reactor. This information is of significant interest and can improve the efficiency of controlling a nuclear reactor, increase the safety of its operation.
Предлагаемая лазерная система измерений обеспечивает высокую точность и достоверность получаемой информации о паросодержании в теплоносителе ядерного реактора. Это обеспечивается использованием оптического метода измерений параметров зондирующего лазерного излучения, прошедшего через теплоноситель в различных точках активной зоны ядерного реактора и контура теплоносителя. Высокая точность обеспечивается применением современных мощных лазерных генераторов видимого диапазона длин волн и высокочувствительных фотоприемных блоков. Это обеспечивает возможность регистрации одного единичного парового пузырька в теплоносителе в зоне прохождения зондирующего лазерного излучения. Дополнительная информативность обеспечивается использованием лазерных генераторов с перестройкой длины волны генерируемого излучения и измерения спектрального пропускания теплоносителя в широком диапазоне длин волн. Предлагаемая лазерная измерительная система обладает высокой помехоустойчивостью и защищенностью от всех видов помех и электромагнитных воздействий, имеющих высокий уровень в условиях ядерного реактора. Это обусловлено использованием волоконно-оптических линий и собственно лазерного излучения, характеризующегося отсутствием взаимодействия фотонов с окружающим электромагнитным полем и радиационно-нейтронным излучением. Обеспечению высокой помехозащищенности способствует вынос собственно измерительной аппаратуры из зоны действия ядерного реактора. Важным фактором повышения точности и достоверности измерения паросодержания является использование модели-аналога ядерного реактора, с помощью которой осуществляется моделирование и создание водной среды (эталонной субстанции), оптические параметры которой соответствуют оптическим параметрам реального теплоносителя в ядерном реакторе. Важной информацией о режимах работы ядерного реактора является информация о характере временного спектра пропускания теплоносителя, получаемая с помощью блока быстрого Фурье-преобразования (БПФ). Важным преимуществом предлагаемой лазерной системы измерений является использование волоконно-оптических линий, позволяющих вынести измерительную аппаратуру за пределы технической зоны реактора на расстояние порядка 1000 метров и более. В активной зоне реактора устанавливаются только простые оптические датчики, соединенные волоконно-оптическими линиями с измерительной аппаратурой. Указанные оптические датчики и волоконно-оптические линии адаптированы для работы в условиях радиации, высоких давлений и температур. Таким образом, предлагаемая лазерная система измерений обеспечивает непрерывно получаемой информацией о важных параметрах работы активной зоны и теплоносителя ядерного реактора, а также своевременным получением информации о недопустимых или аварийных параметрах теплоносителя в технологических каналах активной зоны ядерного реактора. Можно утверждать, что наличие такой системы измерения паросодержания в Чернобыльском реакторе РБМК позволило бы своевременно получить информацию о начале аварийного увеличения паросодержания и предотвратить тепловой взрыв реактора.The proposed laser measurement system provides high accuracy and reliability of the received information about the vapor content in the coolant of a nuclear reactor. This is ensured by using the optical method for measuring the parameters of the probe laser radiation that passed through the coolant at various points in the core of the nuclear reactor and the coolant circuit. High accuracy is ensured by the use of modern powerful laser generators of the visible wavelength range and highly sensitive photodetector blocks. This makes it possible to register one single vapor bubble in the coolant in the zone of passage of the probe laser radiation. Additional information is provided by the use of laser generators with a tunable wavelength of the generated radiation and measurements of the spectral transmittance of the coolant in a wide range of wavelengths. The proposed laser measuring system has high noise immunity and protection from all types of interference and electromagnetic influences, which are high in a nuclear reactor. This is due to the use of fiber optic lines and laser radiation proper, characterized by the absence of interaction of photons with the surrounding electromagnetic field and radiation-neutron radiation. The provision of high noise immunity is facilitated by the removal of the actual measuring equipment from the zone of operation of the nuclear reactor. An important factor in increasing the accuracy and reliability of measuring the vapor content is the use of an analog model of a nuclear reactor, which is used to model and create an aqueous medium (reference substance), the optical parameters of which correspond to the optical parameters of a real coolant in a nuclear reactor. Important information on the operating modes of a nuclear reactor is information on the nature of the temporal transmission spectrum of the coolant obtained using the fast Fourier transform (FFT) block. An important advantage of the proposed laser measurement system is the use of fiber-optic lines that allow measuring equipment to be moved outside the technical zone of the reactor to a distance of about 1000 meters or more. In the reactor core, only simple optical sensors are installed, connected by fiber optic lines to the measuring equipment. These optical sensors and fiber optic lines are adapted for operation in radiation, high pressures and temperatures. Thus, the proposed laser measurement system provides continuously received information on important parameters of the core and coolant of a nuclear reactor, as well as timely receipt of information on invalid or emergency parameters of the coolant in the technological channels of the core of a nuclear reactor. It can be argued that the existence of such a system for measuring the vapor content in the RBMK Chernobyl reactor would allow timely information on the start of an emergency increase in steam content and prevent thermal explosion of the reactor.
Предлагаемая лазерная система измерений является наиболее адекватным средством решения актуальной проблемы измерения параметров теплоносителя в современных реакторах РБМК и ВВЭР.The proposed laser measurement system is the most appropriate means of solving the urgent problem of measuring the coolant parameters in modern RBMK and VVER reactors.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2065604 от 20.08.1996 г. Способ и устройство для определения закипания жидкости.1. RF patent No. 2065604 from 08.20.1996, the Method and device for determining the boiling of a liquid.
2. Патент РФ №2238547 от 20.10.2004 г. Способ определения пузырькового кипения.2. RF patent No. 2238547 dated 10/20/2004. A method for determining bubble boiling.
3. Патент РФ №2167457 от 20.05.2001. Способ безынерционного контроля паросодержания в теплоносителе ядерного реактора.3. RF patent No. 2167457 dated 05/20/2001. A method for inertialess control of the vapor content in the coolant of a nuclear reactor.
4. Патент РФ №2437176. Опубл. 20.12.2011. Бюл. №35. Способ и канал обнаружения кипения теплоносителя в активной зоне реактора ВВЭР.4. RF patent No. 2437176. Publ. 12/20/2011. Bull.
5. Патент РФ №2136062 от 27.08.1999 г. Способ определения парового коэффициента реактивности на АЭС с реакторными установками типа РБМК.5. RF patent No. 2136062 dated 08/27/1999, the Method for determining the steam reactivity coefficient at nuclear power plants with RBMK type reactor plants.
6. US 12 / 945 680. 12.11.2010.6.
7. Патент РФ №2580380, опубл. 10.04.2016, Бюл. №10. Способ и система для контроля качества пара.7. RF patent No. 2580380, publ. 04/10/2016, Bull. No. 10. Method and system for steam quality control.
8. Манкевич С.К., Орлов Е.П. Абсорбционно-спектральный фотометрический метод измерения концентрации борной кислоты в теплоносителе контура охлаждения энергетического ядерного реактора. Атомная энергия, 2016, Т. 121, вып. 5, С. 265-269.8. Mankevich S.K., Orlov E.P. Absorption-spectral photometric method for measuring the concentration of boric acid in the coolant of a cooling circuit of a nuclear power reactor. Atomic Energy, 2016, vol. 121, no. 5, S. 265-269.
9. Манкевич С.К., Орлов Е.П. Абсорбционно-спектральный метод контроля характеристик теплоносителя в ядерном энергетическом реакторе. Препринт ФИАН №12. М. 2015 г. 34 с.9. Mankevich S.K., Orlov E.P. Absorption-spectral method for monitoring the characteristics of the coolant in a nuclear power reactor. Preprint FIAN No. 12. M. 2015, 34 p.
10. Манкевич С.К., Орлов Е.П. Система измерения концентрации борной кислоты в первом контуре теплоносителя ядерного энергетического реактора. Патент РФ №2594364 с приоритетом от 14.05.2015 г. Опубл.: заявка 10.10.2015 г. Патент опубл. 20.08.2016 г. Бюл. №23.10. Mankevich S.K., Orlov E.P. A system for measuring the concentration of boric acid in the primary coolant circuit of a nuclear power reactor. RF patent No. 2594364 with priority dated 05/14/2015. Publ.: Application 10.10.2015. Patent publ. 08/20/2016 Bul.
11. Манкевич С.К., Орлов Е.П., Филичкина Л.Л. Система измерения концентрации борной кислоты в контуре теплоносителя энергетического ядерного реактора. Патент РФ №2606369. Опубл. 10.01.2017. Бюл. №1. (прототип).11. Mankevich S.K., Orlov E.P., Filichkina L.L. A system for measuring the concentration of boric acid in the coolant circuit of a nuclear power reactor. RF patent №2606369. Publ. 01/10/2017. Bull. No. 1. (prototype).
12. Манкевич С.К., Носач О.Ю., Орлов Е.П. и др. Способ лазерной локации и локационное устройство для его осуществления. Патент РФ №2249234. Опубл. Бюл. №9. 27.03.2005 г.12. Mankevich S.K., Nosach O.Yu., Orlov E.P. et al. Laser location method and location device for its implementation. RF patent No. 229234. Publ. Bull. No. 9. 03/27/2005
13. Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акусто-оптики. М.: Радио и связь. 1985. С. 134-234.13. Balakshiy V.I., Parygin V.N., Chirkov L.E. Physical foundations of acousto-optics. M .: Radio and communication. 1985.S. 134-234.
14. Балакший В.И., Манкевич С.К., Парыгин В.Н. Квантовая электроника. 1985, Т. 12, №4.14. Balakshiy V.I., Mankevich S.K., Parygin V.N. Quantum Electronics. 1985, T. 12, No. 4.
15. Емельянов И.Я. и др. Управление и безопасность ядерных реакторов. М.: Атомиздат, 1985.15. Emelyanov I.Ya. et al. Management and safety of nuclear reactors. M .: Atomizdat, 1985.
16. Турбины тепловых и атомных электростанций. Под ред. А.Г. Костюка и В.В. Фролова. М.: Издательство МЭИ 2001 г. С. 488.16. Turbines of thermal and nuclear power plants. Ed. A.G. Kostyuk and V.V. Frolova. M .: Publishing House MPEI 2001, S. 488.
17. Доллежаль Н.А., Емельянов И.Я. Канальный ядерный энергетический реактор. М.: Атомиздат, 1980. - 208 с.17. Dollezhal N.A., Emelyanov I.Ya. Channel nuclear power reactor. M .: Atomizdat, 1980 .-- 208 p.
18. Фёдоров Л.Ф., Рассохин Н.Г. Процессы генерации пара на атомных электростанциях. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 288 с.18. Fedorov L.F., Rassokhin N.G. The processes of steam generation in nuclear power plants. M .: Energoatomizdat, 1985 .-- 288 p.
19. Архипов В.А. Лазерные методы диагностики гетерогенных потоков. // Под. ред. д.ф.-м.н. И.М. Васенина. Томск.: Издательство Томского университета, 1987. - 141 с.19. Arkhipov V.A. Laser methods for the diagnosis of heterogeneous flows. // Under. ed. Doctor of Philosophy THEM. Vasenina. Tomsk .: Publishing house of Tomsk University, 1987. - 141 p.
20. Вукалович М.П. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М.: Машиностроение, 1967. - 160 с.20. Vukalovich M.P. Thermophysical properties of water and water vapor. M .: Engineering, 1967. - 160 p.
21. Шелегов А.С., Лескин С.Т., Слободчук В.И. Физические особенности и конструкция реактора РБМК-1000: Учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2011, - 64 с.21. Shelegov A.S., Leskin S.T., Slobodchuk V.I. Physical features and design of the RBMK-1000 reactor: a training manual. M.: NRNU MEPhI, 2011, 64 p.
22. Миропольский З.Л., Шнеерова Р.И., Карамышева А.И. Паросодержания при напорном движении пароводяной смеси с подводом тепла и в адиабатических условиях. - Теплоэнергетика, 1971, №5, с. 60-64.22. Miropolsky Z. L., Shneerova R.I., Karamysheva A.I. Vapor contents during pressure movement of a steam-water mixture with heat supply and in adiabatic conditions. - Heat engineering, 1971, No. 5, p. 60-64.
23. Стырикович М.А., Мартынова О.И., Миропольский З.Л. Процессы генерации пара на электростанциях. М.: Энергия, 1969. - 312 с.23. Styrikovich M.A., Martynova O.I., Miropolsky Z. L. The processes of steam generation in power plants. M .: Energy, 1969. - 312 p.
24. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). Определения, теоремы, формулы. // Пер. со второго американского переработанного издания И.Г. Арамановича, A.M. Березмана, И.А. Вайнштейна, Л.З. Румшиского, Л.Я. Цлафа. Под общей ред. И.Г. Арамановича24. Korn G., Korn T. Handbook of mathematics (for scientists and engineers). Definitions, theorems, formulas. // Per. from the second American revised edition of I.G. Aramanovich, A.M. Berezman, I.A. Weinstein, L.Z. Rumshisky, L.Ya. Zlafa. Under the general ed. I.G. Aramanovich
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017109128A RU2652521C2 (en) | 2017-03-20 | 2017-03-20 | Laser system for measuring a steam containment in the heater of nuclear energy reactor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017109128A RU2652521C2 (en) | 2017-03-20 | 2017-03-20 | Laser system for measuring a steam containment in the heater of nuclear energy reactor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017109128A RU2017109128A (en) | 2017-06-29 |
RU2652521C2 true RU2652521C2 (en) | 2018-04-26 |
Family
ID=59309548
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017109128A RU2652521C2 (en) | 2017-03-20 | 2017-03-20 | Laser system for measuring a steam containment in the heater of nuclear energy reactor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2652521C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2695091C2 (en) * | 2018-12-18 | 2019-07-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Laser system for measuring heat carrier parameters of nuclear power reactor |
RU2705212C2 (en) * | 2019-03-14 | 2019-11-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Laser leak detection system in the nuclear power reactor heat carrier circuit |
RU2705725C2 (en) * | 2019-03-14 | 2019-11-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Laser system for measuring heat carrier parameters in an energy nuclear reactor |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001039198A2 (en) * | 1999-11-24 | 2001-05-31 | Impulse Devices, Inc. | Cavitation nuclear reactor system |
CN104280362A (en) * | 2014-09-22 | 2015-01-14 | 合肥工业大学 | Online high-temperature water vapor laser spectrum detection system |
-
2017
- 2017-03-20 RU RU2017109128A patent/RU2652521C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001039198A2 (en) * | 1999-11-24 | 2001-05-31 | Impulse Devices, Inc. | Cavitation nuclear reactor system |
CN104280362A (en) * | 2014-09-22 | 2015-01-14 | 合肥工业大学 | Online high-temperature water vapor laser spectrum detection system |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Маловик К.Н, стьтья "Прогнозирование состояния теплоносителя ядерных реакторов", к журналу "Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика", номер 1 2013 год, стр. 48-53. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2695091C2 (en) * | 2018-12-18 | 2019-07-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Laser system for measuring heat carrier parameters of nuclear power reactor |
RU2705212C2 (en) * | 2019-03-14 | 2019-11-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Laser leak detection system in the nuclear power reactor heat carrier circuit |
RU2705725C2 (en) * | 2019-03-14 | 2019-11-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Laser system for measuring heat carrier parameters in an energy nuclear reactor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017109128A (en) | 2017-06-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Second-order integral model for a round turbulent buoyant jet | |
Hannoun et al. | Turbulence structure near a sharp density interface | |
RU2652521C2 (en) | Laser system for measuring a steam containment in the heater of nuclear energy reactor | |
CN108713229B (en) | Real-time reactor cooling system boron concentration monitor using ultrasonic spectroscopy system | |
Holcomb et al. | Instrumentation framework for molten salt reactors | |
RU2705212C2 (en) | Laser leak detection system in the nuclear power reactor heat carrier circuit | |
Gui et al. | Void fractions in a rod bundle geometry at high pressure–part Ⅰ: Experimental study | |
Greene et al. | A method for the accurate determination of the polarization of a neutron beam using a polarized 3He spin filter | |
RU2695091C2 (en) | Laser system for measuring heat carrier parameters of nuclear power reactor | |
RU2594364C2 (en) | System of measuring concentration of boric acid in first circuit of heat carrier of nuclear power reactor | |
US4649015A (en) | Monitoring system for a liquid-cooled nuclear fission reactor | |
RU30008U1 (en) | Neutron detector | |
CA1210162A (en) | Method and apparatus for measuring reactivity of fissile material | |
Buell et al. | A neutron scatterometer for void-fraction measurement in heated rod-bundle channels under CANDU LOCA conditions | |
Dupont | Thin liquid film dynamics in a condensing and re-evaporating environment | |
Liu et al. | Error analysis of liquid holdup measurement in gas-liquid annular flow through circular pipes using high-speed camera method | |
RU2705725C2 (en) | Laser system for measuring heat carrier parameters in an energy nuclear reactor | |
Qin et al. | Advanced Measurement and Visualization Techniques for High-Temperature Heat Pipe Experiments | |
Neti et al. | Laser doppler measurements of flow in a rod bundle | |
US10460847B2 (en) | Gravity-based, non-invasive reactor system and method for coolant inventory monitoring | |
Holschuh et al. | The CRANK System—A Simple, Robust Apparatus for Measurement of Cherenkov Light at Open-Pool Reactor | |
Mankevich et al. | Absorption-spectral photometric method of measuring the boric acid concentration in first-loop coolant of a nuclear power reactor | |
Kuribara | Spent fuel burnup estimation by Cerenkov glow intensity measurement | |
EP3848943A1 (en) | Apparatus and method for real time precision measurement of the thermal power of a nuclear reactor | |
Van De Wyer et al. | The effect of non-uniform temperature and velocity fields on long range ultrasonic measurement systems in MYRRHA |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200321 |